摘要：衬砌开裂是一种常见的隧道病害，它对既有铁路隧道的结构安全和运营安全威胁极大，必须引起高度重视。隧道衬砌开裂病害是隧道结构中最为常见且对隧道结构安全性影响较大的病害形式之一。目前对于衬砌开裂病害的分级，大多是将裂缝宽度和长度2个因素作为分级指标。鉴于此，本文主要分析铁路隧道衬砌开裂的整治措施。
关键词：铁路隧道；衬砌开裂；整治
1、衬砌开裂基本形态
目前，在我们国家交通运输基础设施建设飞速发展的形势之下，铁路在其中的作用尤为关键，那么隧道作为铁路工程之中的一个关键部分，其数量也在与日俱增。在隧道衬砌施工中，结构裂缝会对整个隧道结构的承载力产生威胁，同时还会引发其他病害，不利于列车的安全运行。设计和施工的不规范也是出现裂缝的重要原因，设计方案缺乏科学性和合理性，会直接影响施工质量。在施工阶段，施工工序安排不合理或者没有严格按照施工图纸操作，都是出现裂缝的成因。
线弹性断裂力学，主要是通过三种形式的裂缝来予以分析研究，其主要为Ⅰ型（张开型）、Ⅱ型（滑开型或称为剪开型）和Ⅲ型（撕开型或称为反平面剪切型），具体如图1所示。图中：σ为正应力；τ为切应力。
图1 裂缝的3种形式
2、衬砌开裂原因分析
巴准铁路马石梁隧道起讫里程为K99+381.9-103+067.9，全长3686m，为双线隧道，左线K102+693至出口和右线K102+678至出口分别位于R=1200m和R=1195.72m的曲线上，其余段落均位于直线段，洞内纵坡为+3.0‰的单面上坡。隧道维护自己咋丘陵沟壑区，表层为黄土，地势起伏较大，地形较陡峻，自然坡度40°～70°，植被不发育。隧道进出口地表为第四系风积粉砂、砂质黄土，稍密～中密，厚约0～6m，以下为全～弱风化砂岩夹泥岩，工程地质条件一般。隧道最大埋深约103m，最小浅埋深度约11m。隧址地下水对混凝土分别具CO2侵蚀性、硫酸盐侵蚀，环境作用等级为H1级。地震动峰值加速度值为0.10g，相当于地震基本烈度七度，地震动反应谱特征周期分区为三区。隧道采用复合式衬砌，运营后二衬拱腰位置出现了较为平直的横向裂缝，整幅贯通，宽度最多达到7mm，局部位置出现了环向和斜向裂缝。
2.1 工程地质环境方面的原因
本次病害段通过地层以第四系全新统黄土为特殊性岩土，具湿陷性，湿陷系数为0.032～0.046，为Ⅰ级非自重湿陷性场地，围岩软弱、自稳能力差。泥岩以互层或薄层状存在于砂岩中，砂、泥岩比例约为：9：1，泥岩最大层厚小于0.5m，具弱膨胀性，自由膨胀率17％～35％。湿陷性黄土自稳能力差加之局部泥岩夹砂岩的弱膨胀性，使得隧道衬砌结构可以承受的围岩压力相对较大且存在分布不均的情况，这样一来就会易于引发局部弯矩较大，这要比该位置衬砌的具体强度，相应的就会引发衬砌混凝土出现局部开裂。
2.2 隧道设计方面的原因
勘察设计工作直接影响铁路隧道工程的建设质量，勘察单位必须对地质进行详细准确的勘测，如果对地质的整体构造、地貌的判断不精确，就会直接影响衬砌的结构设计。设计工作开展时对围岩分类不准确，对隧道结构的衬砌的厚度计算不精确可能导致衬砌裂损现象的发生。
2.3 隧道施工方面的原因
在铁路隧道施工建设的过程中，由于隧道周围土层的重力分布不够均匀，导致隧道衬砌和外壁所承受的压力不均，而在这种压力影响下，在隧道衬砌中非常容易出现开裂问题，且在此过程中，衬砌开裂的程度受到所承重力的直接影响，在衬砌出现开裂以后，其开裂的深度和开裂的面积决定了隧道衬砌的变形情况，如果隧道外部覆土层重力较大，则衬砌结构的变形概率也会有所提升。
2.4 运营维护方面的原因
重载列车在具体运行的阶段之中发生振动情况，且相对频繁，在整体运行的阶段之中，会冒出烟气而引发衬砌侵蚀情况，从而导致衬砌裂缝，最终出现渗水情况，其会直接性的威胁到支护结构的强度，使得衬砌结构质量和隧道的使用寿命无法来予以有效化的保障。
3、铁路隧道衬砌开裂的整治措施
3.1 锚固注浆加固措施
（1）在使用锚固注浆方法加固处理的过程中，需要使用水泥砂浆、化学注浆液、中空锚杆以及防水砂浆等材料。而在工艺方面，首先需针对锚杆进行钻孔和安装施工，利用相关施工设备将长度为3m的中空锚杆按照设计深度进行钻进，除了要在锚杆间保留1.2m的间距以外，还要按照梅花形进行锚杆的布置，而在锚杆外侧则需要设置排气及观察软管。
（2）要安装好垫板、止浆塞以及螺母；其次，进行初次注浆，对提前完成制作的水泥砂浆材料实施压注，在压注过程中需要对压力进行控制，使其保持在0.6～0.7MPa范围内，直到进浆较少或不进浆后可停止注浆操作。
（3）实施二次注浆，在完成初次注浆后，砂浆材料经过离析沉淀及干缩会产生一些小的缝隙通道，针对这种情况，需要在初次注浆终凝前实施二次注浆，且注浆压力要保持在0.9MPa左右。
3.2 碳纤维加固措施
（1）进行面层的处理，使用砂轮设备清除隧道衬砌结构表面的裂化层，确保完成处理以后的衬砌表面具有平整、干燥的特点，使其达到治理措施的相关要求。
（2）对裂缝进行封闭处理，主要是应用密封胶来封闭衬砌裂缝，并完成基层处理工作。
（3）预涂底胶，在衬砌表面应用滚筒设备进行树脂的涂刷，且涂刷厚度应该小于0.04mm。
3.3 骑缝注浆加固措施
（1）需要根据裂缝走向实施凿槽处理，并在裂缝原有位置的基础上向两端进行延伸，延伸距离一般在10cm左右。
（2）使用毛刷工具清除槽内的浮尘。
（3）沿着裂缝设置注浆钢管，并将其间距控制在0.6～0.7m，在完成注浆管固定后，需要使用环氧树脂砂浆对沟槽进行嵌填。
（4）进行注浆操作，在砂浆彻底凝固后，即可压注环氧树脂浆液材料，在此过程中需要将压注压力控制在0.4MPa。
3.4 直接涂抹加固措施
直接涂抹加固需要准备水泥基渗透结晶型材料，具体施工中，首先要对混凝土基面进行处理，确保混凝土基面的清洁性和粗糙性；其次，要将混合料配置工作做好，并在混凝土基面部分完成喷射，在此过程中，要将混合料喷射到衬砌的裂缝当中；最后，在完成一层涂料涂刷且涂料初凝以后，即可进行二层涂刷，完成涂刷以后落实养护工作。
3.5 凿槽嵌补加固措施
（1）凿槽操作需要以裂缝方向为根据，且凿槽宽度应控制在3～5cm左右，操作过程中，应根据裂缝深度确定槽深，使用相关工具对槽内的浮渣和粉尘进行清理，确保缝隙的干燥和整洁。（2）使用底胶对槽的两侧和底面等部分涂刷，涂刷厚度应控制在0.3mm。（3）填缝处理主要通过接缝材料来完成，填缝后需要将其捣实。（4）利用防水砂浆对裂缝表面进行处理，保证表面的平整度，同时落实养护处理工作。
总之，对于隧道衬砌裂缝病害要及时防治，针对地质、方案、技术等控制衬砌的稳定性和安全性，保证隧道的运营质量和效率，预防因衬砌裂缝出现的隧道危害致使安全事故的发生，逐步解决衬砌裂缝存在的问题，提高隧道施工质量。
参考文献：
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[2]刘晓伟.既有铁路隧道衬砌裂损维修决策研究[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2016（06）：82-83.
[3]刘均红.既有铁路隧道衬砌开裂病害整治技术探讨[J].北方交通，2011（06）：129-131.
论文作者:李帅
论文发表刊物:《基层建设》2019年第26期
论文发表时间:2019/12/17
标签：隧道论文; 裂缝论文; 病害论文; 铁路论文; 注浆论文; 砂浆论文; 泥岩论文; 《基层建设》2019年第26期论文;