采用復(fù)合內(nèi)襯壁后注漿法加固既有線(xiàn)隧道施工

肖永忠

(南昌鐵路局工務(wù)檢測(cè)所，江西 南昌 330002)

1 病害隧道概況

峰福線(xiàn)K126+803黃土三號(hào)隧道，全長(zhǎng)171 m，處在6‰的下坡直線(xiàn)上，洞身段圍巖主要為云母片巖。隧道建成于1996年，按“隧限－2A”設(shè)計(jì)施工，采用整體式襯砌，Ⅱ類(lèi)圍巖曲墻結(jié)構(gòu)，襯砌混凝土強(qiáng)度為C20，未設(shè)通風(fēng)和照明設(shè)備。

隧道運(yùn)營(yíng)不久，襯砌滲漏及開(kāi)裂現(xiàn)象就不斷出現(xiàn)，襯砌裂損劣化現(xiàn)象更為嚴(yán)重，尤其是拱部長(zhǎng)大裂紋縱橫交錯(cuò)，交織成網(wǎng)，幾乎自進(jìn)口裂到出口;在距進(jìn)口120～152 m處拱部略偏右部位的襯砌混凝土已開(kāi)始?jí)簼⒌魤K，連續(xù)掉塊長(zhǎng)度＞10 m，且仍在不斷發(fā)展。

根據(jù)2009年對(duì)該隧道進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)隧道隱蔽部分存在缺陷:①襯砌壁后不密實(shí)和欠密實(shí)的情況較為普遍，拱頂不密實(shí)帶最大高度為290 mm，不密實(shí)區(qū)域最大連續(xù)長(zhǎng)度為94 m;拱腰欠密實(shí)帶最大區(qū)域高度280 mm，欠密實(shí)區(qū)域最大連續(xù)長(zhǎng)度為56 m。②襯砌厚度局部嚴(yán)重不足，特別是右拱腰部位厚度不足的長(zhǎng)度占到隧道全長(zhǎng)的43.9%;個(gè)別地段的襯砌厚度只有設(shè)計(jì)的40%。③襯砌結(jié)構(gòu)強(qiáng)度檢測(cè)顯示襯砌混凝土局部存在較嚴(yán)重和輕微的強(qiáng)度弱化。

2 隧道襯砌病害分析

根據(jù)無(wú)損檢測(cè)報(bào)告提供的襯砌缺陷情況，分析隧道破壞原因是由于襯砌混凝土存在大量不密實(shí)、欠密實(shí)及局部空隙區(qū)域，在列車(chē)荷載振動(dòng)下，破碎的云母片巖松動(dòng)、移位，不斷垮塌，越來(lái)越多的巖石碎屑和小塊體，不斷堆積在拱部襯砌上，致使襯砌因不堪重負(fù)而變形、開(kāi)裂直至潰塌。在這過(guò)程中，滲水會(huì)不斷帶走巖石碎屑，加大不密實(shí)空間，助長(zhǎng)病害的發(fā)展;而施工缺陷造成的襯砌厚度不足和局部混凝土嚴(yán)重的強(qiáng)度弱化，降低了襯砌的承載力。

3 襯砌病害的整治措施

因峰福線(xiàn)電氣化改造在即，不能中斷運(yùn)輸，置換襯砌施工中需保證運(yùn)輸安全，對(duì)壓潰掉塊段襯砌病害只能進(jìn)行加固。

3.1 增設(shè)嵌埋型鋼骨架網(wǎng)薄壁襯砌

增設(shè)嵌埋型鋼骨架網(wǎng)薄壁襯砌可以解決襯砌厚度不足的問(wèn)題。“隧限 －2A”中規(guī)定Ⅱ類(lèi)圍巖拱腰處的設(shè)計(jì)厚度約為60 cm，隧道個(gè)別地段的實(shí)測(cè)厚度只有24 cm，不足尺寸達(dá)36 cm。

黃土三號(hào)隧道為曲墻襯砌，未設(shè)通風(fēng)和照明設(shè)備。利用曲墻寬出直墻的部分和未設(shè)通風(fēng)和照明設(shè)備省出的空間來(lái)增設(shè)內(nèi)襯，邊墻部分在高出軌面1.1 m處略加修鑿后，整個(gè)襯砌內(nèi)輪廓理論上可以滿(mǎn)足增厚20 cm內(nèi)襯厚度的要求。但因?yàn)樾杩紤]施工誤差和列車(chē)運(yùn)行時(shí)線(xiàn)路可能的微小位移，不能用足20 cm的空間，本隧道最終按增厚15 cm內(nèi)襯施作，不足部分采用嵌埋Ⅰ16型鋼骨架網(wǎng)的辦法給予補(bǔ)強(qiáng)(墻高低于軌面以上1.1 m部分只原狀填埋，不增設(shè)內(nèi)襯)。增設(shè)薄壁內(nèi)襯如圖1所示。為滿(mǎn)足電氣化絕緣的要求，薄壁內(nèi)襯的圬工材料可選用C25模筑混凝土或噴聚丙纖維混凝土。

3.2 襯砌后注漿

圖1 增設(shè)薄壁內(nèi)襯(單位:cm)

用注漿填充圍巖不密實(shí)、欠密實(shí)的部分空隙和圍巖與襯砌間的空隙，使圍巖盡量恢復(fù)到原始狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)圍巖與襯砌的緊密接觸，滿(mǎn)足“隧限－2A”對(duì)襯砌與圍巖共同作用的要求。

3.2.1 確定注漿深度

根據(jù)無(wú)損檢測(cè)報(bào)告，拱部襯砌后不密實(shí)程度最為嚴(yán)重，一般用拱部襯砌后圍巖的最大松散高度來(lái)代表圍巖的最大松散范圍，1.0 m3土體擴(kuò)散后會(huì)形成1.3 m3的松散體，假定拱頂不密實(shí)高度290 mm全為空隙，則當(dāng)它上懸的巖體坍落為松散體填滿(mǎn)它時(shí)，需要的巖體高度恰好接近一半，考慮到注進(jìn)率難以達(dá)到100%，因此將拱部注漿眼的深度定為2.0 m(含襯砌厚度約0.60 m)。

至于邊墻部分注漿眼的深度，雖然其檢測(cè)厚度與設(shè)計(jì)值相差不大，且其后圍巖不密實(shí)及欠密實(shí)的程度也并不嚴(yán)重，但為了確保拱部的注漿效果，也將其深度定為2.0 m。

3.2.2 選用合適的注漿材料

質(zhì)量穩(wěn)定可靠的注漿材料，是所有松散圍巖都得到有效填充和增強(qiáng)的保證。它必須可注性好，而且強(qiáng)度要高，特別是早期強(qiáng)度要高。通過(guò)幾年的比對(duì)試驗(yàn)，選擇了北京眷誠(chéng)鐵道工程技術(shù)有限公司生產(chǎn)的特種灌漿料，超細(xì)早強(qiáng)，配制后的漿液，可注入孔徑0.02 mm的細(xì)小裂縫中，不但能對(duì)不密實(shí)和欠密實(shí)圍巖進(jìn)行高效充填，而且還能大大提高圍巖的防水性能。特種灌漿料可根據(jù)使用方的需要將初凝時(shí)間在30～60 min內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，并在注入圍巖后1 h內(nèi)達(dá)到不小于8 MPa的強(qiáng)度，能盡快實(shí)現(xiàn)與襯砌共同作用的目的，達(dá)到盡快承重的要求。

該灌漿材料必須采用不小于1 200轉(zhuǎn)/min的高速制漿機(jī)制漿，否則會(huì)影響注入微裂縫的效果。

3.2.3 壁后注漿量的確定

邊墻和拱部襯砌后圍巖的不密實(shí)程度有明顯的差別，所以應(yīng)分別確定它們的壁后注漿數(shù)量。

1)拱部所需壁后注漿量

拱部所需壁后注漿量，可以認(rèn)為等于拱部圍巖松散體需要充填的數(shù)量。由于灌注拱圈混凝土?xí)r，起拱線(xiàn)上1 m高度內(nèi)混凝土灌注得較為飽滿(mǎn)(無(wú)損檢測(cè)測(cè)出的不密實(shí)情況也主要在拱頂和拱腰)，因而可以認(rèn)為，拱后松散范圍主要集中在除起拱線(xiàn)上1 m高度以外的其他部位。以拱圈內(nèi)弧長(zhǎng)約8 m計(jì)，松散體的最大體積約為每延米7.74(6×1.29)m3，需要充填的數(shù)量最多為每延米1.8 m3?？梢該?jù)此確定拱部壁后注漿量，并可將其均攤到每個(gè)注漿孔上。

2)邊墻所需壁后注漿量

因邊墻病害較輕，且襯砌后圍巖密實(shí)度尚可，因而所需注漿量遠(yuǎn)小于拱部。但為了保證拱部的注漿效果，邊墻注漿時(shí)，可以選用與拱部注漿相同眼深、相同注漿壓力，不進(jìn)漿即止的辦法進(jìn)行注漿。

3)水灰比及注漿壓力的選用

水灰比取0.42較為合適。因?yàn)楦鶕?jù)特種灌漿料的試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)水灰比為0.42時(shí)，可灌性好，結(jié)石率高。

注漿壓力不可過(guò)大，也不可過(guò)小，過(guò)大使?jié){液流出加固范圍，造成浪費(fèi);過(guò)小則難以達(dá)到最佳充填效果。比照過(guò)去經(jīng)驗(yàn)，注漿壓力以0.4～0.5 MPa為宜。

3.2.4 注漿孔的排布

注漿孔可根據(jù)注漿范圍進(jìn)行排布。本隧道壓潰掉塊段襯砌壁后注漿孔眼的排布如圖2所示。

圖2 壓潰掉塊段注漿孔排布(單位:cm)

3.2.5 注漿順序

本隧道的重點(diǎn)病害在拱部，因此應(yīng)確保拱部的注漿效果，必須盡可能保證漿液不要流淌到別處。因此應(yīng)先將邊墻襯砌后填充密實(shí)，再進(jìn)行拱部壁后注漿。但無(wú)論是邊墻還是拱部，注漿時(shí)都應(yīng)從低處向高處推進(jìn)。

3.2.6 注漿作業(yè)安全措施

注漿前應(yīng)先將注漿段的襯砌裂縫進(jìn)行有效封堵，對(duì)滲漏水進(jìn)行有效堵排。由于注漿會(huì)臨時(shí)增加襯砌上的荷載，因此，拱部注漿前應(yīng)以鋼支架、長(zhǎng)木板和木楔將拱部支頂牢固，壓注1 h強(qiáng)度超過(guò)8 MPa后，襯砌與圍巖已能共同作用，此時(shí)可拆除加固裝置;注漿時(shí)壓力不能太高，應(yīng)在每孔達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量即停止。

4 結(jié)語(yǔ)

本隧道壓潰掉塊段襯砌在采用薄壁內(nèi)襯和壁后注漿法進(jìn)行加固后，自維修以來(lái)，再未出現(xiàn)襯砌開(kāi)裂和壓潰掉塊現(xiàn)象。

［1］ 中華人民共和國(guó)鐵道部．TBJ3—96 鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．北京:中國(guó)鐵道出版社，1996．

［2］ 中華人民共和國(guó)鐵道部．鐵運(yùn)［1999］146號(hào) 鐵路橋隧建筑物大修維修規(guī)則［S］．北京:中國(guó)鐵道出版社，2000．

［3］ 中華人民共和國(guó)鐵道部工務(wù)局．鐵路工務(wù)技術(shù)手冊(cè)—隧道［M］．北京:中國(guó)鐵道出版社，1997．

［4］ 王建亞．地表注漿在隧道破碎圍巖加固中的應(yīng)用［D］．西安:長(zhǎng)安大學(xué)，2007．

［5］ 高潔．雙層注漿小導(dǎo)管在軟弱地質(zhì)隧道進(jìn)洞施工中的應(yīng)用［J］．鐵道建筑，2008(7):49-50．