徐清风

摘 要：使用支护加固技术能够解决铁路隧道渗漏水问题。基于此，本文结合了某隧道工程出现的渗漏水现象及原因，提出了治理方法，主要是通过重新注浆来封堵隧道原有的漏洞、铺设排水系统来导出混凝土内部的水，及使用喷射钢纤维及工字钢等支护加固技术来加固工程的坍塌区域等。通过论述以上技术，来为施工人员更好地解决铁路隧道渗漏水问题，提供一些参考。

关键词：铁路隧道渗漏；漏水治理方法；支护加固技术

1 引言

随着我国运输业的快速发展，货物运输对于铁路的依赖性越来越高，铁路隧道的里程数也越来越长。但一些隧道建设年代就为久远，在加上过度荷载，使得混凝土结构发生塌陷或裂缝，导致隧道出现渗漏水现象，严重的影响了铁路交通运输安全。因此，本文结合铁路隧道的具体渗漏水情况，提出了针对性治理方法，来解决铁路隧道渗漏水问题，进而为我国铁路隧道交通运输提供安全保证。

2 项目概况

某铁路隧道全长819m，地表高度在+780.5-+791.6m。隧道上方的土层厚度为7m～21m，整个上方土层以黄土及黏土为主，其中混杂着泥岩、页面岩等。该铁路隧道的设计理念是基于新奥法，在围岩地段，使用格栅钢支护，大跨以上结构增设超前锚杆，间隔0.3m，锚杆焊接在格栅钢下方；大跨以下结构增设法向锚杆，间隔1m，以梅花形设置。在施工初期，喷注标号C20混凝土170mm，二衬350mm。经过长时间的运行使用，该铁路隧道的墙体、拱体部分产生多处裂痕，发生渗漏水现象。为了提高铁路的使用质量，需立即进行治理。通过结合治理经验，提出了基于支护加固技术的工程方案来解决铁路隧道渗漏水问题[1]。

3 铁路隧道渗漏水情况及原因

3.1 铁路隧道渗漏水情况

根据现场实际勘察，发现该隧道的渗漏水处主要是墙体的边角处，以点渗、面渗等方式居多。渗水的来源主要是降水及灌溉水。隧道整体深邃段落长300m，由于渗透水长期侵蚀的原因，隧道的某些墙体及衬砌出现腐蚀的现象。

3.2 铁路隧道渗漏水原因

该隧道的产生渗透水的原因有以下几点：（1）隧道拱部在施工时，存在着捣实难度大等问题，当外部承载能力过大时，会产生环向裂痕，底部会成为外部水源的存储通道；（2）隧道下有潜水层，当降水量增加或是灌溉时，裂缝处会聚集非常多的水；（3）隧道中的一些沉降裂缝或施工裂缝的防水措施，会因为时间失效，积水就会随着裂缝进入隧道；（4）由于该隧道使用的是标号C20的混凝土，相较于新研发出的混凝土来说，密实度及防水性能都较差，无法缓解水渗透的速度和面积；（5）该隧道的衬砌内没有铺设排水系统，长年累月，洞外的水位会不断升高，最终会对混凝土薄弱地方产生过大压强，最后导致水渗透到隧道内；（6）冬季温度导致衬砌内的水结冰，扩大裂痕，影响混凝土防水性能；（7）地下水长期对混凝土结构进行侵蚀，使得衬砌内产生裂痕，逐渐扩大为裂缝。

4 使用支护加固技术来综合整治铁路隧道渗漏水问题

4.1 治理方法设计

铁路隧道渗漏水的主要整治理念是“防排截堵，综合治理”。导致该隧道的渗透水原因很多，因此，通过结合该隧道所处地质环境及地表高度、地表厚度进行施工设计，此隧道的土层是黄土及黏土层，局部混有泥岩，隧道上层土层厚度在7m～21m之间，可以判断出渗水的主要原因是自然降水及灌溉水，但由于水压较小，和降水具有非常重要的关联。

本文通过分析该铁路隧道出现渗透水的原因，依据以往治理经验，提出了一些综合治理方法：（1）对于隧道混凝土出现衬砌腐蚀及塌陷部位，应采用钢架加上钢纤维来加固混凝土，填补原有的衬砌；（2）对出现塌陷或是裂缝的混凝土表面进行注浆回填，堵实原有缝隙及孔洞，提高混凝土结构的牢固性，形成新的加固层及防水层；（3）当回填浇筑的混凝土凝固后，要在二衬的径向凹陷处铺设排水管道，来形成排水系统；（4）在安装工字钢支架时，相邻的钢架之间，要使用横向方式进行连接，并顺着工字钢的外部，铺设钢筋网（150x150规格），喷注钢纤维200mm；（5）对于渗水量不多的地方，可以使用化学浆随着裂缝填补，能够起到很好的修补裂痕的作用，并在施工处涂抹上一层防水材料，来加固防水层。

4.2 施工步骤

4.2.1 回填隧道外土重新注浆

注浆工艺是使用花管注浆进行注浆，此方法对于土层覆盖的厚度要求要达到2m以上，该隧道上方的土层厚度满足施工要求。注浆开始时，在工程塌陷较为明显的地方，也就是隧道墙体处，打入2.5m长的注浆花管，然后在隧道的拱部打入3.5m长的花管，以此来增加土层厚度2.5m～3m。此次混凝土注浆项目的施工直径为46mm，扩散半径为0.8m，注浆压力应为0.2MPa，最多为0.5MPa，注浆孔的间距应为1.5m，并使用梅花形的布孔方法，其中压力及布孔方法可以适当调整。注浆时，使用内隔孔跳步注浆方法，将浆液注入到拱部和墙体之间，如果基层出现下沉现象，要对墙体的底部及拱部底部进行注浆，注浆量以不影响路基平整为宜。

在注浆完成后，要进行5min的稳压，在管口预留溢出浆口，来作为观察窗口；在结束注浆后，要测定注浆终压和注浆量。为达到标准的注浆终压，注入孔的浆体注入率要小于38L/min，持续15min～20min，结束注浆，在排除孔内的杂物后，要使用机械压浆的方法来封堵管口。注浆时，浆体的浓度要由稀到浓，注浆的顺序由短孔到长孔。在注浆过程中，如果出现局部混凝土漏浆的问题，导致注浆压力不上升或者上升速度慢，在注入一定量的浆体后，停止注浆5个小时，等到浆体沉淀凝结后，继续注浆。也可以调整浆液比例，来缩短沉淀凝结时间。另外，此次注浆所选用的使用材料为水泥配比水玻璃，配比为1：0.75。

4.2.2 封堵隧道原有裂縫

由于该隧道的原渗漏点和裂缝已经产生通道，因此，要进行压注化学浆，来封堵衬砌。

（1）将注液泵固定好，接好气源，分别将2根吸浆管连好插入注料箱中，两根输排管连在注射枪上，从枪接出输浆管至压注地点。同时，要将注液泵防治在平稳地点，加固以防治倾倒。

（2）将管口擦拭干净，以不出现异物、杂质为标准。

（3）注浆前，要观察施工设备是否工作正常，连接处有无渗漏现象，当泵满载负荷后，要将气门开到最大。

（4）要在一个缸中使用注黏度低的浆液，在另一个缸中使用注黏度高的浆液。

（5）在注浆前，要使用机油或清洁溶液清洗管路，检查液缸的密封性是否良好，如果密封性差，需立即更换。

（6）在加注过程中，要时刻观察出液压力表及浆液的混合比，如比例不正确，要将速度快的液体缸的进液管道处阀门关小，或对折吸液管，增加阻力。如果还未见效，需停止注液，查看注液缸是否存在着渗流的问题。

（7）压注量，根据以往施工经验，此次隧道的的底部需注液30桶液料，如果遇到裂较大，或者混凝土结构较为薄弱的地方，可以注液50桶。此次注液量在600～800桶之间[2]。

4.2.3 凿除原有衬边底部基础

为尽量减少隧道的净断面，来保证工字钢底部能够深入底板，维持稳定性，要凿除该隧道混凝土的局部墙体，可以使用人工凿除或是切割去除。在凿除混凝土时，需遵循以下步骤：

（1）凿除的孔洞大小要以环形、120°方向向上，纵向的宽度要凿除至设计厚度的0.5m。

（2）在凿除过程中，切割边缘要整齐，圆润，不可出现尖角，该隧道的二衬厚度不够，可以进行对应部支护凿除，如果初支架钢需重现安装，要采用Φ50钢管。

（3）切口要平滑且紧密，不要留有松散、裂痕等瑕疵，在切割好后，使用钢丝刷清理沾水反复擦拭，来保证施工表面干净整洁；凿毛粗糙面的凹凸要小于5mm。

（4）拆除时，要注意到已经安装的防水板，如果影响了防水板，需要焊接两次，来保证防水板的可靠性。

（5）在切割完孔洞后，按照上述浇混凝土后，要使用水泥基渗透结晶型防水涂料进行二次涂膜，用量保准为2kg/㎡，来保证新旧混凝土的紧实度，同时在衬砌的表面可以铺设竹胶板，在模板处预留灌浆孔，然后采用外撑的方式来固定，使用16钢丝在钢架50cm处焊接，焊接方式要依照蝴蝶结的方式，扣紧并拉实钢管；

（6）在脚手架上设置支撑模板，顶托环50m，最后固定在模板的钢管上；

（7）孔洞的位置需要采用特定设计，在靠近拱部顶端处留出30X30法的孔洞，并设置活动板，使用孔洞浇筑最后一块板；在封口时，可采用“刹尖”的方法来封口，在封口处预埋42mm的注浆管，为孔洞注浆做后期准备[3]。

4.2.4 排水系统的铺设

排水管道主要是以盲管方式，横向、纵向分布，将原有的支护和二次衬砌的水阻挡在新混凝土墙的外部，将其引入到隧道的排水系统中。具体方法如下：

（1）隧道原有的二衬开凿环向凹槽的深度要在30mm～50mm之间，并铺设直径为50mm的管道，纵向长8m。

（2）在原有二衬两边，开凿底部隧道纵向凹槽，深度为50mm～60mm，纵向铺设排水管道，直径为80mm。

（3）盲管和该隧道底部的纵向排水管进行连接，环向排水管采用涂塑弹簧式管道，也可以使用纤维玻璃或是塑料布进行铺设，横向管道只可以选择硬质塑料管，来连通排水沟和排水盲管。

（4）铺设排水系统过程中，可在衬砌的两侧墙体中，各召开一个小槽，来引向排水系统中。小槽的断面为5×5mm，由于该隧道的滲漏水情况较为严重，因此，小槽的横断面积设定为10×10mm。

（5）在整理好小槽的表面后，取一根直径为50mm的PVC反扣在槽内，尽量和内部靠拢，使用堵水剂或是环氧树脂，来抹平小槽，能够起到很好的防水效果。为了进一步提高该隧道的引水效果，使用了密封胶封堵整个小槽。在离拱部较近的位置，处理工艺较为复杂。此次施工采用的是注浆方法，以1m间距设置注浆孔，孔深设定为3m，孔径为40mm，按照混凝土的厚度，未打破初期支护。

（6）由于混凝土具有不连续性，在浇筑过程中，会出现沉降等问题，可在连接排水系统的小槽沉降处开凿1cm的小缝隙，然后将泡沫板子切成小条，压进小缝底部，来起到导流效果，然后将反应型聚氨胶等嵌缝材料，用灌缝枪压进缝隙内即可。

4.2.5 焊接工字钢

为进一步提高二衬的支护强度，此次施工采用的是16#号的工字钢，按照0.68m的间距排开，来将隧道外形分成五段，在工字钢制作好后，直接在隧道内焊接在一起，同时在工字钢的表面焊接150x150的钢筋网，来确保在喷射混凝土过程中混凝土的质量。在焊接工字钢的过程中，一般会焊接承接荷载的横梁，材质多高强度钢，此次项目采用的是低合金高强度钢。为了防止在焊接时发生断裂或在完工时发现开裂现象，可通过矫正方法来处理。具体的方法是：

（1）选择合适的焊条，一般选用手工电弧焊，焊接工艺为整体装配后焊接，这样做的功效很高。

（2）焊接时工件刚性比较大，无法避免裂缝的产生，因此，本次项目采用了两次成形、焊接的办法，即先将底板和中间垂直板装焊，此时焊接明显刚性较小，焊后如有明显弯曲变形，可以及时校正，然后再装焊另一块底板（将已焊好的半成品倒过来装焊）。

（3）如果发现焊接钢筋网较厚的时候，可以焊前预热，焊后缓冷，要在焊缝两侧做好清洁工作。如果横梁较长，可以安排多名焊工同时施工[4]。

4.2.6 喷射混凝土

此次施工使用了纤维素混凝土来喷射混凝土，选用型号的强度为C30。在喷射过程中，增加了适当的快速凝结剂。加入的钢纤维参数是：直径为0.04mm、长度为501mm、长径为50，纤维体积比率为1.2%，即每立方米混凝土中，含有80kg的混凝土纤维素。

混凝土喷射量的呈现厚度为50mm～100mm之间，多次喷射的厚度可以达到150mm；在配合锚杆使用时，由于此次项目是隧道施工，再加上岩石特性，因此，采用喷射厚度为130mm；如果施工表面的裂缝较大，纤维素混凝土无法有效进行支护，为了降低成本，可选用锚喷联合支护，能够降低岩石的风化速度，起到局部支护的作用。

4.2.7 压浆堵实裂缝

在施工的后期，回填开凿裂口，可在缝隙处使用水溶性聚氨脂肪进行灌浆，灌浆的设备主要采用的是防水漏堵高压灌浆机，能够提供持续高压，将注浆的材料，细致充填混凝土表面中的微孔、微缝隙等处。同时，要在混凝土浇筑后的12个小时进行压浆。可以使用清水劈裂，但水速度不宜过快，注浆管的顶端可采用碎布填补，来防止注浆管堵塞。

在压浆时，要低压慢速逐步加压，注浆量要控制在75L/min以上。当注浆压力时过低于或地面出现串浆现象时，要立即同时注浆，该为间歇注浆，间歇时间宜为60min。

4.2.8 涂抹防水材料

在对工程后期的裂痕进行处理时，要在整个混凝土的表面再次涂刷水泥基防水材料，能够发挥出色的防水功能，保护钢筋的作用。在涂抹的过程中，要使用硬毛刷将混合料均匀涂在混凝土的表面，要涂刷两遍。在第一涂层有了初凝，还保持着潮湿的状态时，进行第二次涂刷。在完成两次涂刷工作后，要检查各个环节，避免发生漏涂的现象，尤其是拐角的部位，发现问题要立即修复[5]。

5 结论

综合所述，使用支护加固技术可以有效解提高铁路隧道的抗渗水性。在此基础上，使用清水劈裂在混凝土澆筑后的12个小时进行压浆，水速度不宜过快，并在注浆管的顶端采用碎布填补，能够防止注浆管堵塞；同时，对于隧道混凝土出现衬砌腐蚀及塌陷部位，应采用钢架加上钢纤维来加固混凝土，能够填补原有的衬砌。因此，可以使用压浆堵实裂缝、涂抹防水材料等支护加固技术来治理铁路隧道渗漏水问题。

参考文献：

[1] 文运来.双重管注浆技术在西安地铁隧道渗水处置中的应用[J].科技情报开发与经济，2012（9）：141～143.

[2] 林春金.运营隧道衬砌渗漏水机理及注浆治理研究[D].山东大学，2017.

[3] 张文达.寒区铁路隧道冻害机理及整治技术研究[D].中国铁道科学研究院，2015.

[4] 牛亚彬.重载铁路隧道病害机理及整治技术研究[D].中国铁道科学研究院，2013.

[5] 于显波.岩溶铁路隧道框架基础与软基处理的研究[D].西南交通大学，2007.