隧道病害處置關(guān)鍵技術(shù)

劉光磊

（中鐵十九局集團(tuán)第二工程有限公司，遼寧遼陽 111000）

1 工程概況

某隧道全長854 m，至今已經(jīng)建成通車12 年。隧道進(jìn)口段位于R=500 m 的曲線上，其余均位于直線上。隧道縱坡為7.2%～8%上坡。隧址區(qū)巖性為砂巖、砂質(zhì)泥巖及礫石，地質(zhì)條件復(fù)雜。采用上下導(dǎo)坑、先拱后墻法施工，隧道拱部采用C25 素混凝土、邊墻和仰拱采用C20 素混凝土。

2 隧道主要病害情況

由于隧道建造時間早，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)不高，結(jié)構(gòu)存在缺陷、施工工藝落后，在列車運(yùn)行擾動、環(huán)境變化、運(yùn)營期間維養(yǎng)欠量等諸多因素影響下，隧道病害日益突出，其主要病害包括襯砌裂縫、拱頂剝落掉塊、襯砌背后空洞不密實(shí)、襯砌混凝土劣化、局部變形侵限等。

2.1 襯砌裂縫

隧道襯砌裂縫主要集中在隧道出口段約200 m 處，呈縱向、斜向、環(huán)向等多種形態(tài)，大量裂縫網(wǎng)狀交織，拱頂裂縫附近有剝落掉塊現(xiàn)象。

2.2 襯砌混凝土強(qiáng)度情況

出口段混凝土離析、振搗不密實(shí)部位較多，相應(yīng)部位混凝土強(qiáng)度多小于設(shè)計值。

2.3 隧道出口地表情況

該隧道出口山體陡峭，地表植被稀疏，基巖裸露，在隧道出口段右側(cè)形成了一道沖刷較深的沖溝。

2.4 襯砌侵限情況

襯砌侵限多存在于剎尖口以下部位，剎尖口處尤為突出。由于響沙灣隧道施工采取先拱后墻法施工，拱部與邊墻沒有有效連接，相互約束作業(yè)有限，致使隧道邊墻在圍巖、水壓力及冬季巖體凍脹等作用下內(nèi)傾，形成明顯錯臺。嚴(yán)重部位的錯臺相對錯開超5 cm，錯臺長度8～9 m，屬于規(guī)范A1（較差）等級。

3 隧道病害處置關(guān)鍵技術(shù)

營運(yùn)線鐵路隧道整治受限于作業(yè)時間、作業(yè)空間、既有鐵路設(shè)備和運(yùn)營安全等因素，作業(yè)前必須制定嚴(yán)格的整治計劃方案，按照運(yùn)營單位的管理規(guī)定及時提報作業(yè)計劃，在召開施工預(yù)備會時明確作業(yè)內(nèi)容、使用機(jī)具、安全卡控措施、需要鐵路維護(hù)各專業(yè)如何配合等，將施工可能遇到的問題充分預(yù)想到位；工后召開施工總結(jié)會，及時總結(jié)和強(qiáng)調(diào)作業(yè)過程中產(chǎn)生的新問題[1-2]。

3.1 隧道出口地表注漿加固

隧道出口頂部為風(fēng)積沙覆蓋層，埋深約2～8 m，土體松散，在隧道出口段襯砌混凝土置換和剎尖口處理過程中存在塌方冒頂?shù)蕊L(fēng)險。為保證后期隧道出口段襯砌混凝土置換、開槽安裝鋼拱架等施工安全，首先對隧道頂部淺埋段寬20 m、長15 m 范圍內(nèi)進(jìn)行地表注漿加固處理。加固采用Φ42 mm 鋼花管、間距1 m 梅花形布置，加固深度至隧道拱頂以下3 m，隧道頂部鉆至襯砌處即可。為保證注漿質(zhì)量，有效控制注漿壓力，鉆孔前在地表澆筑厚度30 cm 的混凝土止?jié){墻，止?jié){墻按照設(shè)計注漿孔間距預(yù)留鉆進(jìn)和注漿孔，鉆孔形成后安置注漿管，封堵預(yù)留孔，及時完成注漿[3]。注漿過程中要加強(qiáng)地表及洞內(nèi)觀測，注漿壓力要根據(jù)現(xiàn)場靈活調(diào)整，防止壓力過大造成襯砌破壞。同時要管控好注漿量，當(dāng)注漿量明顯增大時要認(rèn)真分析原因，不可盲目操作。

3.2 錨桿施工

錨桿是隧道加固體系的重要受力部件，是施工的控制性工序。襯砌劣化混凝土置換、長大裂縫整治、鋼帶加固等都要通過錨桿作用與圍巖等形成受力體系，因此錨桿施工質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響到隧道加固效果，是至關(guān)重要的一道工序[4]。錨桿施工過程中，錨桿長度、孔位、鉆孔孔徑、孔壁粗糙度、錨桿與作用面角度、注漿料選取、注漿料拌制水灰比等對錨桿注漿后的抗拔力都有影響。因此，為保證中空注漿錨桿施工質(zhì)量，施工過程中需注意以下要點(diǎn)。

（1）錨桿孔位放樣。在隧道加固方案中，錨桿與鋼架、鋼帶等共同形成加固體系，錨桿孔位放樣的準(zhǔn)確性對后續(xù)鋼架、鋼帶安裝及受力合理性來說都至關(guān)重要，例如同一環(huán)向上的錨桿錯位較大時，就很難與鋼架、鋼帶準(zhǔn)確可靠連接[5]，必須嚴(yán)格按照錨桿設(shè)計間距和空間方位進(jìn)行錨桿孔位放樣。施工現(xiàn)場利用2 臺激光水平儀進(jìn)行錨桿孔位放樣，1 臺控制環(huán)向方位、1 臺控制沿線路走向方位，這樣可保證鉆孔位置準(zhǔn)確，后期安裝易于操作。

（2）鉆具選用及成孔。錨孔鉆具的選用在錨桿施工中非常關(guān)鍵，特別在既有線隧道加固施工中顯得更為突出，如何在有限的天窗時間內(nèi)完成既定工作量，這就要求施工單位在施工前要根據(jù)隧道圍巖狀況選擇合適的鉆機(jī)、鉆頭及鉆桿，并在施工過程中根據(jù)圍巖性質(zhì)實(shí)時做出調(diào)整，保證鉆進(jìn)效率。例如在有水作用的泥巖中，鉆進(jìn)過程中形成的黏泥極易堵塞鉆頭中心的排氣孔，導(dǎo)致鉆渣無法及時排出，影響鉆進(jìn)效率和后期錨固質(zhì)量（殘留鉆渣降低注漿體強(qiáng)度）。

（3）錨桿注漿。成孔后，要根據(jù)現(xiàn)場條件盡早組織注漿作業(yè)，特別是泥巖等易風(fēng)化巖層，成孔后在風(fēng)、水作用下極易造成錨孔縮頸、塌孔等，影響注漿質(zhì)量，降低錨桿錨固力。中空注漿錨桿在注漿過程中還應(yīng)注意以下要點(diǎn)：①中空注漿錨桿在用于邊墻或錨孔向下傾斜的部位時，應(yīng)采用錨孔底出漿、錨孔口排氣的排氣注漿工藝，錨孔內(nèi)砂漿由錨桿內(nèi)注入向外充盈，中空錨桿在注漿過程中兼用進(jìn)漿管的功能；注漿前要注意預(yù)留泄氣孔，泄氣孔也可作為觀測孔使用，待漿液從泄氣孔無氣泡連續(xù)流出時，及時封堵泄氣孔，達(dá)到注漿壓力后停止注漿；②當(dāng)錨桿用于隧道拱頂或是錨孔向上傾斜且傾角大于30°時，應(yīng)采用錨孔口進(jìn)漿、錨孔底排氣的反循環(huán)注漿工藝進(jìn)行注漿，錨孔內(nèi)的砂漿由外向內(nèi)充盈，砂漿由錨孔口設(shè)置的注漿口注入，中空錨桿作為排氣回漿管用，錨孔內(nèi)的空氣從中空錨桿的中空內(nèi)孔排出，注漿完成后要立即安裝堵頭；③中空注漿錨桿要做好居中措施，保證錨桿周邊砂漿包裹有效，如果沒有居中措施或是居中措施不到位，就會使部分錨桿桿體與巖層直接接觸，無法形成有效的漿體包裹，降低有效包裹面積，極大降低錨桿的抗拔性能；④注漿過程中為了保證注漿效果，減少撤除注漿嘴時的漿液回流和堵頭安裝過程中的壓力損失，施工過程中應(yīng)制作安裝注漿閥，待注漿結(jié)束后及時將閥門關(guān)閉，這樣可有效減少漿體外流或隨注漿泵倒吸回流，避免造成錨桿周邊孔洞不密實(shí)，同時注漿閥能在二次補(bǔ)漿時方便操作，保證補(bǔ)漿質(zhì)量。

3.3 襯砌混凝土置換處理

襯砌混凝土置換采用分段法施工，混凝土施工主要工藝流程為：中空注漿錨桿加固圍巖→鑿除劣化混凝土（內(nèi)大外?。苓呏步畈⒑附映射摻罹W(wǎng)片→刷界面劑→澆筑新混凝土。

一般采用隔3 鑿1 進(jìn)行鑿除，鑿除面積一般為1 m×1 m，邊墻置換時可適當(dāng)放大。鑿除時首先將需置換的混凝土切割成小塊，再利用風(fēng)鎬鑿除，可有效控制鑿除范圍，也避免因振動過大造成結(jié)構(gòu)破壞。選用植筋的錨固劑時，施工前先按照設(shè)計錨固深度、不同孔徑試做3 組、每組3 根，以選擇最佳植筋方式，并滿足設(shè)計抗拔力后方可使用。由于每次置換混凝土面積有限，為保證接頭質(zhì)量，鋼筋網(wǎng)片以焊接為佳。植筋完成后吹掃鑿除混凝土表面，噴灑界面劑，及時安裝模板，澆筑混凝土，覆蓋兩布一膜土工布灑水養(yǎng)生。

3.4 拱墻接縫處理

拱墻接縫采用鑿槽植筋、嵌補(bǔ)處理。工藝流程為：上下各1排中空注漿錨桿加固圍巖及錨固襯砌→鑿槽→槽內(nèi)上下植筋并焊接→縱向連接筋焊接→中空錨桿錨固并焊接→刷界面劑→砂漿填塞密實(shí)。

3.5 裂縫處理

（1）長寬裂縫處理。對長度＞5 m 或?qū)挾龋? mm 的長寬裂縫，采用縫內(nèi)注膠+密封膠填塞+錨桿錨固的綜合整治措施。工藝流程為：鑿梯形槽→清槽后環(huán)氧樹脂砂漿填塞、同時預(yù)埋注漿管→壓注彈性環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠→中空注漿錨桿錨固。

（2）短小裂縫處理。對長度＜5 m 且寬度＜3 mm 的短小裂縫，采用縫內(nèi)注膠+密封膠填塞的整治措施。工藝流程為：鑿梯形槽→清槽后環(huán)氧樹脂砂漿填塞、同時預(yù)埋注漿管→壓注彈性環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠。

3.6 鋼帶安裝

隧道K45+408—K45+590 段采用W 形鋼帶結(jié)合R32 自進(jìn)式注漿錨桿進(jìn)行加固處理。W 形鋼帶環(huán)向間距1 環(huán)/m。R32 自進(jìn)式注漿錨桿按間距1 m×1 m 梅花形布置。鋼帶安裝過程中要注意控制接頭搭接長度，鋼帶盡量與襯砌表面密貼，不密貼處注漿填滿。

4 結(jié)束語

該隧道病害整治技術(shù)的應(yīng)用，達(dá)到了預(yù)期的效果，關(guān)鍵得益于以下措施的實(shí)施：

（1）利用有利的作業(yè)時間加固隧道，加強(qiáng)與運(yùn)營部門溝通，及時組織召開施工預(yù)備會、總結(jié)會。

（2）在隧道施工過程中，要根據(jù)隧道施工條件和遇到的問題及時進(jìn)行總結(jié)，改進(jìn)優(yōu)化施工方案。本隧道錨桿施工過程中，經(jīng)過對作業(yè)時間的摸索和總結(jié)，從方案的可行性、安全性、施工效率等方面不斷調(diào)整和優(yōu)化人員與機(jī)具配置，改進(jìn)施工工藝，使作業(yè)效率極大提高，每組錨桿完成數(shù)量由起初十多米逐漸提升到了30～40 m，使整治項(xiàng)目能夠如期完成。

（3）施工過程中要加強(qiáng)監(jiān)控量測，根據(jù)監(jiān)控數(shù)據(jù)及時調(diào)整施工措施和進(jìn)度，特別在隧道襯砌鑿除過程中，必須嚴(yán)格按照設(shè)計要求控制每次鑿除范圍，做好工后檢測，保證隧道施工安全。注漿參數(shù)在施工過程中通過試驗(yàn)調(diào)整，注漿應(yīng)嚴(yán)格控制壓力，并在加壓過程中對襯砌密切觀察，防止對襯砌造成損壞。