杨 洋 上海铁路局合肥工务段

沪蓉线合武段隧道衬砌病害整治及后期安全管理探讨

杨 洋 上海铁路局合肥工务段

沪蓉线合武段客运专线自开通运营以来，隧道衬砌病害逐渐显现出来，主要有隧道拱圈接缝处起皮，二次衬砌背后不密实、二衬厚度不足、二衬背后脱空等病害。结合隧道衬砌各种病害的特点及客专线施工作业的安全要求，摸索出一套隧道病害整治的措施，所采用方法可为客运专线隧道同类病害整治提供参考依据。

隧道；衬砌；病害；整治

沪蓉线合武段客运专线隧道全部采用双线单洞设计，洞口采用斜切式帽檐结构。隧道衬砌在设计和施工中分两次支护，即一衬和二衬。由于施工质量原因，在日常检查发现隧道内衬砌存在不同种类及程度的病害。如何彻底解决隧道衬砌病害，保证客专线隧道安全运行，是亟待解决的问题。通过几年来参与隧道衬砌病害整治工作，总结出一套适合不同隧道衬砌病害的施工整治方法，并形成了较为完善的施工工艺，为客专线隧道同类病害整治提供借鉴。

1 隧道病害主要类型

我段管辖合武线隧道共计26座/45653 m，35039换算米。26座隧道分别存在不同长度的不良地质地段，共计5 657 m，主要是岩体破碎、岩体强风化，断层破碎。围岩级别为Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级。根据隧道衬砌质量无损检测雷达检测报告，目前合武线26座隧道主要存在二次衬砌背后不密实、二衬厚度不足、二衬背后脱空三种病害。隧道病害如图1所示。

图1 隧道病害情况

2 施工整治原则

目前隧道内发现的病害主要有二次衬砌背后不密实、二衬厚度不足、二衬背后脱空三种病害。根据病害情况，主要采用以下方法进行。

（1）空洞模筑混凝土结构补强。空洞模筑混凝土结构补强，主要针对隧道局部地段二次衬砌厚度小于20 cm且衬砌背后存在较大空洞地段时采取措施，并且补强后的二次衬砌厚度仍不满足要求时，参照二次衬砌厚度局部不足补强原则进行再次补强。

（2）衬砌背后注浆回填。主要针对的使局部地段二次衬砌背后不密实采取的处理措施。

（3）网喷混凝土结构补强。主要适用于二次衬砌厚度不足且病害位于边墙位置时采用喷C30混凝土方法处理。

3 施工整治方案

3.1 二次衬砌脱空且衬砌厚度小于20 cm

3.1.1 主要施工程序

施工程序：搭设活动作业架（见图2）→凿除混凝土（现场清理）→整理及植入钢筋→清理混凝土面→安装组合模板→灌注混凝土（现场清理）→拆除模板。

3.1.2 施工要点

（1）凿除厚度小于20 cm及已经开裂的二次衬砌，若混凝土强度低于C30时，应全部凿除封盖部分的混凝土，并对空洞周边松散层凿除，同时利用原混凝土自由面的坡度，并将凿开的衬砌口修凿成砌型，以便新旧混凝土结合面受力合理。空洞口边缘应修整平齐、圆顺，无尖角。

（2）对未经凿除部分进行凿毛。

（3）对既有钢筋进行清理检查，并进行除锈处理，如钢筋锈蚀严重进行钢筋更换；然后在空洞二次衬砌利用既有钢筋，对不能满足要求的既有钢筋，应适当植筋，二次衬砌外缘参照原设计钢筋规格及间距值筋。

（4）在空洞洞口铺设组合模板（见图3），模板预先加工成50 cm宽，长度以空洞放样的尺寸为准，同时考虑施工的便捷，每块重量以一个人便于操作为宜。模板两端要求超出空洞边缘不小于30 cm。模板处预留灌料孔，模板两端用锚栓固定，锚栓采用M16型膨胀螺栓，锚固深度25 cm；每块模板两端固定用锚栓不少于8根。为保证模板及混凝土成型，中间采用ф6mm或8mm吊杆，梅花形布置，间距40 cm，吊杆与衬砌环向钢筋连接，在模板端用螺栓加钢垫圈紧固，保证模板安装牢固。

（5）通过灌料孔灌入C30微膨胀混凝土，并采用插入式振捣器捣固，混凝土强度达到C20后拆除防护模板，并对表面进行打磨处理。

（6）施工时从左右拱腰开始至拱顶结束。施工最后一板封口时，应埋设1根ф25注浆管，待两天后对此部分进行压力注浆。

（7）所有施工作业均在天窗店内完成。施工用电由自备发电机提供。动力借助自备柴油空压机解决。施工用水用临时水箱在洞外装水，然后运至施工地点，用加压泵运至作业面。

3.1.3 施工中安全注意事项

（1）混凝土凿除后，应检查防水板是否完好，如有损坏，要根据实际情况采取补救措施。

（2）检查是否有漏水现象，如有，需先进行防水处理后才可进行模板安装。

（3）施工前，在线路铺设彩条布，防止注浆过程污染道床，并便于施工结束后清理。

（4）接触网应用橡胶管防护，绝缘子用棉絮或其他软质材料包裹防洪。

（5）钻孔用结构胶封堵。

图2 活动角手架示意图

图3 模板布置示意图

3.2 二次衬砌背后不密实注浆

3.2.1 施工程序

搭设活动作业架→钻孔→植入注浆管→安装管路及制浆→压力注浆→注浆结束→封孔

3.2.2 施工要点

（1）注浆孔采用风钻钻孔，孔径（45～50）cm，注浆管采用ф42 mm马牙扣形钢管，钢管伸至衬砌背孔隙外边缘，顶端消成双斜面砌型。用大锤打入孔内，钢管外露15 cm，外露端设丝口，以便连接孔口阀门和珠江管路，最后用塑胶泥将孔口周围封闭。

（2）注浆材料采用水泥浆（M10水泥砂浆），水灰比1：0.75～1：1.15。

（3）注浆顺序，遵循逐段压注，由低到高，由下坡端到上坡端的原则。

（4）注浆压力，注浆之前应将钻孔冲洗干净，对注浆孔分段试风，能进风的孔眼 方可注浆。注浆压力初压为（0.1～0.3）MPa，终压为（0.5～0.6）MPa。达到设计压力后稳定10 min，如不进浆或者少进浆可停止注浆，进行封孔。

（5）封孔，停泵后，关闭阀门，拆卸和清洗管路，待浆液凝固后，割除注浆管外露部分，用防水砂浆封堵孔口。

3.2.3 施工中注意事项

（1）在钻孔时要依据二衬的检测厚度进行，防止损坏防水板。钻一处，注一处，以防跑浆。

（2）注浆应该要连续进行，不得任意停泵，以免堵塞管路。

（3）注浆过程中，要注意观察衬砌，一旦发现衬砌变形迹象，应立即停注，并采取措施。如有胀开裂的情况，要先清理松散的部分，再采取钻孔放浆，减压。

（4）依据检测的二衬厚度，结合钻孔的实际情况，如衬砌后被空洞较大时，可采取M10水泥砂浆。

3.3 外粘钢板衬砌结构补强

3.3.1 施工程序

钻孔及锚入螺栓→混凝土基面处理→钢板放样及固定→压力注胶→表面涂装保护。

3.3.2 施工要点

（1）依据检测结果，结合现场的钻孔探测确定的施工范围，并检查混凝土的质量，混凝土应致密，结实，无气泡孔眼等。

（2）根据需补强的范围，按照确定的钢板尺寸，在四周按要求尺寸钻孔，ф18 mm，孔深300 mm。锚栓采用M16化学螺栓，锚固用胶采用A级胶。

（3）混凝土基层处理，首选对范围的混凝土面进行修整处理，露出新面后再进行凿毛，表面平整度不得大于5 mm，用吹风机将基层清理干净，必要时进行清洗，在施工期间须保持基面的洁净，干燥。

（4）钢板放样及固定。钢板厚度为4 mm和6 mm。钢板应完好，无折痕和划痕。钢板事先根据需补强衬砌范围放样，钻孔。确认后方可在钢板上钻孔。钢板下料时，注意结合施工时便捷，尤其是钢板重量，控制在一个人即可方便操作的范围，

（5）压力注胶前检查粘贴部位是否洁净及潮湿，测量隧道内温度，控制材料的使用温度，利用快干快硬材料封堵钢板边缘缝隙。在钢板下端合适的部位预留注胶孔。将搅拌好的胶利用便携式压力工具从预留的注胶孔进行注胶。直至注满间隙，从上方的缝隙处微微溢处为止。最后利用快干快硬材料再次进行缝隙补强，保证胶粘剂不能自行溢出。在胶完全固化后，在钢板外表面清理干净后，按照钢结构防腐第七套涂装体系进行涂装，颜色采用灰色，以保证与隧道颜色统一性。

3.4 网喷混凝土法结构补强

3.4.1 施工程序

二衬表面凿→钻孔植筋→挂网→喷浆→表面打磨。

3.4.2 施工要点

（1）二衬表面凿毛。为增加新旧混凝土之间的结合强度，喷浆施工前需要对原有混凝土进行凿毛处理。凿毛深度不宜小于6 mm，并以露出粗骨料为宜，需要把松动的粗骨料全部清除。凿毛后用水将凿毛面清洗干净，并加水反复湿润直至喷新混凝土为止。

（2）钻孔值筋。利用电锤在已凿毛的二衬混凝土表面打孔，孔直径不小于15 mm，以刚刚能插入ф14 mm钢筋为宜。孔深不得超过15 cm，但不宜过浅。孔间距200 mm×400 mm，梅花形布置。成孔后，将孔内混凝土碎屑清理干净。将截好的ф14 mm钢筋一端抹好植筋胶后插入直至孔底。

（3）挂网。将提前做好的网格间距为200 mm×200 mm的钢筋网片挂至锚固号的钢筋上，钢筋网片采用预制号的单层ф14 mm钢筋网，距二衬距离为5 cm，采用多点焊接方式连接钢筋网片与锚固钢筋。

（4）喷浆。采用湿法对需要补强的衬砌表面喷（10～12）cm厚的一层C30混凝土，喷浆前应检查混凝土表面凿毛是否符合要求，如有明水，需将表面明水去除后方可喷浆。

（5）表面打磨。当强度达到设计后，将喷浆层表面做清理，去除表面可能掉落颗粒后，喷涂2 mm后水泥基渗透结晶型防水涂料。同时应做到隧道补强表面平整、干净。

3.4.3 施工注意事项

（1）二衬表面凿毛。为增加新旧混凝土之间的结合强度，喷浆施工前要对原有混凝土进行凿毛处理。可采用人工或机械凿毛方式，凿毛深度不宜小于6 mm，并以露粗骨料为宜，需要把松动的粗骨料全部清除。凿毛后用水将凿毛面清洗干净，并加水反复湿润直到喷新混凝土为止。

（2）钻孔值筋。利用电锤在已凿毛的二次混凝土表面打孔，孔直径不小于15 mm，以刚刚能插入ф14 mm钢筋为宜。孔深不得超过15 cm，但不宜过浅。成孔后，将孔内混凝土碎屑清理干净。将截好的钢筋一端摸好胶后插入孔底。

4 安全管理探讨

（1）制定周期性检查制度。严格按照检查周期制定隧道衬砌检查计划，并认真记录，发现问题及时上报解决，消除安全隐患。对于日常检查出问题要及时做好记录。周期性检查目前是隧道安全管理中目前常规的控制手段，也是较为有效的方法之一。

（2）制定隧道衬砌病害分级管理制度。按照检测资料所确定的隧道衬砌病害等级，确定检查重点。已经开裂并有脱离可能的，需要立即处理的病害要及时与供电、维管联系，申请配合，利用当晚天窗点进行处理；对于一些比较严重单近期不会脱落的衬砌或施工缝病害，可不立即进行处理，但要做好记录，按照轻重缓急申请天窗进行处理；对于衬砌上的一些细小裂纹病害，要详细记录位置，有条件后期可协调维管轨道车，利用轨道车升降平台进行详细检查，根据病害情况采取对应措施。

（3）加大高新技术设备投入，完善隧道衬砌监测系统。近年来，高新监测技术迅速发展，在高速铁路运营管理中得到了广泛应用，提高了高速铁路的安全保障能力。对于隧道衬砌病害的监控，可以再病害地点设置监测点，通过采集单元和传感器技术采集病害处所的数据并向终端传输指令，对病害点采取封锁或限速的措施。今后若能实现现场实时监测与列控系统的联网，在紧急情况下可实现确保行车安全的目的。

[1]《铁路工程施工安全技术规程》（TB10101-2003,J259-2003）.

[2]《混凝土结构加固设计规范》（GB50367-2006）.

[3]《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086-2001）.

[4]《高速铁路安全保障技术》（中国铁道出版社）.

责任编辑：许耀元

来稿日期：2016-09-01