營運高鐵隧道加固施工技術(shù)研究

盛 紅 星

(中鐵五局集團(tuán)第四工程有限責(zé)任公司，廣東 韶關(guān) 512000)

隨著國民經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，近年來高速鐵路、客運專線建設(shè)實現(xiàn)跨越式大發(fā)展，建設(shè)里程、運營里程不斷刷新，為廣大人民群眾提供了便捷、高效、準(zhǔn)時、安全、舒適的出行方式，對經(jīng)濟發(fā)展起到了很好的拉動效應(yīng)。

隧道施工技術(shù)復(fù)雜、隱蔽性強，驗收檢查中無法真實、全面反映隧道施工質(zhì)量，造成部分質(zhì)量缺陷漏檢給鐵路行車構(gòu)成嚴(yán)重的安全隱患。鐵路部門多次對運營鐵路隧道進(jìn)行重新排查[1]，加密測點、測線，根據(jù)排查出的運營鐵路隧道不同缺陷，結(jié)合現(xiàn)場的情況，制定適宜的缺陷整治方案，確保“對癥下藥”徹底解決影響鐵路運營安全的潛在威脅、確保人民生命財產(chǎn)安全。常見二襯缺陷有襯砌強度厚度不足、二襯背后脫空，整治措施主要有：二襯混凝土結(jié)構(gòu)補強、錨桿加W波紋鋼板加固、二襯局部拆除重做、二襯全環(huán)拆除重做、加設(shè)鋼筋混凝土套襯、脫空部位注漿填充等[2,3]。結(jié)合西寧隧道缺陷整治，根據(jù)運營鐵路安全管理相關(guān)規(guī)定，提出不中斷鐵路行車進(jìn)行隧道二襯局部拆換、加鋼筋混凝土套襯、脫空部位注漿填充等整治方案，安全、高效、徹底完成了隧道二襯整治施工，徹底消除了鐵路隧道運營安全隱患，可以為類似工程提供參考。

1 工程概況

西寧隧道位于青海省西寧市，隧道起訖里程K1829+994.016～K1835+737.06，總長5 743 m。隧道進(jìn)口段K1829+994.016～K1831+322.016位于西寧市區(qū)，穿行于湟水河階地地表下，軌面埋深約16 m～33 m；自K1831+322.016左右進(jìn)入北山山體，為低中山，地形起伏大，相對高差可達(dá)100 m以上。本隧道采用復(fù)合式襯砌，病害整治段圍巖級別主要為Ⅳ級、Ⅴ級。

1.1 病害情況

蘭新客運專線西寧高速場至大通西站區(qū)間，西寧隧道主要病害有空洞、厚度不足，對于空洞采取注漿處理，對于存在空洞和厚度不足的地段采取局部鑿除和加鋼筋混凝土套襯進(jìn)行補強，病害情況和處理措施見表1。

表1 病害情況及處理措施

1.2 缺陷整治施工工藝

全隧共計施工套襯10處(共計30 m)、注漿2處，因本隧道為營運隧道，缺陷整治期間不能中斷行車，必須按照既有線有關(guān)要求組織施工，施工順序為：隧道出口處柵欄門拆除及恢復(fù)，通信、接觸網(wǎng)線、電力過渡及恢復(fù)，限速牌安裝及拆除，材料機具運輸及撤離，發(fā)電機布線，風(fēng)水管架設(shè)，吊柱改遷及恢復(fù)，隧道注漿及套襯施工。套襯施工采用吊模法分段、分層澆筑，以確保列車通行。

2 二襯缺陷整治施工技術(shù)[4-8]

2.1 施工準(zhǔn)備工作

1)正式施工前，按照營業(yè)線施工的有關(guān)要求，完成施工方案報審、安全協(xié)議簽訂、施工計劃申報等工作。

2)對相關(guān)人員進(jìn)行培訓(xùn)取證，編制專項施工方案，對全員進(jìn)行安全交底、技術(shù)交底和安全培訓(xùn)工作，駐站聯(lián)絡(luò)員、防護(hù)員、施工人員必須持證上崗。

3)按照施工進(jìn)度要求，做好設(shè)備、材料、勞動力組織，設(shè)備配備要略有富余、狀況完好，相關(guān)專用工具提前加工、定制。

4)做好鐵路設(shè)備的保護(hù)、防護(hù)，有絕緣和防靜電要求的，遵照有關(guān)要求做好防護(hù)。

5)風(fēng)、水、電等管路進(jìn)洞。

2.2 通信、接觸網(wǎng)線、電力過渡施工及改移

開始套襯、注漿施工前，按照施工方案進(jìn)行通信、接觸網(wǎng)線、電力等的過渡施工，過渡施工完畢后對上述管路進(jìn)行防護(hù)。

2.3 套襯施工

2.3.1拱腳混凝土鑿除

為防止套襯侵入鐵路限界并保證鋼架架設(shè)要求，必須對既有二襯墻腳位置混凝土進(jìn)行局部鑿槽，以保證在鋼架底部基礎(chǔ)寬度30 cm。鑿除混凝土?xí)r，不得切割破壞既有襯砌內(nèi)主鋼筋，鋼架盡量布置在既有襯砌相鄰主筋空隙間，嚴(yán)格按要求鑿除，嚴(yán)禁多鑿、欠鑿，拱腳混凝土鑿除采用風(fēng)鎬施工，既有二襯墻腳局部鑿除見圖1。

2.3.2既有襯砌與套襯接觸面鑿毛處理

鑿毛前，先對襯砌表面做防塵預(yù)處理，鑿毛深度不小于1 cm，鑿毛完畢后，用水沖洗干凈。

2.3.3植筋

1)沿鋼架徑向在原襯砌混凝土上植入Φ22固定鋼筋，固定鋼筋環(huán)向間距1.0 m，每處2根，在鋼架兩側(cè)對稱設(shè)置。

2)鋼筋加工成“L”形，通過鉆孔、錨固劑與原混凝土連接牢固，鉆孔孔徑不小于37 mm，單根鋼筋長69 cm,其中嵌入原混凝土深度不小于25 cm。

3)植筋時采用電鉆鉆眼，高壓空氣清孔。固定鋼筋長度可根據(jù)現(xiàn)場需要進(jìn)行調(diào)整，以保證嵌入原混凝土和植入套襯混凝土深度。

4)植筋尾部外露的直彎鉤與格柵鋼架滿焊。

2.3.4格柵鋼架安裝及固定

1)格柵鋼架在洞外加工場集中制作，預(yù)拼裝合格方可運輸?shù)蕉磧?nèi)安裝。

2)格柵鋼架按設(shè)計分節(jié)制作，進(jìn)洞前標(biāo)明類型及單元號，堆放時下墊上蓋。

3)格柵鋼架在架立前對其位置進(jìn)行施工放樣，用紅油漆在原二襯上環(huán)向每隔2 m做上詳細(xì)標(biāo)記，確保鋼架的垂直度和環(huán)向弧度緊貼原襯砌面。

4)鋼架安裝前，預(yù)先按設(shè)計圖紙位置，在最大跨及拱腳處打入R32N自進(jìn)式鎖腳錨桿，鎖腳錨桿長4 m，每組2根，每榀鋼架設(shè)置4組，鎖腳錨桿與格柵鋼架連接示意圖見圖2。

5)鋼架通過R32N鎖腳錨桿及植入的Φ22鋼筋進(jìn)行焊接定位；鋼架間距原則上不大于50 cm，鋼架間縱向采用Φ22鋼筋連接，其環(huán)向間距0.4 m。在2榀鋼架中間增設(shè)1根Φ22環(huán)向鋼筋，鋼架間的縱向、環(huán)向鋼筋綁扎連接，并將錨固鋼筋與鋼架焊接牢固。

6)鋼架按設(shè)計要求安裝，安裝尺寸允許偏差值為：橫向和高程為±5 cm，垂直度±2°，格柵鋼架必須與既有襯砌密貼，空隙處采用鋼筋、鋼板支頂密實，以保證鋼架受力。

7)套襯綜合接地施工。

套襯內(nèi)的錨桿、鋼拱架、連接筋與既有隧道的綜合接地系統(tǒng)可靠焊接，保證綜合接地系統(tǒng)的接地性能。

2.3.5二襯局部拆除施工

1)拆除先從拱頂位置開始，依次向兩側(cè)拆除，拆除二襯混凝土?xí)r要分塊跳槽拆除，嚴(yán)禁爆破拆除，嚴(yán)禁大段落連續(xù)進(jìn)行拆除作業(yè)。

2)拆除時，注意保護(hù)土工布與防水板，確有損壞時，在初支與待澆筑襯砌結(jié)合面涂抹2 cm厚水泥砂漿找平層，然后刮涂2 mm厚水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料，鋪掛土工布(≥350 g/m2)→防水板(≥1.5 mm)→土工布(≥350 g/m2)，并確保鋪掛土工布與既有土工布搭接長度不小于40 cm，鋪掛防水板與既有防水板搭接長度不小于30 cm。

3)原混凝土剔除時，槽口呈外小內(nèi)大倒梯形，使新混凝土呈鑲嵌狀態(tài)，確保施工質(zhì)量。

4)新舊混凝土的結(jié)合處表面進(jìn)行鑿毛處理，鑿成凹凸差不小于6 mm的粗糙面，清理四周松動混凝土，將結(jié)合面沖洗干凈。

2.3.6模板安裝

1)采用特殊加工的建筑組合鋼模板，分層交替支模、澆筑。每次澆筑高度1 m～5 m，縱向每次澆筑長度3 m，套拱混凝土澆筑分塊示意圖見圖3，模板安裝效果圖見圖4。

2)每塊對應(yīng)模板預(yù)留3個孔洞，模板采取懸吊法支立，吊筋露出部分吊筋加工為絲桿形式，穿過模板后，內(nèi)部與格柵鋼架以及縱環(huán)向鋼筋焊接牢固，外墊8號槽鋼進(jìn)行加固，并用螺栓擰緊，內(nèi)部支撐采用25 cm長定位鋼筋，鋼筋與鋼筋焊接，模板安裝平面示意圖見圖5，模板安裝側(cè)面示意圖圖6。

3)模板在安裝前要在洞外進(jìn)行除銹打磨，并涂刷脫模劑，以保證混凝土的外觀質(zhì)量和順利脫模。模板間采用螺栓連接，模板與模板間隙、吊桿與模板間隙以及模板與原襯砌表面間隙用泡沫劑或雙面膠粘貼牢固，接縫嚴(yán)密，避免漏漿。

4)安裝模板時，按注漿要求，預(yù)留φ42注漿管及排氣管，尾部安裝止?jié){球閥，并用膠帶對管口封堵。

5)安裝模板時，嚴(yán)格控制外露吊筋長度，避免侵限。施工結(jié)束后，對隧道限界進(jìn)行測量，并向工務(wù)段提交正式的隧道限位界測量數(shù)據(jù)及報告。

2.3.7混凝土澆筑

1)混凝土由商混凝土站直接提供，混凝土罐車運至隧道洞口，采用自制絕緣軌道平板車運至施工現(xiàn)場。

2)平板車上采用鋼板焊接牢固制作混凝土料箱，料箱必須焊接良好，為防止運輸途中混凝土灑落污染道床、鋼軌、扣件等，混凝土料箱內(nèi)裝料不得超過2/3，并加蓋密封嚴(yán)密，用插銷鎖牢車蓋，小車行駛過程中保持勻速，以防砂漿外溢。

3)運輸過程中平板車上安排專人看護(hù)，若沿途有混凝土灑落，立刻安排工人進(jìn)行清理。

4)混凝土運至施工現(xiàn)場，人工鏟至小型輸送泵內(nèi)，以泵送方式澆筑，平板振搗器配合插入式振搗棒搗固。使用插入式振搗棒時，避免觸碰鋼筋、模板、注漿管等構(gòu)件，采取“快入慢出”的方法，振搗至表面無氣泡排出為止，振搗密實，避免漏振或過振。

5)混凝土澆筑前，清理模板內(nèi)雜物，對新舊接觸面進(jìn)行灑水浸潤。

6)澆筑前檢查模板的牢固性，經(jīng)現(xiàn)場監(jiān)理工程師檢查合格后，澆筑C40鋼纖維混凝土。

7)分段澆筑時，在混凝土頂面安插接槎鋼筋，鋼筋直徑為16 mm，長度不小于60 cm，埋入30 cm，預(yù)留30 cm，布置間距不大于25 cm。

8)下次混凝土澆筑前，應(yīng)對已硬化混凝土進(jìn)行鑿毛處理，清除松動石子及軟弱混凝土層，并沖洗干凈。

9)當(dāng)套襯混凝土強度達(dá)到100%后，進(jìn)行拱頂回填注漿。

2.4 注漿加固[2]

對于襯砌厚度不小于30 cm處的局部空洞進(jìn)行注漿填充處理。

1)材料及配合比。微膨脹水泥漿，水灰比0.8∶1(質(zhì)量)。

2)壓力及結(jié)束注漿條件。注漿壓力0.1 MPa～0.2 MPa，當(dāng)達(dá)到下述條件之一即可結(jié)束注漿：a.注漿壓力達(dá)到設(shè)計終壓，并穩(wěn)壓10 min；b.注漿量達(dá)到或超過設(shè)計注漿量，排氣管口出現(xiàn)冒漿情況。

3)施工要求。a.注漿管及排氣管均采用φ42鍍鋅鋼管制成，按0.75 m～1.5 m間距矩形布置；鋼管長度為套襯厚度加200 mm外露長度，外露端為車絲端，車絲長度不小于40 mm。b.注漿管及排氣管埋設(shè)采用手持鉆機在襯砌開孔方式進(jìn)行。打孔前，嚴(yán)格核對襯砌背后脫空深度及范圍，采取限深措施，確保不損壞防水板。管身與襯砌間空隙采用錨固劑封堵，管口安裝球閥及注漿管路。c.當(dāng)漏漿嚴(yán)重時，可采取間歇性、低壓、濃漿注漿，反復(fù)多次(3次以上)仍漏漿嚴(yán)重的，宜采取加入速凝劑的特殊方法結(jié)束注漿。d.注漿材 料應(yīng)經(jīng)試驗檢查合格后使用，配制好的漿液隨拌隨用。e.注漿過程中應(yīng)嚴(yán)密觀察襯砌狀況，若發(fā)現(xiàn)襯砌有異常、變形、開裂或已到裂紋加速發(fā)展等，應(yīng)立即停止注漿并上報。f.注漿結(jié)束后，采用微膨脹水泥將管口封填密實，并切除注漿管外露部分至襯砌內(nèi)緣齊平。

2.5 通信、接觸網(wǎng)線、電力恢復(fù)

在上述施工完畢后，清理現(xiàn)場，按照施工計劃，將通信、接觸網(wǎng)線、電力等進(jìn)行恢復(fù)，撤除施工防護(hù)，恢復(fù)原狀。在報鐵路有關(guān)單位驗收合格后，恢復(fù)常速通行。

2.6 注意事項

1)整治前應(yīng)先核查清楚病害情況(類型、范圍、程度等)，檢測、施工及監(jiān)理單位應(yīng)共同對檢測發(fā)現(xiàn)病害的部位，采用加密掃描及鉆孔等方式進(jìn)行驗證，對病害地段襯砌觀感質(zhì)量進(jìn)行檢查和詳細(xì)記錄，并進(jìn)行安全評價，再根據(jù)具體情況參照指導(dǎo)意見進(jìn)行整治處理。

2)二襯結(jié)構(gòu)缺陷處治是在檢測數(shù)據(jù)、竣工圖紙等基礎(chǔ)資料真實有效的情況下開展的，施工前須對病害檢測資料進(jìn)行核對、檢驗，復(fù)查鉆孔資料，確保檢測資料的準(zhǔn)確性。若實際情況與既有資料不符，應(yīng)根據(jù)實際情況另行評判處治。

3)在整治前、整治施工過程中以及整治完畢后，均要求對病害段及相鄰段進(jìn)行全過程的實時監(jiān)測，并搜集相關(guān)變形及病害數(shù)據(jù)，一旦出現(xiàn)異常，要求報請相關(guān)單位研究應(yīng)對措施。

4)各項施工要嚴(yán)格按照既有線施工要求進(jìn)行，切實做好安全防護(hù)工作，加強駐站聯(lián)絡(luò)溝通，嚴(yán)格按照施工計劃組織施工。病害處理施工應(yīng)先編制實施性施工組織，安排好進(jìn)度、各工序銜接、機具配置、施工場地布置等，并應(yīng)特別強調(diào)采取切實可行的安全防護(hù)措施，上工前要清點工具、器具數(shù)量，施工天窗點完畢撤離前核對工具、器具數(shù)量是否全部撤離，確保安全，施工中要切實保護(hù)好鐵路設(shè)備。

5)施工前應(yīng)對實際操作人員進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)、在施工過程中加強監(jiān)督，且應(yīng)進(jìn)行必要的施工工藝試驗。

6)施工中產(chǎn)生的廢砟、廢料不得隨意丟放，天窗結(jié)束前集中運出防護(hù)柵欄，做到工完料凈、場地清。

7)搭建施工平臺時，不能碰觸接觸網(wǎng)設(shè)施，腳手架需與接觸網(wǎng)線保持250 mm的安全距離，接觸網(wǎng)的接觸線、承力索、AF線及PW線用海綿軟管進(jìn)行包裹防護(hù)。

8)施工鋼拱架、模板等距離供電設(shè)備安全距離不足或地線未拆除時，不能通知電調(diào)消令送電。

9)因施工工藝原因需要留置施工縫時，用Ф16 mm鋼筋作接槎筋，長度不小于60 cm，埋深30 cm，沿接縫縱向中心間距不大于25 cm。

3 結(jié)語

1)利用天窗時間，對隧道二襯局部缺陷進(jìn)行整治，通過精心組織、細(xì)致策劃、精密部署，以吊筋錨桿和小型鋼模組合，避免了搭設(shè)支架影響行車的問題，采取套拱分段澆筑的方法縮短了每次混凝土澆筑時長，解決了無法在一個天窗點內(nèi)完成全環(huán)套拱混凝土澆筑的難題，在不中斷行車的情況下對隧道二襯進(jìn)行了補強，消除了影響鐵路運營的安全隱患。

2)對運營鐵路隧道進(jìn)行缺陷整治，為確保不中斷行車，存在施工難度大、有效施工時間短、對行車干擾大、既有線施工安全壓力大、施工成本高等缺點，因此應(yīng)加強隧道施工過程監(jiān)管，并加強隧道質(zhì)量驗收管理，確保質(zhì)量缺陷不漏檢，在投入運營前消除所有質(zhì)量缺陷。

3)采用加套拱和局部拆除重做對運營隧道二襯進(jìn)行加固，能做到“一次整治，不留后患”，具有安全性、耐久性、耐火性等優(yōu)點，施工工藝成熟，施工質(zhì)量可控，對于根治隧道二襯質(zhì)量缺陷效果較好。在后期運營及監(jiān)測中，整治效果達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，隧道運營安全穩(wěn)定，對類似工程具有很好的參考價值。