山區(qū)高鐵隧道養(yǎng)修理念探討與對(duì)策

陸亞峰 中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司蕪湖工務(wù)段

1 概述

2015年6月合福高鐵開(kāi)通，我段接管第一條高速鐵路，隨著鐵路建設(shè)的蓬勃發(fā)展，截至2020年6月我段共接管合福、寧安、杭昌、合杭四條高鐵線。其中，包含隧道77座，大部分隧道位于山區(qū)和丘陵地帶。其中位于巖溶發(fā)育地段13座，斷層破碎帶地段13座，富水軟弱帶地段9座。

隨著高鐵的運(yùn)營(yíng)，受作業(yè)條件限制和外部環(huán)境等因素影響，高鐵隧道養(yǎng)護(hù)與維修作業(yè)變得越來(lái)越困難且工作量呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。日常檢查發(fā)現(xiàn)隧道常見(jiàn)的病害主要包括隧道滲漏水、拱頂?shù)魤K脫空、調(diào)平層上拱和表面冒漿等。這些病害均對(duì)高速鐵路行車安全產(chǎn)生了不良影響。如何解決這些問(wèn)題，成為了我國(guó)高鐵發(fā)展的關(guān)鍵性因素。

2 常見(jiàn)病害分析

2.1 隧道滲漏水

隧道滲漏水是最為常見(jiàn)的病害之一，包括孔洞滲漏、施工縫滲漏和大面積滲漏等類型。隧道滲漏水問(wèn)題產(chǎn)生的危害影響可作用于多個(gè)方面。首先，對(duì)結(jié)構(gòu)的耐久性會(huì)產(chǎn)生影響：如果隧道襯砌結(jié)構(gòu)出現(xiàn)嚴(yán)重的滲漏水問(wèn)題，會(huì)加大襯砌結(jié)構(gòu)的裂縫范圍；與此同時(shí)，也會(huì)增加混凝土碳化程度，如果地下水在此時(shí)具備一定腐蝕性時(shí)，很容易使得原有混凝土襯砌結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況。其次，會(huì)造成行車中斷：當(dāng)隧道拱頂滲漏水量較大時(shí)，形成滴水成線的現(xiàn)象，當(dāng)水流滴落到電源設(shè)備上，會(huì)引發(fā)電氣設(shè)備跳閘，造成行車中斷，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)龘p接觸網(wǎng)線路，影響高鐵鐵路運(yùn)輸安全?？偠灾哞F隧道滲漏水問(wèn)題帶來(lái)的危害影響較多，必須針對(duì)具體的問(wèn)題進(jìn)行整治。

2.2 拱頂?shù)魤K脫空

在鐵路隧道拱頂病害中，拱頂?shù)魤K脫空是最常見(jiàn)的病害，大面積脫空易產(chǎn)生局部不穩(wěn)定造成脫落風(fēng)險(xiǎn)。塊狀不穩(wěn)定塊多出現(xiàn)在施工縫處，施工縫處的裂紋受外部環(huán)境影響隨時(shí)間發(fā)展變長(zhǎng)變寬，當(dāng)與施工縫閉合后就形成了不穩(wěn)定塊。在列車振動(dòng)荷載及空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)作用下，不穩(wěn)定塊可能會(huì)出現(xiàn)脫落，影響鐵路行車安全。

2.3 調(diào)平層上拱

常見(jiàn)的調(diào)平層上拱是由地下水壓力、不良地質(zhì)條件、施工質(zhì)量缺陷等因素造成的。當(dāng)隧道內(nèi)既有排水系統(tǒng)堵塞時(shí)，地下水不能及時(shí)排出，加上仰拱回填層施工質(zhì)量缺陷，水流會(huì)進(jìn)入仰拱回填層內(nèi)的空隙中，形成較高的承壓水頭，導(dǎo)致調(diào)平層抬升。

2.4 調(diào)平層表面翻漿

調(diào)平層表面翻漿是隧道滲漏水與軌道板裂隙兩種病害綜合作用產(chǎn)生的。隧道內(nèi)溫度較為恒定，而隧道外晝夜溫差大，導(dǎo)致軌道板與調(diào)平層在溫度應(yīng)力下會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)動(dòng)，形成內(nèi)部應(yīng)力，在列車振動(dòng)荷載作用可形成裂隙。當(dāng)?shù)叵滤M(jìn)入雜質(zhì)及縫隙中，混凝土在列車荷載作用下磨損，產(chǎn)生細(xì)小顆粒，顆粒在列車動(dòng)荷載作用下被帶出，導(dǎo)致調(diào)平層表面有白漿析出。

3 整治措施

3.1 巖溶發(fā)育地帶病害整治

隧道滲漏水作為最常見(jiàn)的隧道病害，近些年一直影響高鐵的安全運(yùn)營(yíng)。2016年7月2日因大暴雨天氣影響，合福高鐵子謙山隧道圍巖外部水壓急劇增大，隧道環(huán)縱向泄水管、孔排水能力不足，導(dǎo)致隧道周邊水位迅速提升，最終邊墻襯砌發(fā)生潰口水害，軌道板抬升，影響高速列車運(yùn)行。

針對(duì)此次水害，首先在上拱地段中心水溝、隧道襯砌邊墻腳打排水孔減壓，其中中心水溝需打穿仰拱，邊墻需打通縱向排水管。然后疏通既有邊墻泄水孔，加快水流排泄。其次，對(duì)潰口段采取砂漿錨桿、鋼筋砼封堵并對(duì)巖溶管道進(jìn)行引排處理，潰口周邊加固采用φ22砂漿錨桿，錨桿長(zhǎng)5.0 m，環(huán)向間距1.5 m。潰口采用C35鋼筋混凝土襯砌封堵，厚度60 cm，襯砌周圍設(shè)置30 cm寬暗梁。為確保新建混凝土二次襯砌安全，采用φ22砂漿錨桿對(duì)新建二次襯砌進(jìn)行加固處理，φ22砂漿錨桿與襯砌鋼筋焊接牢固（見(jiàn)圖1）。

圖1 潰口封堵正面示意圖

經(jīng)過(guò)此次搶險(xiǎn)整治，隧道內(nèi)未發(fā)生其他水害，潰口封堵效果良好。通過(guò)水流對(duì)比及軌道上拱對(duì)比顯示，中心水溝、隧道襯砌邊墻腳打排水孔疏通灰?guī)r地段既有泄水孔減壓及潰口錨桿砼封堵的搶險(xiǎn)方法非常有效。

3.2 襯砌內(nèi)部注漿整治

對(duì)襯砌空洞和襯砌裂縫引起隧道滲漏水的可以采用襯砌內(nèi)部注漿的方法進(jìn)行整治。首先對(duì)混凝土進(jìn)行鑿面，使用沖擊電鉆鉆注漿孔，注漿孔鉆完成后，采用高壓風(fēng)將鉆孔內(nèi)部的殘屑及時(shí)清理，然后安裝注漿管以及配套注漿嘴。注漿管在安裝過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)使用環(huán)氧砂漿將孔管之問(wèn)的間隙進(jìn)行緊密填塞，并采用光滑的細(xì)木輥進(jìn)行鼓搗密實(shí)。在注漿管的斷頭涂抹植筋膠，待注漿管縫固結(jié)后，對(duì)縫口縫隙質(zhì)量進(jìn)行檢查，滲漏水只能通過(guò)注漿管內(nèi)流出來(lái)，其他部位不得出現(xiàn)滲漏水現(xiàn)象，否則重新進(jìn)行封縫。注漿管錨固后，進(jìn)行壓水試驗(yàn)來(lái)確定注漿的參數(shù)，等待水壓、進(jìn)水量及出水量都控制在合理的范圍之內(nèi)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

在注漿施工中，應(yīng)當(dāng)先在滲漏水量比較小的地方進(jìn)行注漿，然后在滲漏水量比較大的地方進(jìn)行注漿。將注漿壓力控制在比較穩(wěn)定的狀態(tài)下進(jìn)行3 min-5 min的注漿工作。在注漿過(guò)程中還要對(duì)壓力的變化進(jìn)行時(shí)刻觀察，當(dāng)壓力迅猛升高時(shí)須停止注漿工作。

4 具體案例

日常檢查中發(fā)現(xiàn)寧安客專大學(xué)山隧道等4座隧道存在二次襯砌敲擊空響的現(xiàn)象，為確保高鐵行車安全，必須進(jìn)行整治。

4.1 工藝流程

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)檢查部位進(jìn)行鉆孔檢查，若二次襯砌背后存在脫空時(shí)，采取對(duì)缺陷部位打設(shè)注漿孔進(jìn)行水泥注漿處理[7]。具體措施為：組裝施工平臺(tái)→鉆孔→注漿→封堵。

4.2 施工措施

（1）組裝施工平臺(tái)

施工準(zhǔn)備工作完成后，按照防護(hù)要求上道進(jìn)入隧道內(nèi)施工點(diǎn)，待隧道內(nèi)接觸網(wǎng)徹底斷電并接地放電后，且接到供電段現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人停電通知單后，施工人員嚴(yán)格按照安全防護(hù)要求有序組裝施工平臺(tái)，做好平臺(tái)的穩(wěn)定性加固，確保平臺(tái)不晃動(dòng)、不失穩(wěn)、不傾覆（見(jiàn)圖2）。

圖2 施工平臺(tái)架設(shè)

（2）鉆孔

在空洞及不密實(shí)位置按照環(huán)向×縱向間距為0.6 m設(shè)置鉆孔，每處不少于3個(gè)，注漿口應(yīng)距離接觸網(wǎng)上方0.5 m以外，距離接觸網(wǎng)吊柱底座1 m以外，確保供電設(shè)備不被污染破壞。

安設(shè)注漿管，管頂端距空腔頂面不大于2 cm（見(jiàn)圖3、圖4）。

圖3 二襯不密實(shí)注漿處理示意圖

圖4 馬牙扣形注漿管示意圖

（3）注漿

在管口安設(shè)灌漿嘴，從低到高灌注注漿材料，灌注壓力為0.1 MPa～0.2 MPa，施工過(guò)程中應(yīng)逐步增加注漿壓力，直至高端鉆孔冒漿為止，然后拆除灌漿嘴，封閉低端孔口，從相鄰高端鉆孔處繼續(xù)向內(nèi)灌漿，直至所有鉆孔灌漿完成，最后一處灌漿時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增加壓力至0.3 MPa~0.5 MPa（素砼0.3 MPa，鋼架砼0.5 MPa）左右，當(dāng)繼續(xù)加壓不再進(jìn)漿時(shí)結(jié)束注漿。

注漿材料采用水泥漿，水灰比（重量比）1:1。水泥選用425號(hào)普通硅酸鹽水泥，注漿前進(jìn)行配合比試驗(yàn)，用秒表記下注入和流出時(shí)間，據(jù)此確定注漿量、注漿壓力，檢查管路設(shè)備運(yùn)行情況。在未進(jìn)行注漿試驗(yàn)前，注漿壓力0.1 MPa～0.2 MPa，終壓為0.4 MPa~0.5 MPa。當(dāng)空洞體積大于等于1.5m3時(shí)填充水泥砂漿，漿液膠凝時(shí)間：2 min～5 min，如不滿足，注漿過(guò)程中可適當(dāng)添加一定數(shù)量的速凝劑。

注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：注漿工作盡可能連續(xù)，直至排氣孔排出均勻漿液。注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)終壓后穩(wěn)定10 min，注漿孔不進(jìn)漿或很少進(jìn)漿，即可結(jié)束注漿。封孔作業(yè)：停泵后立即封閉孔口閥門，拆卸和清洗管路，割除外露鋼管，待漿液凝固后用塑膠泥封堵孔口，保證封孔后結(jié)構(gòu)不滲水、漏水。

注漿施工完成后將混凝土表面清理干凈，用調(diào)和好的水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料在注漿范圍及邊緣外不小于1.0 m范圍內(nèi)刮涂?jī)蓪臃浪?，用量不?yīng)小于1.5 kg/m3，且涂抹厚度不應(yīng)小于2.0 mm。

4.3 注漿注意事項(xiàng)

隧道軸線分左右逐段壓注，由兩段向中央，由低處向高處依次注漿；注漿是一項(xiàng)連續(xù)作業(yè)，不得任意停泵，以防堵塞管路；注漿時(shí)應(yīng)時(shí)刻注意注漿壓力、襯砌變形觀察和儲(chǔ)漿筒的漿液下降情況。若注漿時(shí)間較長(zhǎng)而不升壓，可能漿液流竄太遠(yuǎn)，應(yīng)縮短漿液凝膠時(shí)間或停注，若跑漿嚴(yán)重，可間歇注漿。

開(kāi)始鉆孔時(shí)采用不得大于20 cm長(zhǎng)的鉆頭試鉆，鉆至20 cm后更換長(zhǎng)30 cm鉆頭，放緩鉆速，減輕施鉆力度，主要避免鉆頭穿破背后的防水板。若鉆至背后空洞位置，立即停止施鉆，做好注漿的標(biāo)識(shí)。

承力索、正饋線、絕緣子等設(shè)備上方0.5 m以內(nèi)的作業(yè)，為了避免以上供電設(shè)備被水泥漿污染、破壞，采用彩條布覆蓋到接觸網(wǎng)、承力索及正饋線上，土工布等柔性材料包裹絕緣子，避免漿液對(duì)其造成污染，注漿完成后，彩條布及柔性材料必須清理帶出隧道外。同時(shí)彩條布對(duì)工作范圍內(nèi)的電纜、道床、鋼軌等覆蓋防護(hù)，如發(fā)現(xiàn)污染及時(shí)清理干凈。

注漿施工嚴(yán)格按照試驗(yàn)配比進(jìn)行，充分掌握漿液的凝結(jié)時(shí)間，并使用機(jī)械攪拌，保證注漿材料的可灌性。注漿施工中應(yīng)經(jīng)常監(jiān)視壓注量、控制注漿壓力，做好注漿記錄，注漿施工后，必須布設(shè)注漿檢查孔，檢測(cè)注漿回填的效果，未達(dá)到注漿要求的，應(yīng)重新注漿。注漿期間應(yīng)有專人記錄漿液消耗量，注漿時(shí)間及注漿壓力等數(shù)據(jù)。

若由于注漿量大，封鎖點(diǎn)無(wú)法全部施工完成，在當(dāng)前施工任務(wù)結(jié)束前灌水關(guān)閉閥門，將注漿孔用水沖洗干凈，以便第二個(gè)天窗再次補(bǔ)灌。注漿過(guò)程中可能存在前后幾組二襯環(huán)向施工縫漏漿的問(wèn)題，專人負(fù)責(zé)觀察，發(fā)現(xiàn)施工縫或冷縫有漏漿時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)濃配合比，適當(dāng)加入速凝劑，對(duì)漏漿點(diǎn)及時(shí)采用麻筋封堵，待停止漏漿后將其取出。如堵漏漿困難時(shí)，可采取間歇注漿或隔夜注漿方式處理，確保注漿效果。

通過(guò)對(duì)紅旗隧道等四座隧道進(jìn)行鉆孔注漿，解決了二次襯砌內(nèi)部空洞病害。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文列舉了山區(qū)高鐵隧道在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中出現(xiàn)的幾類常見(jiàn)病害并對(duì)病害進(jìn)行了分析，針對(duì)隧道滲漏水分析病害產(chǎn)生的原因并提出對(duì)應(yīng)的整治措施，以寧安客專大學(xué)山隧道整治具體事例介紹了隧道脫空的整治方案，為以后的高鐵隧道養(yǎng)修提供參考意見(jiàn)。但在隧道日常養(yǎng)修中，為解決好隧道盲管排水問(wèn)題，進(jìn)行結(jié)晶體疏通，目前來(lái)看不能從根本上解決隧道盲管結(jié)晶體堵塞問(wèn)題，需定周期進(jìn)行疏通養(yǎng)護(hù)，工作量較大，需要在后期工作中不斷總結(jié)和研究。