摘要：既有铁道隧道病害已成为制约铁路提速和提高单线运输能力的瓶颈。本文根据国内外衬砌裂损研究的现状，吸取隧道衬砌裂损整治比较成功的经验，在此基础上提出既有线铁路隧道衬砌裂损检测与病害整治技术，以保证工程质量。
关键词：铁路隧道；病害；衬砌裂损；对策
我国地域辽阔，各类自然条件差异很大，现阶段随着交通运输事业发展的需要，铁路隧道通车里程急剧增长，运营速度也不断提高，但是单线运载能力的提高和铁路提速会受到既有铁路隧道病害的制约，而最常见的既有铁路隧道病害就是衬砌裂损，衬砌裂损又会导致隧道的其他病害，从而使铁路隧道的结构的安全储备降低，使用寿命缩短，导致巨大的经济损失。本文旨在通过对衬砌开裂形态及其原因分析，提出相应整治措施，并给出整治施工控制方法和检测手段。
一、既有铁路隧道衬砌裂损的原因
1.地质环境原因
客观上讲，铁路隧道所处的地形和地质环境往往比较复杂，在不同的断面里程，隧道所处围岩等级和上覆盖层情况也不尽相同，衬砌受力不均匀，易造成纵向沉降差。与此同时，既有铁路的隧道中也存在着不对称的地质和地形条件，例如断层、节理、偏压等，容易产生结构性裂缝。这一点在山区隧道的洞口段、滑坡段和地质突变段表现尤为明显。最后，地下水环境也对衬砌裂缝的发展起着催化作用。
2.勘察设计原因
既有铁路隧道一般修建年代较久远，修建时期的勘测设计条件有限，加之隧道所处的水文地质条件和山体工程条件，具有一定的多变性，设计阶段难以取得完整准确的地质资料。这易导致一些地段的围岩级别划分不准、衬砌类型选择不当，使衬砌结构与围岩实际荷载不相适应而在运营期间出现开裂错台甚至掉块塌方。
3.施工原因
施工因素是隧道建设过程中最不确定的一个因素，同时也是对衬砌裂损病害影响最大的一个因素。例如施工管理不当、没有选择合适的施工方法、施工技术条件有限等，导致隧道衬砌施工质量得不到有效控制，衬砌出现裂损、漏水等病害。此外，施工拌制混凝土时，对原材料中碱骨料含量控制不严，也会因碱骨料反应的膨胀效应而导致混凝土衬砌开裂。
4.运维原因
运营维护方面的原因主要归咎于维护不当，即对衬砌裂损病害未能做到及早发现、及时处理，或对已查明的缺陷、病害处理措施不合理而使其进一步恶化。如果在维护的过程中没有及时的发现和处理衬砌的裂损病害，或者没有查明病害的原因，没有使用合理的手段来对其进行处理，都会造成涌水裂缝、渗漏水、贯通性裂缝等严重的裂损，从而对正常运营构成威胁。
5.其他原因
除上述因素外，运营阶段列车振动、空气微压波等动载及地震、人为破坏、火灾等突发荷载因素也是衬砌裂损的重要原因。且在运营过程中，材料常因环境影响而发生碱骨料反应、盐害和劣化等使微裂纹进一步发展而形成较严重的裂缝，甚至一些严重病害。
二、衬砌裂损整治措施
1.无水裂损病害的整治
无水裂损病害指因工程地质、设计、施工和结构开裂等因素所造成的衬砌裂缝损伤，但开裂面常年干燥或不形成水珠，已对行人、行车构成威胁或进一步发展将危及行车安全的病害。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆这类病害的整治主要是在疾病情况调查和地质资料收集的基础上，根据裂缝的主要原因分析，并根据裂缝的不同程度和现有的施工工具选择相应的工程措施。有几种常用的整治方法。
1）环氧砂浆抹面封闭。一般宽度在0.3mm以下的浅表性裂缝。按照“预防为主、防治结合”的原则，环氧砂浆抹面封闭可阻止微小裂纹进一步发展、防止隧道内有害气体和水汽进入衬砌内部，以避免衬砌内钢筋锈蚀加剧，衬砌剥落掉快等病害的发展。
2）凿槽或低压灌注树脂浆液。对未贯穿衬砌厚度的局部细小裂缝。针对那些已停止发展且又对结构整体性影响不大的未贯通裂缝，可以采用凿槽或低压灌注树脂浆液的方法进行修补。凿槽的施工步骤是可沿其走向凿设一定宽度和深度的“V”形或“U”形沟槽，用环氧树脂胶液或一些新材料进行裂缝封闭。深度较大时可采用低压灌注法。
3）施工期间对衬砌背后回填不密实，易造成混凝土的开裂以及地下水的汇聚，引发裂损病害。当衬砌开裂形式表现为拱腰受弯张口型裂缝、拱顶受挤压闭口型裂缝时，多数是由于拱顶回填不密实造成的。回填注浆的两个难点是注浆量和注浆压力的控制。注浆施工之前应根据可靠的检测手段探明空洞大小，并进行压水或压气试验以拟定注浆量和注浆压力。注浆过程中要在适当位置设置排气孔，密切关注进浆量，严控注浆压力，同时要对衬砌变形做好观测。注浆结束后要对注浆效果进行检查，对未达到设计要求的断面进行补注浆。
4）喷锚支护整治衬砌大面积裂损病害。该施工方法可分为素喷、网喷、锚网喷和喷射早强钢纤维混凝土等4种，主要集中在隧道衬砌开裂严重，原衬砌混凝土有一定的承载力或局部衬砌厚度小于最小设计值地段进行加固补强。喷锚加固的喷层与原衬砌之间具有紧密黏结能力，使原有的拱结构和新拱结构更加坚固，可以恢复和提高原有衬砌的承载力。
5）套拱或换拱整治衬砌腐蚀裂损严重地段。套拱法适用于衬砌开裂明显、材料劣化严重但尚未失去使用功能，伴有地压或近接施工等外力影响，限界富裕能满足套拱厚度要求的情况；换拱法适用于开裂、接缝错动、剥落、剥离等衬砌材料劣化程度显著且深及内部，隧道限界富裕不足或已经侵限，其他整治措施无法根治的情况。套拱或换拱法对病害的整治较彻底，适用于整治病害严重或多种病害并发的情况，但施工工期较长、劳动强度较大、工程费用较高、对运营干扰较大。
2.渗漏水裂损病害的整治
1）喷射或涂层整治法。喷射法适用于大面积发生渗漏水，但漏水量小且止水无有害影响时的裂损病害整治；涂层法应用于渗漏水范围较小、漏水程度轻微，衬砌表面较平整情况下的衬砌裂缝修复。喷射法作为整治渗漏水病害的常用手段，同时可以作为整治衬砌大范围裂损、劣化的补强措施，区别在于喷射层的厚度大小、界面处理要求、水灰比设计、对钢筋网或锚杆的要求程度等。此外，涂层法与砂浆抹面的区别在于适用范围、渗漏水量的考虑、经济效益、对环境的适应性等。
2）凿槽排水或嵌缝堵漏整治法。凿槽排水适用于漏水量较多，漏水沿施工缝或衬砌开裂处呈线状分布的情况；嵌缝堵漏适用于程度较轻，漏水沿施工缝或衬砌开裂处呈线状且止水无不良影响的情况。凿槽排水与凿槽封堵法整治无水裂缝的区别是前者需要埋设排水管路，沟槽断面和封堵材料也有所不同。嵌缝堵漏相对于低压灌注法，对材料的要求更高，不仅要求与开裂面有很好的黏结性，而且要求能速凝以达到堵水目的。
3）注浆回填堵漏整治法。该法是用压注的方式充填衬砌背后、隧道周边围岩中的空隙、空洞，封堵或减少地下水流向衬砌内部的通路，以防止漏水强化衬砌。主要适用于拱部漏水严重，衬砌背后有空洞的情况；也用于衬砌背后的空隙形成通路，雨水、地表水等水源直接补给衬砌漏水的情况。
三、结语
基于现有的铁路隧道衬砌开裂分析的基本形态和常见原因分析，得出了针对不同开裂类型的整治措施，并提出相应的施工验收控制方法，为监督施工过程、确保施工的质量提供了一定的参考，对以后的工程实践具有一定的借鉴意义。
论文作者:何芸
论文发表刊物:《基层建设》2017年第25期
论文发表时间:2017/12/4
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