高鐵隧道拱部防水板切割襯砌缺陷整治技術(shù)

樊永杰

（中國鐵路成都局集團(tuán)有限公司，成都610081）

1 引言

近年來，國家高鐵事業(yè)飛速發(fā)展，隨著西部大開發(fā)等山區(qū)鐵路的建設(shè)，隧道所占其比例越來越高。因施工管理不善或工藝不到位，不可避免會形成一定的襯砌缺陷及病害，主要形式有：襯砌厚度不足、襯砌背后空洞或回填不密實、滲漏水、凍害、腐蝕[1～3]等；而防水板切割襯砌是一種易被人忽視的缺陷，嚴(yán)重影響隧道的正常運營。

國內(nèi)外對運營隧道缺陷和病害的維護(hù)與整治開展了大量研究，整治方法主要有襯砌加固、注漿加固、套拱加固等[4]；劉學(xué)增等[5]通過荷載結(jié)構(gòu)試驗研究了套拱加固帶裂縫隧道襯砌的修補性能；王英森[6]提出以“工字鋼+噴射混凝土”及“格柵拱架+噴射混凝土”2種主要的加固治理方案，并輔以鋼帶黏結(jié)等方式對隧道危險地段進(jìn)行了有效加固；俞景文等學(xué)者[7，8]通過試驗和數(shù)值模擬的方法研究了板式短錨組合結(jié)構(gòu)修補隧道二次襯砌裂縫的方法。雖國內(nèi)外學(xué)者對隧道缺陷和病害整治開展了大量研究，但鮮見針對防水板切割襯砌的整治方案。

2 工程概述

2.1 隧道簡況

西南地區(qū)設(shè)計速度200km/h高鐵線路的某雙線隧道全長5 239m，最大埋深約160m。隧址屬丘陵地貌，地勢較緩，局部陡峻，區(qū)構(gòu)造簡單，地層單斜。隧道處侏羅系陸相碎屑巖地層中，上覆第四系坡殘積層（Q4dl+el）粉質(zhì)黏土、崩坡積層（Q4dl+col），下伏侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組（J2s）泥巖夾砂巖、砂巖。區(qū)內(nèi)地下水相對不發(fā)育，節(jié)理裂隙較發(fā)育。

2.2 隧道缺陷概況

該隧道K1 526+032～K1 526+036.5（洞身標(biāo)3 227～3 231.5）段拱部存在防水板切割襯砌和鋼筋外露的缺陷，缺陷范圍：縱向長約4.5m、面積約8.5m2。如圖1和圖2所示。

圖1防水板切割襯砌和鋼筋外露

圖2缺陷部位

2.3 缺陷成因分析

因工藝及過程管控不到位，造成澆筑襯砌時混凝土流竄到局部未焊牢或破損的防水板外側(cè)，在自重和振搗作用下防水板和鋼筋被壓至襯砌臺車鋼模處，形成防水板切割襯砌和鋼筋外露。

3 整治原則及整治思路

3.1 整治原則

結(jié)合運營鐵路隧道天窗時間短的特點，在確保安全的前提下，在整治施工時，需盡量減少對鐵路運營的影響，須嚴(yán)格遵循以下原則：（1）整治后的使用功能與原設(shè)計相當(dāng)；（2）避免大拆大換；（3）修補或加強結(jié)構(gòu)可分步實施；（4）確保隧道整治結(jié)構(gòu)的整體性及完整性；（5）工法和工藝具有較強的安全性和可操作性；（6）整治作業(yè)對運營安全和行車影響降至最低；（7）部分材料和工藝指標(biāo)高于新建鐵路標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 整治思路

本著安全實用、質(zhì)量可靠、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)的思路開展隧道缺陷和病害整治，采用動態(tài)設(shè)計的方案。目的是在極其有限的天窗時間內(nèi)，采用對結(jié)構(gòu)進(jìn)行微創(chuàng)修繕的理念，進(jìn)行局部修補或加強，改善襯砌的受力狀態(tài)，可高效、可靠地消除可能存在的隱患，確保線路和隧道的運營安全。

4 整治方案

防水板切割襯砌使得隧道結(jié)構(gòu)完整性遭受破壞，形成2層或多層疊合結(jié)構(gòu)，嚴(yán)重時甚至形成“三截拱”的鉸接結(jié)構(gòu)，且切割面為非徑向的受力弱面，極大地降低了結(jié)構(gòu)的承載能力，一旦遭受外力或形變壓力，將可能造成結(jié)構(gòu)破壞乃至崩坍。為消除此隱患，遵循整治原則和整治思路，從鑿除修補和結(jié)構(gòu)補強兩方面介紹防水板切割襯砌的整治方案。

4.1 鑿除及修補

對防水板切割襯砌進(jìn)行局部的鑿除修補，可以改善襯砌中斜面帶來的不利受力狀態(tài)。根據(jù)襯砌被防水板切割的環(huán)向長度不同而采取2種措施。

4.1.1 全部鑿除被切割混凝土后修補

當(dāng)襯砌被防水板切割環(huán)向長度小于3m時，采取全部鑿除被切割混凝土后修補：在切割面兩外側(cè)完好襯砌上沿隧道縱向各打設(shè)2排長3m、間距1.0m×1.0m的徑向鎖定錨桿；然后鑿除被防水板切割的臨空側(cè)混凝土，直至襯砌被防水板切割的起點；拆除被防水板區(qū)隔的混凝土；密貼初期支護(hù)表面修補防水板，并將變形鋼筋按原設(shè)計恢復(fù)原位；鑿除范圍內(nèi)分層掛鋼筋網(wǎng)、噴射纖維混凝土至與原襯砌齊平。整治橫斷面和細(xì)部結(jié)構(gòu)如圖3和圖4所示。

4.1.2 部分鑿除被切割混凝土后修補

圖3全部鑿除修補整治橫斷面

圖4細(xì)部圖

當(dāng)襯砌被防水板切割環(huán)向長度大于3m時，采取部分鑿除被切割混凝土后修補：在區(qū)隔混凝土和保留側(cè)襯砌上打設(shè)長3m、間距1.0m×1.0m的徑向鎖定錨桿；清除被防水板切割的臨空側(cè)混凝土，割除裸露防水板（若區(qū)隔混凝土不密實或松動也一并鑿除）；再鑿除被防水板切割長度不小于45cm的過渡區(qū)混凝土（縱向分段且兩側(cè)不能同時鑿除），縱、環(huán)向間距20cm植外側(cè)筋，分層噴纖維混凝土至與保留的區(qū)隔混凝土持平；視情況將整個鑿除范圍內(nèi)原鋼筋重新定位，分層噴射纖維混凝土至與原襯砌齊平。整治橫斷面和細(xì)部結(jié)構(gòu)如圖5和圖6所示。

圖5部分鑿除修補整治橫斷面

圖6細(xì)部圖

4.2 結(jié)構(gòu)補強

在防水板切割襯砌范圍前后各延長1.0m區(qū)域全環(huán)拱墻襯砌進(jìn)行結(jié)構(gòu)植筋補強；通過植筋及錨桿尾部鋪設(shè)φ6mm雙層鋼筋網(wǎng)；分2層噴12cm厚C30纖維混凝土，對噴射混凝土表面收面后再噴涂一層高滲透性、耐久性環(huán)氧樹脂。

5 整治實施

5.1 施工組織

編制的實施性施工組織方案包括安排進(jìn)度、各工序銜接、機具配置、場地布置等，并制定切實可行的安全防護(hù)措施，以確保施工及運營安全。

5.1.1 準(zhǔn)備工作

根據(jù)作業(yè)點距隧道洞口的距離和隧道洞口外場地限制，本次整治不具備現(xiàn)場搭設(shè)臺架的作業(yè)條件，只能采用軌道車的作業(yè)模式。

5.1.2 作業(yè)計劃

作業(yè)軌道車出發(fā)的車站距作業(yè)點約46km，根據(jù)線路行車情況排出的天窗點，每天約有60min的施工作業(yè)時間，天窗點內(nèi)主要計劃如表1所示。再根據(jù)整治工作量，共計劃需天窗點30個，根據(jù)作業(yè)內(nèi)容分配天窗點，如表2所示。

表1天窗作業(yè)時間計劃（240mi n/天窗點）

表2作業(yè)計劃安排

5.1.3施工組織流程

現(xiàn)場成立施工小組，由設(shè)備單位施工負(fù)責(zé)人任組長，副組長由施工負(fù)責(zé)人擔(dān)任。在充分考慮各工序作業(yè)時間的基礎(chǔ)上，立足于合理化，仔細(xì)分析、精心安排各項工作的施工順序。

5.2 施工流程及工藝

5.2.1 施工流程

根據(jù)本次整治的工作內(nèi)容及其相互關(guān)系，制定施工流程如圖7所示。

圖7施工流程圖

5.3 過程管控

5.3.1 原材料控制

嚴(yán)格所有入場材料的檢查和驗收制度，砂石骨料規(guī)格須滿足設(shè)計要求，水泥、鋼材、錨桿、環(huán)氧樹脂等必須檢查產(chǎn)品合格證、附件清單和有關(guān)材質(zhì)報告單或檢查報告，并進(jìn)行外觀檢查。杜絕檢查驗收不合格的材料、成品、半成品進(jìn)場。

5.3.2 鐵路設(shè)備防護(hù)措施

停電作業(yè)完成后，用絕緣PVC管對接觸網(wǎng)線、承力索和邊墻上通信信號電纜等纜線進(jìn)行包裹，用彩條布包裹綁扎接觸網(wǎng)吊柱等，側(cè)溝蓋板上鋪設(shè)一層木板后再用彩條布覆蓋，并用彩條布將受影響的線路覆蓋。

5.2.2 主要作業(yè)施工工藝

1）錨桿

本次采用附有球形螺母,碗形墊板的φ28mm中空注漿錨桿。其工藝流程為：施工準(zhǔn)備→測量定位→鉆孔→清孔并檢查→安設(shè)中空錨桿→注漿。錨桿注漿采用雙球閥管路，體外注漿方式（漿液從孔口進(jìn)入桿體與孔壁間空隙，從錨桿前端鉆頭孔進(jìn)入中空錨桿體內(nèi)，經(jīng)桿體內(nèi)中空返回至尾部，可保證完全充填錨桿周圍空隙）。

2）植筋和布置鋼筋束

按設(shè)計規(guī)格和相關(guān)規(guī)范要長沙市在鋼結(jié)構(gòu)加工廠統(tǒng)一制作鋼筋，用軌道車運至作業(yè)點，現(xiàn)場由人工鉆孔、安裝、錨固、定位綁扎或焊接。

3）噴纖維混凝土

噴纖維混凝土根據(jù)實際情況采用潮噴工藝，噴纖維混凝土可保證分多次施作結(jié)構(gòu)的整體性，并加快施工進(jìn)度。

4）噴涂環(huán)氧樹脂

噴混凝土表面施作噴涂具有優(yōu)良的耐老化性和抗腐蝕性環(huán)氧樹脂。

6 結(jié)論與建議

1）基于對襯砌進(jìn)行微創(chuàng)修繕的理念，提出了一種充分利用既有結(jié)構(gòu)承載能力、改造局部結(jié)構(gòu)以改善隧道整體受力狀態(tài)、施作錨桿/植筋+鋼筋束+雙層鋼筋網(wǎng)+噴纖維混凝土補強的整治方法。

2）經(jīng)工程實踐驗證，整治方案具有化易操作、安全、作業(yè)快、成本小和結(jié)構(gòu)整體性好等特點，可有效消除隧道的安全隱患，保證隧道運營安全。

3）通過嚴(yán)密的施工組織、高標(biāo)準(zhǔn)的施工工藝和嚴(yán)格的過程管控，使得在高鐵運營有限的天窗點時間內(nèi)達(dá)到了良好的整治效果，在確保隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性的基礎(chǔ)上取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益，可為隧道類似缺陷和病害整治提供借鑒。