鐵路隧道滲漏水治理及支護(hù)加固技術(shù)研究

徐清風(fēng)

摘 要：使用支護(hù)加固技術(shù)能夠解決鐵路隧道滲漏水問題?；诖?，本文結(jié)合了某隧道工程出現(xiàn)的滲漏水現(xiàn)象及原因，提出了治理方法，主要是通過重新注漿來封堵隧道原有的漏洞、鋪設(shè)排水系統(tǒng)來導(dǎo)出混凝土內(nèi)部的水，及使用噴射鋼纖維及工字鋼等支護(hù)加固技術(shù)來加固工程的坍塌區(qū)域等。通過論述以上技術(shù)，來為施工人員更好地解決鐵路隧道滲漏水問題，提供一些參考。

關(guān)鍵詞：鐵路隧道滲漏；漏水治理方法；支護(hù)加固技術(shù)

1 引言

隨著我國運(yùn)輸業(yè)的快速發(fā)展，貨物運(yùn)輸對(duì)于鐵路的依賴性越來越高，鐵路隧道的里程數(shù)也越來越長。但一些隧道建設(shè)年代就為久遠(yuǎn)，在加上過度荷載，使得混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生塌陷或裂縫，導(dǎo)致隧道出現(xiàn)滲漏水現(xiàn)象，嚴(yán)重的影響了鐵路交通運(yùn)輸安全。因此，本文結(jié)合鐵路隧道的具體滲漏水情況，提出了針對(duì)性治理方法，來解決鐵路隧道滲漏水問題，進(jìn)而為我國鐵路隧道交通運(yùn)輸提供安全保證。

2 項(xiàng)目概況

某鐵路隧道全長819m，地表高度在+780.5-+791.6m。隧道上方的土層厚度為7m～21m，整個(gè)上方土層以黃土及黏土為主，其中混雜著泥巖、頁面巖等。該鐵路隧道的設(shè)計(jì)理念是基于新奧法，在圍巖地段，使用格柵鋼支護(hù)，大跨以上結(jié)構(gòu)增設(shè)超前錨桿，間隔0.3m，錨桿焊接在格柵鋼下方；大跨以下結(jié)構(gòu)增設(shè)法向錨桿，間隔1m，以梅花形設(shè)置。在施工初期，噴注標(biāo)號(hào)C20混凝土170mm，二襯350mm。經(jīng)過長時(shí)間的運(yùn)行使用，該鐵路隧道的墻體、拱體部分產(chǎn)生多處裂痕，發(fā)生滲漏水現(xiàn)象。為了提高鐵路的使用質(zhì)量，需立即進(jìn)行治理。通過結(jié)合治理經(jīng)驗(yàn)，提出了基于支護(hù)加固技術(shù)的工程方案來解決鐵路隧道滲漏水問題[1]。

3 鐵路隧道滲漏水情況及原因

3.1 鐵路隧道滲漏水情況

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際勘察，發(fā)現(xiàn)該隧道的滲漏水處主要是墻體的邊角處，以點(diǎn)滲、面滲等方式居多。滲水的來源主要是降水及灌溉水。隧道整體深邃段落長300m，由于滲透水長期侵蝕的原因，隧道的某些墻體及襯砌出現(xiàn)腐蝕的現(xiàn)象。

3.2 鐵路隧道滲漏水原因

該隧道的產(chǎn)生滲透水的原因有以下幾點(diǎn)：（1）隧道拱部在施工時(shí)，存在著搗實(shí)難度大等問題，當(dāng)外部承載能力過大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生環(huán)向裂痕，底部會(huì)成為外部水源的存儲(chǔ)通道；（2）隧道下有潛水層，當(dāng)降水量增加或是灌溉時(shí)，裂縫處會(huì)聚集非常多的水；（3）隧道中的一些沉降裂縫或施工裂縫的防水措施，會(huì)因?yàn)闀r(shí)間失效，積水就會(huì)隨著裂縫進(jìn)入隧道；（4）由于該隧道使用的是標(biāo)號(hào)C20的混凝土，相較于新研發(fā)出的混凝土來說，密實(shí)度及防水性能都較差，無法緩解水滲透的速度和面積；（5）該隧道的襯砌內(nèi)沒有鋪設(shè)排水系統(tǒng)，長年累月，洞外的水位會(huì)不斷升高，最終會(huì)對(duì)混凝土薄弱地方產(chǎn)生過大壓強(qiáng)，最后導(dǎo)致水滲透到隧道內(nèi)；（6）冬季溫度導(dǎo)致襯砌內(nèi)的水結(jié)冰，擴(kuò)大裂痕，影響混凝土防水性能；（7）地下水長期對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行侵蝕，使得襯砌內(nèi)產(chǎn)生裂痕，逐漸擴(kuò)大為裂縫。

4 使用支護(hù)加固技術(shù)來綜合整治鐵路隧道滲漏水問題

4.1 治理方法設(shè)計(jì)

鐵路隧道滲漏水的主要整治理念是“防排截堵，綜合治理”。導(dǎo)致該隧道的滲透水原因很多，因此，通過結(jié)合該隧道所處地質(zhì)環(huán)境及地表高度、地表厚度進(jìn)行施工設(shè)計(jì)，此隧道的土層是黃土及黏土層，局部混有泥巖，隧道上層土層厚度在7m～21m之間，可以判斷出滲水的主要原因是自然降水及灌溉水，但由于水壓較小，和降水具有非常重要的關(guān)聯(lián)。

本文通過分析該鐵路隧道出現(xiàn)滲透水的原因，依據(jù)以往治理經(jīng)驗(yàn)，提出了一些綜合治理方法：（1）對(duì)于隧道混凝土出現(xiàn)襯砌腐蝕及塌陷部位，應(yīng)采用鋼架加上鋼纖維來加固混凝土，填補(bǔ)原有的襯砌；（2）對(duì)出現(xiàn)塌陷或是裂縫的混凝土表面進(jìn)行注漿回填，堵實(shí)原有縫隙及孔洞，提高混凝土結(jié)構(gòu)的牢固性，形成新的加固層及防水層；（3）當(dāng)回填澆筑的混凝土凝固后，要在二襯的徑向凹陷處鋪設(shè)排水管道，來形成排水系統(tǒng)；（4）在安裝工字鋼支架時(shí)，相鄰的鋼架之間，要使用橫向方式進(jìn)行連接，并順著工字鋼的外部，鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)（150x150規(guī)格），噴注鋼纖維200mm；（5）對(duì)于滲水量不多的地方，可以使用化學(xué)漿隨著裂縫填補(bǔ)，能夠起到很好的修補(bǔ)裂痕的作用，并在施工處涂抹上一層防水材料，來加固防水層。

4.2 施工步驟

4.2.1 回填隧道外土重新注漿

注漿工藝是使用花管注漿進(jìn)行注漿，此方法對(duì)于土層覆蓋的厚度要求要達(dá)到2m以上，該隧道上方的土層厚度滿足施工要求。注漿開始時(shí)，在工程塌陷較為明顯的地方，也就是隧道墻體處，打入2.5m長的注漿花管，然后在隧道的拱部打入3.5m長的花管，以此來增加土層厚度2.5m～3m。此次混凝土注漿項(xiàng)目的施工直徑為46mm，擴(kuò)散半徑為0.8m，注漿壓力應(yīng)為0.2MPa，最多為0.5MPa，注漿孔的間距應(yīng)為1.5m，并使用梅花形的布孔方法，其中壓力及布孔方法可以適當(dāng)調(diào)整。注漿時(shí)，使用內(nèi)隔孔跳步注漿方法，將漿液注入到拱部和墻體之間，如果基層出現(xiàn)下沉現(xiàn)象，要對(duì)墻體的底部及拱部底部進(jìn)行注漿，注漿量以不影響路基平整為宜。

在注漿完成后，要進(jìn)行5min的穩(wěn)壓，在管口預(yù)留溢出漿口，來作為觀察窗口；在結(jié)束注漿后，要測定注漿終壓和注漿量。為達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的注漿終壓，注入孔的漿體注入率要小于38L/min，持續(xù)15min～20min，結(jié)束注漿，在排除孔內(nèi)的雜物后，要使用機(jī)械壓漿的方法來封堵管口。注漿時(shí)，漿體的濃度要由稀到濃，注漿的順序由短孔到長孔。在注漿過程中，如果出現(xiàn)局部混凝土漏漿的問題，導(dǎo)致注漿壓力不上升或者上升速度慢，在注入一定量的漿體后，停止注漿5個(gè)小時(shí)，等到漿體沉淀凝結(jié)后，繼續(xù)注漿。也可以調(diào)整漿液比例，來縮短沉淀凝結(jié)時(shí)間。另外，此次注漿所選用的使用材料為水泥配比水玻璃，配比為1：0.75。

4.2.2 封堵隧道原有裂縫

由于該隧道的原滲漏點(diǎn)和裂縫已經(jīng)產(chǎn)生通道，因此，要進(jìn)行壓注化學(xué)漿，來封堵襯砌。

（1）將注液泵固定好，接好氣源，分別將2根吸漿管連好插入注料箱中，兩根輸排管連在注射槍上，從槍接出輸漿管至壓注地點(diǎn)。同時(shí)，要將注液泵防治在平穩(wěn)地點(diǎn)，加固以防治傾倒。

（2）將管口擦拭干凈，以不出現(xiàn)異物、雜質(zhì)為標(biāo)準(zhǔn)。

（3）注漿前，要觀察施工設(shè)備是否工作正常，連接處有無滲漏現(xiàn)象，當(dāng)泵滿載負(fù)荷后，要將氣門開到最大。

（4）要在一個(gè)缸中使用注黏度低的漿液，在另一個(gè)缸中使用注黏度高的漿液。

（5）在注漿前，要使用機(jī)油或清潔溶液清洗管路，檢查液缸的密封性是否良好，如果密封性差，需立即更換。

（6）在加注過程中，要時(shí)刻觀察出液壓力表及漿液的混合比，如比例不正確，要將速度快的液體缸的進(jìn)液管道處閥門關(guān)小，或?qū)φ畚汗埽黾幼枇?。如果還未見效，需停止注液，查看注液缸是否存在著滲流的問題。

（7）壓注量，根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，此次隧道的的底部需注液30桶液料，如果遇到裂較大，或者混凝土結(jié)構(gòu)較為薄弱的地方，可以注液50桶。此次注液量在600～800桶之間[2]。

4.2.3 鑿除原有襯邊底部基礎(chǔ)

為盡量減少隧道的凈斷面，來保證工字鋼底部能夠深入底板，維持穩(wěn)定性，要鑿除該隧道混凝土的局部墻體，可以使用人工鑿除或是切割去除。在鑿除混凝土?xí)r，需遵循以下步驟：

（1）鑿除的孔洞大小要以環(huán)形、120°方向向上，縱向的寬度要鑿除至設(shè)計(jì)厚度的0.5m。

（2）在鑿除過程中，切割邊緣要整齊，圓潤，不可出現(xiàn)尖角，該隧道的二襯厚度不夠，可以進(jìn)行對(duì)應(yīng)部支護(hù)鑿除，如果初支架鋼需重現(xiàn)安裝，要采用Φ50鋼管。

（3）切口要平滑且緊密，不要留有松散、裂痕等瑕疵，在切割好后，使用鋼絲刷清理沾水反復(fù)擦拭，來保證施工表面干凈整潔；鑿毛粗糙面的凹凸要小于5mm。

（4）拆除時(shí)，要注意到已經(jīng)安裝的防水板，如果影響了防水板，需要焊接兩次，來保證防水板的可靠性。

（5）在切割完孔洞后，按照上述澆混凝土后，要使用水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料進(jìn)行二次涂膜，用量保準(zhǔn)為2kg/㎡，來保證新舊混凝土的緊實(shí)度，同時(shí)在襯砌的表面可以鋪設(shè)竹膠板，在模板處預(yù)留灌漿孔，然后采用外撐的方式來固定，使用16鋼絲在鋼架50cm處焊接，焊接方式要依照蝴蝶結(jié)的方式，扣緊并拉實(shí)鋼管；

（6）在腳手架上設(shè)置支撐模板，頂托環(huán)50m，最后固定在模板的鋼管上；

（7）孔洞的位置需要采用特定設(shè)計(jì)，在靠近拱部頂端處留出30X30法的孔洞，并設(shè)置活動(dòng)板，使用孔洞澆筑最后一塊板；在封口時(shí)，可采用“剎尖”的方法來封口，在封口處預(yù)埋42mm的注漿管，為孔洞注漿做后期準(zhǔn)備[3]。

4.2.4 排水系統(tǒng)的鋪設(shè)

排水管道主要是以盲管方式，橫向、縱向分布，將原有的支護(hù)和二次襯砌的水阻擋在新混凝土墻的外部，將其引入到隧道的排水系統(tǒng)中。具體方法如下：

（1）隧道原有的二襯開鑿環(huán)向凹槽的深度要在30mm～50mm之間，并鋪設(shè)直徑為50mm的管道，縱向長8m。

（2）在原有二襯兩邊，開鑿底部隧道縱向凹槽，深度為50mm～60mm，縱向鋪設(shè)排水管道，直徑為80mm。

（3）盲管和該隧道底部的縱向排水管進(jìn)行連接，環(huán)向排水管采用涂塑彈簧式管道，也可以使用纖維玻璃或是塑料布進(jìn)行鋪設(shè)，橫向管道只可以選擇硬質(zhì)塑料管，來連通排水溝和排水盲管。

（4）鋪設(shè)排水系統(tǒng)過程中，可在襯砌的兩側(cè)墻體中，各召開一個(gè)小槽，來引向排水系統(tǒng)中。小槽的斷面為5×5mm，由于該隧道的滲漏水情況較為嚴(yán)重，因此，小槽的橫斷面積設(shè)定為10×10mm。

（5）在整理好小槽的表面后，取一根直徑為50mm的PVC反扣在槽內(nèi)，盡量和內(nèi)部靠攏，使用堵水劑或是環(huán)氧樹脂，來抹平小槽，能夠起到很好的防水效果。為了進(jìn)一步提高該隧道的引水效果，使用了密封膠封堵整個(gè)小槽。在離拱部較近的位置，處理工藝較為復(fù)雜。此次施工采用的是注漿方法，以1m間距設(shè)置注漿孔，孔深設(shè)定為3m，孔徑為40mm，按照混凝土的厚度，未打破初期支護(hù)。

（6）由于混凝土具有不連續(xù)性，在澆筑過程中，會(huì)出現(xiàn)沉降等問題，可在連接排水系統(tǒng)的小槽沉降處開鑿1cm的小縫隙，然后將泡沫板子切成小條，壓進(jìn)小縫底部，來起到導(dǎo)流效果，然后將反應(yīng)型聚氨膠等嵌縫材料，用灌縫槍壓進(jìn)縫隙內(nèi)即可。

4.2.5 焊接工字鋼

為進(jìn)一步提高二襯的支護(hù)強(qiáng)度，此次施工采用的是16#號(hào)的工字鋼，按照0.68m的間距排開，來將隧道外形分成五段，在工字鋼制作好后，直接在隧道內(nèi)焊接在一起，同時(shí)在工字鋼的表面焊接150x150的鋼筋網(wǎng)，來確保在噴射混凝土過程中混凝土的質(zhì)量。在焊接工字鋼的過程中，一般會(huì)焊接承接荷載的橫梁，材質(zhì)多高強(qiáng)度鋼，此次項(xiàng)目采用的是低合金高強(qiáng)度鋼。為了防止在焊接時(shí)發(fā)生斷裂或在完工時(shí)發(fā)現(xiàn)開裂現(xiàn)象，可通過矯正方法來處理。具體的方法是：

（1）選擇合適的焊條，一般選用手工電弧焊，焊接工藝為整體裝配后焊接，這樣做的功效很高。

（2）焊接時(shí)工件剛性比較大，無法避免裂縫的產(chǎn)生，因此，本次項(xiàng)目采用了兩次成形、焊接的辦法，即先將底板和中間垂直板裝焊，此時(shí)焊接明顯剛性較小，焊后如有明顯彎曲變形，可以及時(shí)校正，然后再裝焊另一塊底板（將已焊好的半成品倒過來裝焊）。

（3）如果發(fā)現(xiàn)焊接鋼筋網(wǎng)較厚的時(shí)候，可以焊前預(yù)熱，焊后緩冷，要在焊縫兩側(cè)做好清潔工作。如果橫梁較長，可以安排多名焊工同時(shí)施工[4]。

4.2.6 噴射混凝土

此次施工使用了纖維素混凝土來噴射混凝土，選用型號(hào)的強(qiáng)度為C30。在噴射過程中，增加了適當(dāng)?shù)目焖倌Y(jié)劑。加入的鋼纖維參數(shù)是：直徑為0.04mm、長度為501mm、長徑為50，纖維體積比率為1.2%，即每立方米混凝土中，含有80kg的混凝土纖維素。

混凝土噴射量的呈現(xiàn)厚度為50mm～100mm之間，多次噴射的厚度可以達(dá)到150mm；在配合錨桿使用時(shí)，由于此次項(xiàng)目是隧道施工，再加上巖石特性，因此，采用噴射厚度為130mm；如果施工表面的裂縫較大，纖維素混凝土無法有效進(jìn)行支護(hù)，為了降低成本，可選用錨噴聯(lián)合支護(hù)，能夠降低巖石的風(fēng)化速度，起到局部支護(hù)的作用。

4.2.7 壓漿堵實(shí)裂縫

在施工的后期，回填開鑿裂口，可在縫隙處使用水溶性聚氨脂肪進(jìn)行灌漿，灌漿的設(shè)備主要采用的是防水漏堵高壓灌漿機(jī)，能夠提供持續(xù)高壓，將注漿的材料，細(xì)致充填混凝土表面中的微孔、微縫隙等處。同時(shí)，要在混凝土澆筑后的12個(gè)小時(shí)進(jìn)行壓漿?？梢允褂们逅眩俣炔灰诉^快，注漿管的頂端可采用碎布填補(bǔ)，來防止注漿管堵塞。

在壓漿時(shí)，要低壓慢速逐步加壓，注漿量要控制在75L/min以上。當(dāng)注漿壓力時(shí)過低于或地面出現(xiàn)串漿現(xiàn)象時(shí)，要立即同時(shí)注漿，該為間歇注漿，間歇時(shí)間宜為60min。

4.2.8 涂抹防水材料

在對(duì)工程后期的裂痕進(jìn)行處理時(shí)，要在整個(gè)混凝土的表面再次涂刷水泥基防水材料，能夠發(fā)揮出色的防水功能，保護(hù)鋼筋的作用。在涂抹的過程中，要使用硬毛刷將混合料均勻涂在混凝土的表面，要涂刷兩遍。在第一涂層有了初凝，還保持著潮濕的狀態(tài)時(shí)，進(jìn)行第二次涂刷。在完成兩次涂刷工作后，要檢查各個(gè)環(huán)節(jié)，避免發(fā)生漏涂的現(xiàn)象，尤其是拐角的部位，發(fā)現(xiàn)問題要立即修復(fù)[5]。

5 結(jié)論

綜合所述，使用支護(hù)加固技術(shù)可以有效解提高鐵路隧道的抗?jié)B水性。在此基礎(chǔ)上，使用清水劈裂在混凝土澆筑后的12個(gè)小時(shí)進(jìn)行壓漿，水速度不宜過快，并在注漿管的頂端采用碎布填補(bǔ)，能夠防止注漿管堵塞；同時(shí)，對(duì)于隧道混凝土出現(xiàn)襯砌腐蝕及塌陷部位，應(yīng)采用鋼架加上鋼纖維來加固混凝土，能夠填補(bǔ)原有的襯砌。因此，可以使用壓漿堵實(shí)裂縫、涂抹防水材料等支護(hù)加固技術(shù)來治理鐵路隧道滲漏水問題。

參考文獻(xiàn)：

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