贛龍線金華山隧道底板裂損病害整治

摘要：隧道出現側溝溝底分離、隧道底板（仰拱）裂損、基床冒漿等病害，造成軌道幾何狀態(tài)變化快，直接危及行車，應采取有效措施對隧道病害進行整治。文章從隧道地質環(huán)境、設計施工、運營維護等方面對隧道病害成因進行深入分析，采取基底注漿、翻修側溝等措施進行隧道底板裂損整治，取得較好效果。

關鍵詞：隧道底板；裂損整治；贛龍鐵路

中圖分類號：U455 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）32-0061-04

1 概述

贛龍鐵路自2005年5月開通運營以來，貓頭嶺、天心山、蛟洋、金華山、馬頭山隧道等長大隧道相繼出現側溝溝底分離、隧道底板（仰拱）裂損、基床冒漿等病害，造成軌道幾何狀態(tài)變化快，直接危及行車，應采取有效措施對隧道病害進行整治。

2 隧道概況

贛龍線金華山隧道中心里程K201+251，全長5143m。位于直線上，縱坡分別為+7‰（坡長37m）、+5.9‰（坡長5100m）、-6.1‰（坡長7m）。隧道于2002年7月開工，2004年11月竣工，2005年4月正式投入運營。

該隧道地表植被發(fā)育，最大埋深176m，洞身通過的圍巖為砂礫巖、砂巖夾炭質頁巖及千牧狀頁巖、石英砂礫巖，嚴重-頗重風化，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖層彈性波速為2100～2500m/s，基巖裂隙水發(fā)育。

3 病害概況

自開通運營以來，金華山隧道線路狀況一直不良，軌面下沉，線路方向高低變化頻繁，機車添乘晃車嚴重，多次對該區(qū)段線路進行整治依然無法保證線路穩(wěn)定，給行車安全帶來隱患。

2010年3月，對隧道檢查及鉆孔取芯發(fā)現：該隧道底板開裂下沉，底板（仰拱）厚度不足，側溝溝底破損斷裂，積碴涌碴，側溝溝底溝幫分離，道床積水，線路下沉情況加劇，危及行車安全。如圖1和圖2：

圖1 底板與溝幫脫離、溝底積碴

圖2 底板取芯、厚度不足

4 病害原因分析

4.1 設計方面原因

4.1.1 原設計標準較低，對底板重視不夠。由于仰拱厚度不足、隧底填充物強度較低，造成基底強度不能滿足要求，在列車動荷載反復作用下，使基底產生裂縫，導致底板破損、下沉。

4.1.2 單向排水，水流沖刷破壞力大。受線路縱坡影響，該隧道內所有的地下水全部從進口向出口排出，水流量大，流速快，沖刷嚴重。在長期的地下水作用下，排水通道內的可溶巖及土體溶解并被搬走，致使道床下的微通道逐年擴大，造成溝底破損、溝幫脫離。

4.1.3 泄水孔設置考慮不周。隧道高式排水溝只考慮了排除道床內的積水，未充分考慮因地下水發(fā)育、排水區(qū)段長、水流量大或水溝淤積堵塞未及時疏通，導致側溝水位提高，水流從泄水孔處倒灌至道床，造成道床積水、翻漿冒泥。

4.2 施工質量原因

4.2.1 鋪底及仰拱厚度不足。從鉆孔資料來看，底板混凝土結構厚度一般在0.3～0.8m之間，從取芯的53處來看，底板厚0.3～0.4m有13處，0.4～0.8m有37處，0.8m以上有3處，與設計厚度相差甚遠（厚1.2～1.7m），隧道底部整體性差，很容易導致底部結構變形和破壞。

4.2.2 隧道底板施工不到位。隧道鋪底或仰拱下部的部分虛碴未完全清理干凈，虛碴及裂隙發(fā)育的巖體均有可能在列車動荷載反復作用下，因應力集中而破碎，從而引起不均勻沉降，導致底板開裂。

4.2.3 隧道側溝施工不到位。砼側溝溝幫與溝底不是一次性澆筑，而是分兩次澆筑且水溝未設鋼筋，造成水溝不是一個整體，在地下水及列車通過時的震動作用，導致溝幫與溝底分離破損。部分溝幫脫落掉入側溝，導致水位上升從泄水孔倒灌進入道床，造成道床積水。

4.3 地質環(huán)境原因

4.3.1 部分地段地質條件較差。隧道內部分地段基底為泥質砂巖，呈土狀或粘砂土，或土夾碎石，或極嚴重風化砂巖夾泥層等軟弱地層且分布不均，基底巖層軟弱破碎，承載力小，易造成基底沉降不均，使混凝土底板內產生過大拉應力而發(fā)生開裂。

4.3.2 該隧道圍巖節(jié)理發(fā)育，裂隙水豐富，基底軟弱破碎圍巖在地下水浸泡及列車反復作用下，軟化成泥并沿裂縫滲出，經長期反復作用，而將基底掏空，致使底板

開裂。

4.4 運營維護原因

4.4.1 在長期列車動荷載頻繁反復沖擊下，地下水從薄弱處所滲入道床，基底圍巖或填充物軟化、泥化，在列車通過時裂縫反復張合與水形成“抽吸”現象，泥化或軟化物質沿結構薄弱部分逐漸滲出而將基底淘空，引起道床下沉、底板開裂，導致線路不平順，危及行車安全。

4.4.2 由于側溝破損、溝幫倒塌及地下水攜帶物等原因，導致隧道雙側溝堵塞，排水不暢。因長大隧道側溝檢查及清理存在較大難度，致使水位上升，地下水及側溝流水沿混凝土薄弱部位、裂縫、泄水孔等滲入或倒灌入道床，造成道床積水，底板開裂進一步加劇。

5 病害整治方案

該隧道病害整治采取先側溝、后底板的整治原則進行。一是全面清理側溝淤積物，修復破損側溝；二是采取注漿法，對隧道裂損底板進行注漿，使底板裂隙、松散土體、地層空隙膠凝或固化在一起，形成結構致密的固

結體”。

5.1 材料選擇

材料選擇：根據隧道病害整治的特殊性，結合施工的方便性和可操作性，決定采用上海雙鶴特種水泥有限公司生產的“R型地勘水泥”。該水泥具有快凝、早強、微膨脹、抗沖擊性能好、結石率高、溫度敏度、初終凝時間接近等特性，主要用于一些爭分奪秒、搶時間的緊急搶修工程。河砂、碎石采用當地料，外加劑為XD-1型高效減

水劑。

主要施工機具及設備：內燃空壓機2臺、風鎬2臺、YT28風鉆3臺、潛水泵6臺、單軌運輸車4臺、注漿機2臺、砂漿攪拌機1臺、24kW發(fā)電機1臺、振動棒2個、鋼筋切割機1臺。

5.2 隧道側溝整治

5.2.1 側溝清理及破損調查。由進口向出口方向實施，每100m為一個區(qū)段，用水泵將水排至另一側溝，每次側溝揭開長10m，清理溝底積碴，調查底板破損情況，做好記錄。如側溝底部砼完整無破損的，只清干凈虛碴即可，繼續(xù)下一循環(huán)；如水溝破損則按下面步驟進行整治。

5.2.2 側溝破損、無底板整治。

整治方案：側溝底破損處，將破損溝底用風鎬鑿除干凈，重新施作一層10cm厚的鋼筋砼底板。對水溝底板缺失或無底板處，將溝底清理干凈，用風鎬打至設計深度，直接施作鋼筋砼底板。如圖3：

圖3 水溝斷面示意圖

施工要求：

溝底清理干凈后，將預先綁扎好的鋼筋網片放入溝內，用墊塊墊起約4cm，然后澆筑砼，在砼達到初凝時進行手工處理，確保表面平整，坡度順暢，混凝土厚10cm。

每次拌合的砼量要根據水溝底板破損長度決定，混凝土從加水攪拌開始必須20分鐘左右用完，否則會造成材料浪費。

每次拌漿用水量必須一次性加入，每盤拌合水泥漿的用水量及外加劑用量必須在施工前通過試拌確定并將用量固定下來，以后每次拌漿時均用同樣的用量。

混凝土澆筑完以后，在終凝前確保溝內無流水，溝底無積水現象。

鋼筋網片加工時，縱向為3根∮8mm圓鋼，橫向為間距20cm的∮8mm圓鋼，鋼筋網片單片長度不小于4m。鋼筋網片放入水溝內應確保網片平整，不發(fā)生大的變形，網片與網片搭接長度不小于28cm。

骨料采用細石骨料，粒徑小于10mm。砼采用攪拌機在避車洞內拌制，人工挑運至工作面施工。

5.2.3 側溝溝幫、溝底分離整治。

整治方案：在溝幫鉆孔用∮22mm錨桿加以固定，錨桿間距50cm，清孔后注入早強快硬水泥漿并錨入∮22mm鋼筋，溝幫與底板間縫隙用M10早強型水泥砂漿進行封堵。如圖4：

圖4 底板脫離錨桿加固示意圖

施工要求：錨桿打入基巖不小于50cm，鉆孔好后要用空壓機吹干凈；由于用早強水泥漿，時間一定要把握好，不要孔內的水泥漿凝固了錨桿還沒打進去。

5.3 隧道底板、仰拱裂損整治

5.3.1 注漿孔的布置。注漿孔分為I序和II序注漿孔。其中I序為主注漿孔，布置在線路中線兩側各0.65m處（靠兩側鋼軌附近），注漿孔縱向間距為3倍的枕木，即1.74m；II序為檢查補充注漿孔，沿線路中線布置與I序注漿孔呈梅花型錯開布置，縱向間距1.74m。注漿孔直徑Φ38mm，采用風鉆鉆孔，在注漿孔內用快凝砂漿預埋Φ25mmPVC-U型管，高出底板面10cm，防止在相鄰注漿孔注漿時漿液流出過多污染道床。注漿孔的布置如圖5：

圖5 注漿孔布置示意圖

5.3.2 注漿孔的深度要求。注漿孔的深度為穿透破碎層、夾層，伸入到堅硬巖層5～10cm。各區(qū)段的鉆孔深度以本區(qū)段鉆孔取芯結果作為參考，以風槍鉆孔時的聲音、手感、吹出的細渣粉來判斷，如認為進入堅硬巖層5～10cm則可終止鉆孔。

5.3.3 注漿加固工藝。底板注漿施工按每25m左右劃分為一個施工區(qū)段，在每個施工區(qū)段內，各注漿孔的注漿順序從贛州向龍巖方向進行，即從低處向高入進行。

首先施工I序注漿孔，水泥漿水灰比控制在0.3～0.5之間，施工時根據現場水溫、凝結時間及漿液的流動性和可注性進行適當調節(jié)，在能夠注入的情況下，盡量減少水灰比，以提高注漿效果。注漿時用三叉管將注漿管分為兩根，對左右側的I序注漿孔同時進行注漿，使?jié){液由低處向高處全斷面推進，保證注漿密實。

每區(qū)段注漿時，先施工下坡端（贛州端）的堵漿孔，采用間歇式壓漿，以達到對該區(qū)段端頭進行封堵的效果，防止注漿時高處漿向低處竄流。

當施工區(qū)段下端的封堵孔注漿凝固后，方可繼續(xù)對I序注漿孔進行注漿。各注漿孔結束注漿的標準為：當與其鄰近的上端注漿孔底出現大量漿液流動時或注漿壓力達到0.1MPa時方可結束該孔注漿，再將注漿管移到其他注漿孔上。一般情況下采用微壓注漿，最高注漿壓力控制在0.1MPa以下。

如通過注漿孔發(fā)現底板下有較多的水排出時，應在底板上開挖一個能放進潛水泵大小的集水坑，將潛水泵放入集水坑內將底板下的水排出，使底板注漿基本在無水情況進行。

當I序注漿完成2～3天后，再進行II序檢查補充注漿。如果發(fā)現底板下還存在空洞時，再通過II序檢查補充注漿孔對底板進行注漿，確保底板下注漿密實，最高注漿壓力控制在0.1MPa以下。

重復上述工序完成全部底板的注漿工作。

5.3.4 地下水特別發(fā)育地段注漿加固?；椎叵滤貏e發(fā)育，注漿孔不停向外溢水，對這些特殊部位，除開挖集水坑進行抽水外，還可對注漿液進行調整，考慮摻外加劑（如水玻璃等），注漿方法同上。

5.3.5 注漿加固注意事項：

由于采用快凝早強水泥，水泥漿液從加水開始必須在20分鐘左右用完，否則將會造成注漿機及注漿管道堵塞。

注漿施工應在列車通過施工地段前30分鐘左右停止注漿，以使底板下壓注的水泥漿在列車來臨時已達到凝固狀態(tài)，防止?jié){液在列車沖擊下擴散。

每次拌漿用水量必須一次性加入，不得在拌合中途再加水，水泥漿液的拌合時間必須達5分鐘以上，拌合好的漿液放入儲漿桶內，立即進行注漿，同時對儲漿桶內漿液進行攪拌。

對沒有用完的水泥漿液，要立即進行處理，將其裝入事先準備好的紡織袋內或其他容器內，防止凝固在儲漿桶或拌合機內。切不可將水泥漿倒入水溝內，防止堵塞。

注漿過程中，應時刻注意泵壓和流量的變化，若吸漿量很大或壓力突然下降，注漿壓力長時間不上升，應查明原因。

由于水泥漿具有快凝早強特性，注漿時要防止?jié){液泄漏造成道床板結污染。

注漿完成后要及時對底板上開挖的集水坑及兩側水溝內的積水坑進行恢復。

6 施工質量保證措施

成立由項目負責人為組長的質量管理小組，建立健全工程質量保證體系和質量管理制度，樹立“質量第一”的思想，保證工程質量。

嚴格遵守鐵路施工及驗收規(guī)范，加強技術管理，做好技術交底和隱蔽工程檢查工作，認真進行工程質量檢驗和評定。

施工過程中嚴格工序控制，加大施工技術含量，根據施工和地層變化情況，適時調整注漿壓力、分段長度和注漿材料的種類及配比，保證注漿效果。

建立施工檔案，及時準確收集內業(yè)資料和材料合格

證等。

7 施工安全保證措施

成立以項目經理為首的安全生產管理小組，建立、健全安全生產責任制度和安全管理制度，形成有效完善的安全生產管理體系。

施工前，必須與車務、工務、電務、通信等相關部門簽訂施工安全和配合協(xié)議。

施工中，應嚴格按照審定的施工方案，必須在批準的施工封鎖時間內，不得利用列車間隔時間進行施工，不得利用列車間隔時間或上下班時順帶運輸材料。使用單軌小車運送材料時，必須有足夠的人員隨行及跟車防護。

每次施工收工前，施工負責人組織對本工點進行詳細檢查，確定符合列車通行條件時，才能撤退人員，工地應有專人看守，并有通訊設備。

8 整治效果

該隧道病害整治2010年3月開工，2010年10月竣工。根據現場取芯結果來看，隧道底板下存在的空洞現象已被水泥漿得到了很好的填充，底板下未發(fā)現新的水流，有效防止病害再次產生。經過近兩年來的幾十次動態(tài)檢測，該隧道幾何狀態(tài)良好，軌檢成績理想，初步達到整治效果。

參考文獻

[1] 周晶，田英，王永鋼.大秦線軍都山隧道基底吊空病害整治[A].高速重載與普通鐵路橋隧、運營管理與檢查修理技術論文集[C].2010.

作者簡介：李永培（1974—），男，福建漳平人，南昌鐵路局龍巖工務段工程師，研究方向：土木工程。