摘要：已运营隧道的缺陷处理一直是急需解决的工程难题，本文以宝中铁路隧道缺陷处理为例，对隧道存在的病害分成开裂错动、拱顶压溃、拱顶混凝土掉块空响剥落、衬砌背后脱空、混凝土网状裂纹5种病害类型，针对不同的病害类型提出了采用锁脚锚杆及型钢加固、喷射混凝土加强、注浆充填衬砌不密实、压注高渗透环氧树脂等处理措施。现场实施后隧道的安全质量得到保障，极大提高了隧道行车安全，为今后其他类似的病害整治设计提供了参考。
关键词：已运营隧道工程；隧道缺陷；隧道病害；处理措施
引言
近些年中国每年建成的隧道长度占全球总量的约60～65%，是名副其实的隧道大国，截至2016年底，全国累计投运铁路隧道共12067㎞/12525座，是世界上铁路隧道最多的国家，其中在建铁路隧道8692㎞/3784座[1]。然而已建成的隧道由于修建年代物资材料的影响，受限于当时的勘察手段不高，设计混凝土技术标准和开挖、二衬混凝土等施工工艺水平比较低的原因，再者因工程水文地质的差异等方面因素[2]，经过数十年的运营，隧道大都存在着影响铁路行车安全的病害出现，诸如隧道二次衬砌的开裂错动、混凝土网状裂纹、拱顶混凝土的压溃、拱顶混凝土掉块空响剥落、衬砌背后脱空等[3-8]。本文依托宝中铁路的老爷岭隧道病害整治为例，针对隧道裂缝、隧道渗漏水、衬砌脱空、拱顶压溃等具体病害进行了综合治理，使整治后的隧道使用功能和安全性得以恢复，为今后其他类似的病害整治设计提供了参考。
1、工程概况
宝中线老爷岭隧道起讫里程为K148+205-K152+163段，全长3958m，单线隧道，最大埋深425m，位于甘肃省平凉境内，1995年竣工开通运营。隧道两端洞口围岩由半干硬Q3系新黄土组成，洞身围岩主要由白垩系层理不发育的砾岩，层理发育的长石，石英软质砂岩及上第三系棕红色膨胀性黏土和下更新统砂黏土组成。隧道穿越老爷岭断层，背斜等8个断层破碎带。地下水主要是洞身穿越泾河和纳河分水岭，白垩系砂岩潜水下渗造成较多基岩裂隙水。
2、隧道病害调查及原因分析
老爷岭隧道经过20多年运营，产生不同程度和类型的病害，其中部分地段最大衬砌水平开裂错动长15m，裂缝最宽5cm，错台达到90cm；最大压溃开裂掉块长90cm，宽40cm，厚10cm，裂缝渗水严重；类似病害老爷岭全隧道共计1576延米，66段，上述部分病害已严重危及行车安全，该段线路行车限速仅为40km/h。针对此次出现的病害，进行无损检测，分析原因主要是以下几个方面造成：
（1）隧道建设于上世纪90年代初，还处在计划经济年代，特定的历史条件下，工程建设的相关法律、法规等制度和体制尚不健全，设计施工水平较低，是一定历史条件下的产物。
（2）工程地质条件较差。该隧道为黄土隧道，穿越多条断层、破碎带，围岩为第三系红色砂粘土，具微膨胀性，属于高地应力软岩隧道，对二衬结构有一定的破坏力。
（3）设计的支护、二衬参数偏弱。初期支护主要为木结构，不能作为永久受力的一部分，二衬砼标号、厚度及钢筋（未设）等均未考虑围岩膨胀力的影响。
（4）施工工法、工艺落后。鉴于当时的地质条件和施工水平，该隧道主要采用矿山法开挖，先拱后墙法衬砌。开挖及二衬分块碎、接缝多，对围岩扰动大。
（5）因当时的矿山法（小导坑）施工采用圆木排架作为支撑，木料逐渐腐朽形成空洞，设计无二衬背后压浆的相关要求，从而导致二衬受力状况在不断变化。
3、整治方案的确定及整治原则
（1）安全性验算
老爷岭病害开裂段隧道围岩多数为Ⅳ级围岩，拟采用套作H125钢架+钢筋网片+喷射混凝土作为补强结构，加之原50cm的二次衬砌，形成一个66cm厚的钢架混凝土套衬整体结构，将补强后的衬砌看成均匀介质进行考虑[9]，依据铁路隧道设计规范（TB 10003-2016）进行了验算，所有截面的安全系数均满足规范的要求。
（2）隧道建筑界限要求
通过采用徕卡断面测量对隧道衬砌内轮廓仪进行扫描，套衬增加的16cm厚度，满足接触网承力索均与二衬最小限界不小于400mm的规范要求，套补的二衬各部位限界均满足行车要求[10]。
（3）隧道施工原则
本次隧道整治具有数量多、难度大、要求高的特点，在整治前做好与与路局工务、电务、信号部门的沟通协调。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆针对老爷岭隧道长大、段落分散、全程上坡等特点自行设计“一种轻便型轨道运输车”（获得国家实用新型专利）和作业台架，充分利用路局批复“天窗点”做好施工组织，做好劳务人员进出隧道的时间安排，“安全、准时”完成整治工作[11]。
4、隧道整治方案
（1）隧道衬砌后空洞地段整治
采用φ42钻孔对隧道衬砌背后脱空地段压注水泥浆（若空腔较大时压注水泥砂浆或细石混凝土）进行加固。对于空洞区纵向长度小于5m，每个空洞区布置一个注浆管，一个排气管；若大于5m，则每隔5m布置一根注浆管，一根排气管，注浆管和排气管布置在空腔最高处，位于空腔内。浆液配合比采用水灰比不大于0.5，具体参数通过现场试验调整，注浆压力按自流考虑，不大于0.2Mpa，当吸浆量很少或排气孔不排气时结束后注浆，注浆孔采用微膨胀水泥砂浆封堵。
（2）衬砌压溃、掉块、错台裂缝结构功能受损地段整治
凿毛、清洗原衬砌表面，涂刷混凝土界面剂，在衬砌内侧根据限界要求架设H125型钢钢架，两榀钢架间用φ22连接筋联结（环向间距2m），焊接20×20的φ8钢筋网，钢架间环向布置5根L=1.2m的φ22螺纹钢定位筋固定钢筋网，钢筋网焊接在定位筋和钢架上；喷射16cm厚C25素混凝土包裹。按照每延米对安装钢架断面进行测量，制作符合断面测量结构尺寸钢架，进行油漆编号。
（3）已采用H125钢架加固，且病害暂有发展的地段整治。
打磨除锈原钢拱架，凿毛，清洗原衬砌表面，涂刷混凝土界面剂；在既有钢架间，紧贴既有衬砌，环向等间距布置3根φ22环向主筋，在钢架外翼缘内侧环向间距1m布置φ12纵向连接筋与主筋、钢架焊接；沿中间主筋环向等间距布置5根L=1.2m的φ22螺纹钢定位筋固定钢筋网，25×25的φ12钢筋网焊接在定位筋和钢架上，喷射厚16cm后C25素混凝土包裹钢架。
（4）各种类和性质的缝宽地段整治。
A. 裂缝宽在大于0.2mm小于3mm的未贯通性裂缝整治
暂不处理，现场制作观测标进行观测，一旦发展，进行整治。
B.缝宽大于3mm未错台的裂缝地段整治
清除混凝土表面浮渣至完整面，沿裂缝发展长方向凿倒梯形槽，开槽长度大于裂缝长度30cm，槽口宽按照裂缝宽进行设置（一般为缝宽+4mm），槽深8cm；正对裂缝按照间距50cm布置φ20mm的塑料注浆管，注浆管外露5～8cm连接注浆设备，为防止裂缝材料掉落，顺槽口布置φ8mm短筋，再用膨胀水泥封闭嵌缝槽；封缝材料固结后，采用鲜明的有色水进行压水试验，记录相关参数，作为注浆依据；注浆管和排气管应布置在拱顶最高处依次布置（垂直方向错开供电线路和接触网支柱基础位置），注浆纵向应由下坡方向向上坡方向依次进行，横向应先注拱顶，再注两侧拱腰；注浆材料根据渗水情况确定，对无渗漏水采用粘度低，强度好、可灌性好的高渗透环氧树脂加固灌浆材料，渗水地段采用WP900混凝土裂缝堵水剂进行封堵；注浆结束后，采用塑料止浆阀封闭注浆口，固结后拆除止浆阀，用膨胀水泥砂浆抹平槽口，沿裂缝刷环氧树脂一遍抹面。
C.缝宽大于3mm有错台的裂缝地段整治
清除混凝土表面浮渣至完整面，其次施作长3m的φ42mm锚管，沿裂缝两侧交错布置，距裂缝50cm，沿裂缝间距1.2m，梅花形布置，其他开槽、注浆准备程序与B整治措施相同。
5、结语
本文以既有线铁路老爷岭隧道病害整治为例，分析了病害产生的原因，提出了相应的整治方案，并介绍了注浆加固结合套衬补强技术在本次病害整治中的应用，现场已按方案完成整治，且监测数据显示衬砌结构无异常，极大提高了隧道行车安全，为今后其他类似的病害整治设计提供了参考。
参考文献：
[1] 中国铁路隧道数据统计[J]. 隧道建设，2017，37（5）：641-642.
[2] 高菊如，张博，等. 既有线铁路隧道病害综合整治技术与设备配套研究[J]. 现代隧道技术，2013，50（6）：24-31.
[3] 陈东柱． 高速铁路隧道衬砌裂缝病害及其整治措施研究 ［D］ ． 长沙：中南大学，2012．
[4] 张建伟. 运营隧道健康检测评估模型研究[D]. 重庆：重庆交通大学，2012.
论文作者:张积华,任亚华
论文发表刊物:《基层建设》2019年第9期
论文发表时间:2019/7/4
标签：隧道论文; 病害论文; 裂缝论文; 钢架论文; 混凝土论文; 注浆论文; 围岩论文; 《基层建设》2019年第9期论文;