铁路隧道病害整治技术

铁路隧道病害整治技术

王国博

哈尔滨铁道职业技术学院，  黑龙江省哈尔滨市  150060

摘要：本文在既有铁路隧道病害分析的基础上，提出了几类铁路隧道病害常用整治技术，以保障铁路隧道的安全运营，为既有隧道病害整治提供了一定的借鉴意义。

关键词：铁路隧道  衬砌材料劣化 病害整治

截至2021年底，我国铁路运营里程达15万公里，其中高速铁路运营里程4万公里。投入运营的铁路隧道17532座，总长21055公里；高速铁路隧道3971座，总长6473公里。我国地域辽阔，各地自然条件差异大，隧道所穿越山体的工程水文地质条件复杂多变，已建成的隧道受修建时期勘察手段、设计技术、施工工艺等条件的限制，运营过程中衬砌材料劣化，维修保养不及时等，导致运营铁路隧道出现了一些病害。

1.铁路隧道病害分类

《铁道工务技术手册（隧道）》按照既有线铁路隧道病害不同类型将隧道病害分为隧道渗漏水、衬砌腐蚀、衬砌裂损、衬砌冻害、洞门损坏、整体道床损坏、附属建筑物损坏等。隧道衬砌是承受地层压力、防止围岩变形坍落、保持隧道稳定的主体建筑物。衬砌承受地层压力的大小，主要取决于工程地质、水文地质和围岩的物理力学特性、设计方案、施工方法、支护衬砌是否及时和工程质量的好坏等因素有关。铁路隧道衬砌病害按病害部位分为拱墙病害和隧底病害。

1.1隧道拱墙病害

衬砌裂损主要可分为衬砌开裂、压溃、错动、掉块等。衬砌裂损的主要原因有：承受垂向线状荷载、垂向分布荷载、水平线状荷载和斜向线状荷载过大；施工过程中混凝土浇筑过快，混凝土离析不均，振捣不密实等；隧道使用环境，如化学腐蚀环境、氯盐环境、冻融环境、温差环境等；碱骨料反应膨胀开裂，水泥水化热膨胀开裂、低质量集料发生爆炸状开裂等。

隧道渗漏水主要可分为滴水、涌水、水蚀等。渗漏水病害的主要原因有：地质条件复杂，岩溶发育，水压较大；设计和施工未达到相关要求；衬砌和防水材料存在一定缺陷；排水系统堵塞等。

隧道衬砌冻害主要可分为挂冰、冰椎、冰塞、冰楔、冻胀、衬砌冻融破坏和冷缩开裂等。隧道冻害的主要原因有：寒冷气温作用，温度变化冻融交替是主要原因；季节冻胀圈作用，隧道的排水设施埋在季节冻胀圈内，冬季易发生冰塞；围岩的岩性对冻胀的影响；隧道设计和施工的影响，对防冻问题没有考虑或考虑不周，造成衬砌防水能力不足，洞内排水设施埋深不足、治水措施不当，施工有缺陷，都会造成和加重运营阶段隧道的冻害。

衬砌腐蚀课主要可分为物理性侵蚀和化学性腐蚀。衬砌腐蚀的主要原因有：腐蚀介质的存在；易腐蚀物质的存在；地下水的存在及其活动性。

1.2隧底病害

隧底主要存在的病害类型有整体道床裂损、仰拱或铺底裂损、隧底上拱。

整体道床裂损的主要原因有：列车荷载作用；浇筑道床混凝土时未及时清理隧底积水；整体道床与隧道底部衬砌混凝土之间的黏结力不足；凝土浇筑工艺差、水泥等级不达标、道床厚度不足、混凝土养生时间不够等质量问题；地下水对整个道床的影响；养护维修不良等。仰拱或铺底裂损的主要原因有：列车荷载作用；混凝土的收缩；温度应力作用；钢筋配筋不足；混凝土材料及配合比不当；施工质量差；养护维修条件差等。隧底上拱依据破坏力学特征可分为挤压流动型隧底上拱、遇水膨胀型隧底上拱、挠曲褶皱型隧底上拱、剪切错动型隧底上拱和地下水压力型隧底上拱。挤压流动型隧底上拱主要发生在隧底为软弱破碎岩体的岩层，两帮和顶板的强度远大于底板岩体强度，在两帮岩柱的作用下，底板软弱破碎岩体挤压流动到隧道内，引发上拱病害；遇水膨胀型隧底上拱主要是由于膨胀岩中含有大量亲水性黏土矿物时，遇水后会膨胀和软化，体积迅速增大，导致隧底上拱；挠曲褶皱型隧底上拱主要发生在较厚的整体性岩层，在高地应力的作用下，在隧底处发生剪切破坏而形成楔块岩体，并在水平应力挤压下产生错动而使底板上拱；挠曲褶皱型隧底上拱通常发生在隧道底板为层状岩体，隧底岩层由于受压失稳向隧道内产生挠曲褶皱；当隧底存在积水且水头较高时，致使隧底结构长期承受较高的水压力，加上列车循环动荷载作用，导致隧底结构变形或破坏而引起上拱。

2.隧道病害整治技术

2.1隧道衬砌裂损

隧道衬砌裂损主要表现形式有细微裂缝、贯通性裂缝和密集型裂缝。细微裂缝整治应事先清理裂缝表面，可采用化学浆液于其表面进行覆盖。贯通性裂缝整治，对于裂缝宽度在5mm以下的裂缝，可在清缝后沿裂缝表面每隔20～50cm设置一个注浆嘴，然后封缝，再利用灌浆器向缝内注入环氧树脂浆液，待浆液固化后清理灌浆底座及堵头；对于裂缝宽度在5mm以上的裂缝，应先沿缝隙开V形槽，冲洗干净后用环氧树脂砂浆（或水泥砂浆）嵌补。密集型裂缝整治应根据病害实际情况进行衬砌的加固，其后可用喷射混凝土法（或抹面法）进行外表面裂缝处理。

2.2隧道衬砌加固

常用的隧道结构加固措施主要有回填注浆加固、锚杆加固、喷射混凝土加固、套衬加固、凿槽嵌钢拱架加固和衬砌外表面补强加固等。

回填注浆加固措施要先在病害部位布设梅花形注浆孔，通过快凝水泥砂浆将注浆管固定于孔内，最后向衬砌后注入水泥砂浆，一般当注浆压力达到设计终压并稳定5min以上，吸浆量很少或不吸浆时即可结束注浆。锚杆加固措施是先在病害部位钻锚杆孔，然后向孔内安装锚杆并注水泥砂浆，最后封口。根据病害实际情况，喷射混凝土加固措施包括素喷混凝土、喷钢纤维混凝土、网喷混凝土和锚网喷混凝土等，其中锚网喷混凝土加固效果最好，具体为先凿除结构疏松的混凝土，对外表面凿毛并用高压水冲洗，然后钻孔以施作锚杆，最后布设钢筋网并喷射混凝土。套衬一般采用钢筋混凝土，厚度应根据实际隧道病害严重程度确定，但不得侵限，一般为200～350mm，套衬与原衬砌之间应用直径16～20mm钢筋连接，钢筋埋入原衬砌20cm左右，套衬混凝土浇筑前，须对原衬砌侵限部分进行凿除和对表面进行凿毛清洗。凿槽嵌钢拱架加固措施先对既有衬砌进行凿槽施工，凿槽完成后，在槽内安装拱架，拱架与槽底面应密贴，然后采用混凝土进行回填，回填后需对拱架背后压浆，镶嵌拱架间距根据具体情况确定，拱架纵向应设置连接钢筋。衬砌外表面补强加固先将加固表面凿毛、平整后再粘贴碳纤维布、纺纶纤维布或钢板对隧道衬砌进行加固。

2.3隧道渗漏水整治

常用的隧道渗漏水整治措施主要有直接堵漏、注浆堵漏、凿槽埋管引排等。

直接堵漏法先是根据渗水范围大小，以漏水点为圆心凿孔，将快凝材料捻成与圆孔直径接近的锥形小团，待其初凝时迅速堵塞于孔内，并向孔壁四周挤压，使其与孔壁紧密结合后在表面抹防水面层。注浆堵漏法是先在两侧边墙墙角钻设泄水孔，以降低洞内水位和水压，然后钻注浆孔，安设注浆管，通过注浆管压注浆液。凿槽埋管引排是先在漏水处凿出U形槽，在凿好的槽中渗水较多处钻孔，使得地下水集中从孔眼排出，然后清洗槽壁并埋半圆管于槽内，最后使用堵水速凝材料埋管，用水泥砂浆对槽身进行封堵，并作表面处理。

2.4隧底病害整治

基床翻修是先安设枕木墩、轨束梁及轨距拉杆等步骤架空线路并加固，然后拆除加固段内的轨枕，挖除整治段道床道砟，拆除基床混凝土及侧沟混凝土，清理基底表面后绑扎钢筋、支侧模板并浇灌底板混凝土，最后待基床及侧沟混凝土终凝后回填道砟、拆除线路架空设备，安装线路轨枕及扣件并补充道砟以恢复线路。修建密井暗管是先对线路进行挡砟支护，凿除既有水沟后将碎砟清理干净，于基底铺设管节，支立模板后分层浇筑混凝土，最后补充道砟捣固后恢复线路。隧道基底压浆是先清理道床表面并预埋钻孔套管，钻孔后埋设注浆管，按顺序逐孔向基底压浆，注浆完成后拔出注浆管并用原浆压浆堵口。

参考文献：城镇建设

[1]铁道部工务局.铁道工务技术手册（隧道）［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，1997．

[2]巩江峰,唐国荣等.截止2021年底中国铁路隧道情况统计及高黎贡山隧道设计施工概况[J].隧道建设.2022.

[3]马伟斌，柴金飞.运营铁路隧道病害检测、监测、评估及整治技术发展现状[J].隧道建设.2019.