運(yùn)營鐵路隧道病害檢測與整治現(xiàn)狀

馮海潮

（中鐵三局集團(tuán)橋隧工程有限公司，四川 成都 610083）

1 工程概況

宜萬鐵路東起湖北宜昌市，西止重慶萬州區(qū)，全長377 km，是中國中長期鐵路網(wǎng)中沿長江、東中西部大通道的重要組成部分。全線共有159 座隧道（單線隧道105 座和雙線隧道54 座），其中左線為貫通線，共有隧道118 座，總長226 km，隧道長度占據(jù)線路總長60%。其地形、地質(zhì)條件之復(fù)雜集中國西南山區(qū)鐵路之大成，建設(shè)條件之艱、難、險居中國鐵路之最，特別是長大深埋隧道穿越地區(qū)巖溶發(fā)育、規(guī)模多樣性，突水突泥風(fēng)險性為國內(nèi)外罕見。宜萬鐵路工程艱巨、施工風(fēng)險大、環(huán)境壓力突出屬世界級難題，總體建設(shè)難度也超過了同處喀斯特（巖溶）地區(qū)的成昆、南昆、內(nèi)昆和渝懷鐵路。

自2003-12-01 正式開工，2010-08-18 全線鋪通，實(shí)際建設(shè)歷時7年，比預(yù)計(jì)工期推遲2年，最終每年推進(jìn)54 km 不到。建設(shè)效率是同期青藏鐵路的1/7，每千米造價約是青藏鐵路的2.5 倍。

總體設(shè)計(jì)單位鐵四院根據(jù)隧道所穿越的地層巖性、巖溶發(fā)育程度、地質(zhì)構(gòu)造、富水程度等因素將巖溶隧道劃分為I 級風(fēng)險、Ⅱ級風(fēng)險和一般風(fēng)險。其中八字嶺、野三關(guān)、大支坪、云霧山、馬鹿箐、金子山、齊岳山、別巖槽8 座隧道為I 級風(fēng)險隧道，高陽寨、魯竹壩二號、龍麟宮等26 座隧道為Ⅱ級風(fēng)險隧道，其余隧道為一般風(fēng)險。

2 隧道病害情況

在鐵路隧道運(yùn)營過程中，部分線路隧道出現(xiàn)了不同類型的缺陷或病害[1]。隧道襯砌是承受地層壓力、防止圍巖變形坍落的主體建筑物。襯砌承受地層壓力的大小，主要取決于工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件和圍巖的物理力學(xué)特性，同時與設(shè)計(jì)方案、施工方法、支護(hù)襯砌是否及時和工程質(zhì)量的好壞等因素有關(guān)[2]。以宜萬鐵路隧道情況為例，簡述如下。

2.1 隧道襯砌存在的缺陷

隧道襯砌存在的缺陷主要有襯砌厚度缺陷、襯砌混凝土質(zhì)量缺陷、襯砌背后空洞或回填不密實(shí)[3]。

襯砌厚度缺陷的主要原因：巖體開挖不到位、模板支設(shè)出現(xiàn)偏差。

襯砌混凝土質(zhì)量缺陷的主要原因：①麻面。模板內(nèi)表面粗糙、未清理干凈、濕潤不足，模板拼縫不嚴(yán)密而漏漿，混凝土振搗不密實(shí)，氣泡未排出以及養(yǎng)護(hù)不規(guī)范。②露筋。綁扎鋼筋或安裝鋼筋骨架時未放墊塊或墊塊位移、鋼筋位移、結(jié)構(gòu)斷面較小、鋼筋過密使鋼筋緊貼模板，導(dǎo)致混凝土保護(hù)層厚度不足。③蜂窩?；炷僚浔炔粶?zhǔn)（漿少石多）或攪拌不勻、澆筑方法不當(dāng)、振搗不合理，造成砂漿與石子分離；模板嚴(yán)重漏漿等。④孔洞。骨料粒徑過大、鋼筋配置過密導(dǎo)致混凝土下料中被鋼筋擋住，混凝土流動性差、分層離析、振搗不實(shí)，混凝土受凍、混入泥塊雜物等。⑤縫隙及夾層。施工縫處理不當(dāng)以及混凝土中含有垃圾雜物。⑥缺棱、掉角。澆筑前模板未充分濕潤，棱角過早拆?；虿鹉：蟊Ｗo(hù)不善。⑦裂縫。結(jié)構(gòu)和地基產(chǎn)生不均勻沉降，水分蒸發(fā)過快，模板不牢固，混凝土內(nèi)部和表面溫差過大，拆模時混凝土受到劇烈震動，混凝土養(yǎng)護(hù)不良。⑧強(qiáng)度不足。地下水影響，混凝土振搗難以按施工規(guī)程要求實(shí)施，混凝土直接養(yǎng)護(hù)濕度難以達(dá)標(biāo)。

襯砌背后空洞的主要原因：①對超挖未按規(guī)范進(jìn)行施工回填；②襯砌時拱頂灌注混凝土不飽滿，振搗不夠；③泵送混凝土在輸送管遠(yuǎn)端由于壓力損失、坡度等原因造成空洞；④防水板掛設(shè)松弛度控制不到位。

2.2 隧道襯砌存在的病害

隧道襯砌存在的病害主要有襯砌裂損、滲漏水[4]。

襯砌裂損的類型主要有襯砌開裂、掉塊及組合工況。

襯砌裂損的主要原因：①灌注過快，混合料分散不均勻，振搗不充分，拌和時間過長；②使用條件和環(huán)境因素，如化學(xué)腐蝕環(huán)境、內(nèi)外溫差環(huán)境；③水泥的水化熱發(fā)生熱脹開裂、水泥異常凝結(jié)發(fā)生不規(guī)則開裂、下沉開裂。

滲漏水病害類型有滴水、涌水、水蝕等。滲漏水病害的主要原因：①地質(zhì)條件復(fù)雜，巖溶發(fā)育，水壓較大；②設(shè)計(jì)和施工水平達(dá)不到要求；③襯砌和防水材料存在一定不足；④排水系統(tǒng)堵塞。

3 隧道檢測技術(shù)

3.1 常規(guī)檢（監(jiān)）測技術(shù)

運(yùn)營鐵路隧道常規(guī)檢測技術(shù)主要有隧道拱部空洞敲擊法（聲波法）、雷達(dá)法（瑞雷波法）、襯砌表面攝像法、原位鉆孔檢測法和材料強(qiáng)度試驗(yàn)法等。

3.2 存在問題

鐵路隧道工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜，影響因素較多，其檢（監(jiān)）測特點(diǎn)、難點(diǎn)可概括如下：①工作時間短、檢測項(xiàng)目多、數(shù)據(jù)釆集難、信息傳輸量大；②從形變特點(diǎn)看，隧道工程往往同時包含累積性變形和突發(fā)性變形，需要綜合使用靜態(tài)監(jiān)測和動態(tài)監(jiān)測；③針對運(yùn)營鐵路隧道，快速檢（監(jiān)）測裝備的短缺，維修天窗時間短等是目前檢（監(jiān)）測工作面臨的難點(diǎn)。

4 缺陷（病害）評定標(biāo)準(zhǔn)

缺陷（病害）評定標(biāo)準(zhǔn)具體如表1、表2 所示。

表1 襯砌厚度及砼強(qiáng)度缺陷的評定標(biāo)準(zhǔn)

表2 襯砌背后有空洞或回填不密實(shí)、基底不密實(shí)的評定標(biāo)準(zhǔn)

5 整治技術(shù)

5.1 襯砌滲漏水

在隧道穿越含水地層時，地層中的一些固有地下水通道被隧道截?cái)?，地層中的滲流場也相應(yīng)改變，隧道本身所擁有的空間就成了此處地下水匯集的良好場所，處于此種環(huán)境中的隧道極易出現(xiàn)滲漏水病害[5]。鐵路隧道襯砌滲漏水的整治方法如下。

鑿槽引排法。沿滲水裂縫處自上而下開鑿倒梯形引水槽，內(nèi)置入半圓形排水管并固定，防水砂漿填充管外槽體；用水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料封槽；引排水流統(tǒng)一通過引排管進(jìn)入隧道內(nèi)側(cè)溝，排出洞外。該方法適用于既有隧道邊墻豎向施工縫、變形縫及其他豎向裂縫出現(xiàn)“淌水”等嚴(yán)重滲漏水病害的部位。

高壓灌注法。以高壓灌注機(jī)注入單組份油溶性聚氨酯灌漿材料至發(fā)現(xiàn)發(fā)泡劑從結(jié)構(gòu)表面滲出，該方法適用于隧道拱頂、拱腰及邊墻滲漏水裂縫。

錨固灌注法。通過裂縫打磨、裂縫封閉、布設(shè)錨桿、灌注聚氨酯材料等工序進(jìn)行整治。該方法適用于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級圍巖，裂縫寬度在1～5 mm，且密度較小的混凝土裂縫。

鉆孔降壓法。通過降壓孔把隧道拱墻或隧底地下水的壓力釋放出來，達(dá)到降壓的效果，從而防止水壓過大造成隧道底板滲水或濕積。該方法適用于隧道內(nèi)底板滲水，尤其對高壓富水區(qū)隧道道床板滲水整治效果十分明顯。

5.2 襯砌裂紋

針對襯砌施工縫等受到溫度應(yīng)力等較小應(yīng)力作用導(dǎo)致開裂的普通干裂縫的整治方法主要是注膠粘合法，注膠材料一般選擇環(huán)氧類材料。主要施工工藝流程為：襯砌表面清理—裂縫識別與標(biāo)記—裂縫表面打磨—裂縫寬度量測—裂縫封閉—注膠孔成孔及注膠咀安裝—注膠—取芯抽檢—裂縫涂裝。

5.3 襯砌掉塊

近年來，運(yùn)營鐵路隧道發(fā)生過多起由于施工縫錯臺、開裂、襯砌表面缺陷以及隧道滲漏水鑿槽修補(bǔ)方法不當(dāng)，造成修補(bǔ)部分混凝土、砂漿塊脫落掉塊，影響行車安全。

襯砌掉塊的整治方法：①對襯砌裂縫周圍填充砂漿和浮漿進(jìn)行鑿除；②注漿或注環(huán)氧樹脂進(jìn)行嵌補(bǔ)；③對嚴(yán)重的襯砌裂紋進(jìn)行套襯處理；④襯砌小范圍掉塊，采用“聚合物改性水泥基修補(bǔ)砂漿+掛網(wǎng)修補(bǔ)+玻璃纖維布”綜合處理措施進(jìn)行處理；⑤襯砌較大范圍空洞掉塊，采用鑿除表層混凝土、重新施作二次襯砌的方法進(jìn)行整治；⑥采用壓漿的方法進(jìn)行整治，壓漿采用無收縮灌漿料；⑦“高強(qiáng)波紋板+錨桿”和“W 鋼帶+鋼絲網(wǎng)+平鋼帶+錨桿”。

高強(qiáng)波紋板是將2.0～7.0 mm 薄鋼板或鋁合金板板面壓成波紋（正弦形狀），經(jīng)熱鍍鋅、絕緣處理后制成波紋板片，其抗彎剛度和抗壓強(qiáng)度較圓管大幅增加，具有較強(qiáng)的抗震能力，而且能適應(yīng)較大的沉降與變形。建成后與襯砌結(jié)構(gòu)形成一種組合結(jié)構(gòu)共同受力，改善了結(jié)構(gòu)的受力特性。

5.4 襯砌厚度不足及背后空洞

隧道襯砌厚度不足與背后空洞多為隧道施工時造成的，由施工單位管理水平和技術(shù)參差不齊，且有部分施工單位偷工減料或者不嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)進(jìn)行施工導(dǎo)致的。襯砌厚度不足與背后空洞整治方法襯砌補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)，具體程序?yàn)橐r砌鑿除→錨桿鉆孔→錨桿安裝→網(wǎng)片安裝→襯砌補(bǔ)強(qiáng)（噴混凝土）→空洞填充。圖1 為施工前，圖2 為施工后?！板^桿+高強(qiáng)波紋板+背后空洞填充”技術(shù)，如圖3 所示。

圖1 施工前

圖2 施工后

圖3 “錨桿+高強(qiáng)波紋板+背后空洞填充”技術(shù)

6 結(jié)語

通過對宜萬鐵路隧道病害進(jìn)行檢測、梳理，部分隧道出現(xiàn)了不同類型的病害，其原因涉及到環(huán)境、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營維護(hù)、原材料及部件質(zhì)量等多個方面。各種類型病害對隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、耐久性、線路平順度甚至運(yùn)營安全產(chǎn)生了不同程度影響。

通過對鐵路隧道病害類型的歸納和原因分析，總結(jié)出針對鐵路隧道襯砌滲漏水、施工縫掉塊、襯砌裂縫、空洞與厚度不足等各類型病害特點(diǎn)且適用于鐵路隧道條件的襯砌整治方法和技術(shù)。