李開慶 唐天龍

(1.中鐵十四局集團(tuán)隧道工程有限公司，山東濟(jì)南 250000;2.中交二航局第三工程有限公司，江蘇鎮(zhèn)江 212050)

0 引言

在鐵路隧道運(yùn)營期間，襯砌混凝土?xí)艿匠跗谥ёo(hù)失效、洞周圍巖松弛變形和地下水環(huán)境侵蝕等因素的影響而發(fā)生受力和性質(zhì)的改變，進(jìn)而產(chǎn)生影響隧道結(jié)構(gòu)正常使用的病害，裂損是其中最典型的一種。經(jīng)對某鐵路沿線70多座隧道的病害踏勘，襯砌裂損或掉塊占到病害總量的半數(shù)以上;且沿線隧道受第四系孔隙水、基巖裂隙水和溶蝕水等影響，裂縫多并發(fā)滲漏水病害。

襯砌出現(xiàn)裂損病害后，在混凝土內(nèi)部形成不連續(xù)面，影響結(jié)構(gòu)整體性，降低襯砌的承載能力。其中尤以拱部或邊墻的縱向和斜向裂縫影響最為嚴(yán)重(如圖1，圖2所示)。裂損病害進(jìn)一步發(fā)展形成掉塊、錯臺甚至侵限，將嚴(yán)重影響行車安全;裂縫向深部發(fā)展貫通后為裂隙水的匯聚和滲透提供了條件，加劇滲漏水病害的嚴(yán)重程度。

圖1 拱腰縱向裂縫

圖2 邊墻斜向裂縫

國內(nèi)對襯砌裂損病害的研究工作起步較晚，對裂縫形成、發(fā)展過程的監(jiān)測和研究重視不夠。病害發(fā)生后的整治設(shè)計多是經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)，缺乏針對性;施工過程中又存在管理松散，質(zhì)量控制措施不到位等問題。另一方面，目前市場上可用于裂損整治的工程材料品種有限，質(zhì)量良莠不齊，使得鐵路隧道面臨常修常壞的困境。

為保證整治施工質(zhì)量，除采取可靠的施工方案外，掌握襯砌開裂影響因素也同樣重要。為此，本文從襯砌混凝土裂縫的成因分析出發(fā)，分別研究了干燥裂縫和滲水裂縫的整治工法和材料等不同點(diǎn)，總結(jié)了整治施工的質(zhì)量控制要點(diǎn)，為以后的工程實(shí)踐提供參考。

1 襯砌裂損成因分析

隧道襯砌從缺陷產(chǎn)生、帶病工作到失格待修，是一個逐步發(fā)展的過程，從微觀裂縫(＜0.05 mm)的產(chǎn)生到形成宏觀裂縫(＞0.05 mm)，是材料自身局限性、勘察設(shè)計不到位、施工和運(yùn)營維護(hù)不善等多方面因素綜合影響的結(jié)果。

1.1 混凝土材料的因素

襯砌混凝土是由水泥漿將砂、石等骨料粘結(jié)起來而成的多相復(fù)合材料。水泥漿在硬化過程中的收縮會在混凝土內(nèi)部形成空隙，水灰比不合理、施工期養(yǎng)護(hù)不當(dāng)?shù)纫蛩貢觿?nèi)部空隙的產(chǎn)生，甚至貫通，即表現(xiàn)為微裂縫。這種由材料自身屬性引起的微裂縫對結(jié)構(gòu)影響不大，只能減少而不能避免。在運(yùn)營過程中，材料常因環(huán)境影響而發(fā)生堿骨料反應(yīng)、鹽害和劣化等使微裂縫進(jìn)一步發(fā)展而形成宏觀裂縫，甚至病害。

1.2 勘察設(shè)計的因素

隧道從勘察定線到結(jié)構(gòu)設(shè)計是一個漫長而復(fù)雜的過程，需要搜集大量地形、地質(zhì)資料。受條件限制，隧道某些時候不能避開節(jié)理、斷層等不利地段，且難以取得完整準(zhǔn)確的地質(zhì)資料。這易導(dǎo)致一些地段的圍巖級別劃分不準(zhǔn)、襯砌類型選擇不當(dāng)，使襯砌結(jié)構(gòu)與圍巖實(shí)際荷載不相適應(yīng)而在運(yùn)營期間出現(xiàn)開裂。

1.3 施工的因素

施工因素是隧道建設(shè)過程中最不確定的一個因素，同時也是對襯砌裂損病害影響最大的一個因素。施工過程中水灰比控制不合理、對新澆混凝土養(yǎng)護(hù)時間不夠或方法不當(dāng)、拆模時間過早等原因都易引起混凝土性質(zhì)改變，形成較多微觀裂縫甚至缺陷。此外，施工方法不當(dāng)、管理不善也會導(dǎo)致工程質(zhì)量下降，運(yùn)營期襯砌更早出現(xiàn)裂損、漏水等病害。

1.4 運(yùn)營維護(hù)的因素［1］

運(yùn)營期間要加強(qiáng)檢查觀測，發(fā)現(xiàn)問題及時整治處理。對已出現(xiàn)的小的裂縫、小的滲漏水重視不夠或預(yù)見不足，未能采取積極有效的維護(hù)遏制其發(fā)展，極易發(fā)展成貫通性裂縫、滲漏水甚至涌水裂縫，從而對正常運(yùn)營構(gòu)成威脅。

2 襯砌裂損整治措施

襯砌裂損病害的整治，應(yīng)在加強(qiáng)觀測掌握裂縫形態(tài)、搜集地質(zhì)、設(shè)計、施工和維護(hù)資料查清病害主要原因的基礎(chǔ)上，對不同裂損地段采取針對性措施。應(yīng)優(yōu)先整治對運(yùn)營安全影響較大的縱向、斜向裂縫，注意對襯砌漏水、腐蝕等病害一并綜合整治。

整治施工中，對干裂縫應(yīng)以充填封閉為主，對滲水裂縫宜采取“堵排結(jié)合、拱堵邊排”方案。此外，裂縫是否漏水對材料選擇、工序安排和整治效果有較大影響。如滲水裂縫的整治需對材料抗?jié)B性、耐腐蝕性和凝結(jié)特性提出更高要求，其水灰比控制、方案選擇等都有所不同。因此在整治設(shè)計、施工方法選擇時應(yīng)格外注意。根據(jù)病害的輕重程度，常用整治措施有以下幾種。

2.1 直接涂抹法

直接涂抹法主要用于整治寬度在0.3 mm以下的靜止干裂縫或少量滲水裂縫。按照“預(yù)防為主、預(yù)防與整治相結(jié)合”原則［2］，涂抹法可阻止微小裂紋進(jìn)一步發(fā)展、防止隧道內(nèi)有害氣體和水汽進(jìn)入襯砌內(nèi)部，以避免病害的發(fā)展。干裂縫可采用水泥砂漿等，滲水裂縫常采用具有止水功能的涂膜材料，如KRYTON(凱頓百森)防水材料［3］等。

涂抹施工時需對裂縫周圍的混凝土基面進(jìn)行處理，為保證粘結(jié)性應(yīng)有一定凹凸度，且保持濕潤狀態(tài)。分層涂抹時，應(yīng)待第一層初凝呈潮濕狀態(tài)時進(jìn)行;混合料應(yīng)隨用隨拌，且在規(guī)定時間內(nèi)用完，具有揮發(fā)性涂料施工時應(yīng)保證通風(fēng)條件。

2.2 鑿槽或低壓注漿

針對干裂縫可沿其走向鑿設(shè)一定寬度和深度的“V”形或“U”形溝槽，用水泥砂漿(一般為靜止裂縫)或樹脂膠液(一般為發(fā)展裂縫)等封閉裂縫(見圖3)。深度較大時可采用低壓灌注法(見圖4)。滲水裂縫常根據(jù)滲漏水量進(jìn)行鑿槽埋管或注漿法引排或封堵。

圖3 鑿槽封堵裂縫

圖4 裂縫內(nèi)注漿（膠）

開槽多用“U”形，斷面有矩形、梯形和倒梯形等。倒梯形開槽施工麻煩，但封槽固化后效果好;矩形開槽方便，可在兩側(cè)加縱向溝以提高封槽效果。開槽后清理槽內(nèi)碎碴，對深度不大的干裂縫可直接進(jìn)行封堵處理。遇滲水裂縫則應(yīng)區(qū)分情況采用封堵或埋入半圓形PVC管等引排處理，引排時應(yīng)注意頭尾防堵。

低壓注漿是在鑿槽的基礎(chǔ)上對深裂縫、需要堵水或集中引排的滲水裂縫進(jìn)行封堵和引排處理。注漿材料可選用不同細(xì)度水泥漿、環(huán)氧樹脂漿液或水泥—水玻璃雙液漿，前兩種多用于干裂縫注漿，后者多用于堵水注漿。封槽材料常選用環(huán)氧樹脂砂漿、改性環(huán)氧樹脂砂漿、雙快水泥和堵漏靈等，需根據(jù)開槽面的含水情況選擇。

2.3 回填注漿

施工期間對襯砌背后回填不密實(shí)，易造成混凝土的開裂以及地下水的匯聚，引發(fā)裂損病害。常表現(xiàn)為拱頂受壓閉口型裂縫、拱腰受拉開口型裂縫。無水裂損情況下主要是充填性注漿，使襯砌與圍巖密貼、改善其受力狀態(tài)(見圖5)。空洞較大時需考慮注漿材料自身重量和成本問題，可混入粉煤灰等摻料，如老營盤隧道［4］采用水泥砂漿分層注漿方式進(jìn)行襯砌背后回填。

圖5 襯砌背后注漿

圖6 集中泄水孔

滲水裂縫的注漿施工需根據(jù)滲漏水量確定堵排方案。常在設(shè)置泄水孔(管)進(jìn)行集中引排后注漿封堵地下水通路(見圖6)，注漿材料需特別強(qiáng)調(diào)凝結(jié)時間、滲透性和對水環(huán)境的適應(yīng)性。

注漿孔的布置常采用梅花形，根據(jù)整治需要設(shè)計不同孔深，并預(yù)留排氣孔。注漿時應(yīng)從低到高依次注漿，根據(jù)進(jìn)漿量和檢查孔反饋信息來調(diào)整注漿壓力，同時注意做好圍巖壓力或襯砌變向監(jiān)測。

2.4 噴錨支護(hù)

噴錨支護(hù)主要針對于開裂嚴(yán)重、原襯砌尚具備一定承載能力或局部混凝土厚度小于最小設(shè)計值地段進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)，按施工方法分為素噴、網(wǎng)噴、錨網(wǎng)噴和噴射早強(qiáng)鋼纖維混凝土等4種。噴射面需要按要求鑿毛、潤濕處理，并保持干凈，根據(jù)需要刷涂界面膠以提高噴層與原襯砌之間的粘結(jié)力。

滲漏水裂損情況下需要進(jìn)行堵漏或鑿槽引排后方可進(jìn)行噴射施工，待混凝土終凝根據(jù)是否有大面積潤濕面來檢查堵排水施工效果。噴層厚度宜為10 cm～30 cm，且素噴不小于4 cm、網(wǎng)噴不小于6 cm［5］。根據(jù)襯砌裂損變形特性設(shè)計錨桿長度、布置形式和噴層厚度。

2.5 套拱補(bǔ)強(qiáng)或換拱

套拱或換拱需根據(jù)隧道限界富余情況進(jìn)行選擇，后者主要用于整治襯砌裂損嚴(yán)重且隧道限界富余不足或已經(jīng)侵限地段［6］，施工難度明顯增大。其對病害的整治較徹底，可用于多種病害的綜合整治;但施工工期長、勞動強(qiáng)度大、工程費(fèi)用高、對運(yùn)營干擾大。

整治施工中宜采用控制爆破、跳槽開挖等措施減少對原結(jié)構(gòu)的擾動，必要時可采取注漿等方式對圍巖進(jìn)行加固。為解決套拱與原拱圈的連接問題，施工中常采用預(yù)設(shè)鉚釘或錨桿。換拱時，需鋪設(shè)防水板或其他防水設(shè)施。

滲水裂損的整治需在堵漏或鑿槽引排后實(shí)施，混凝土的抗?jié)B等級和強(qiáng)度標(biāo)號一般需做相應(yīng)提高;干裂損的整治相對簡單。套拱或換拱一般需要較長的天窗時間，同時需要配套模板臺車，或改線封閉施工以保證質(zhì)量。

3 整治現(xiàn)狀及質(zhì)量控制措施

3.1 裂損整治現(xiàn)狀

襯砌出現(xiàn)裂紋(縫)后，應(yīng)加強(qiáng)檢查力度，安設(shè)測標(biāo)，定期觀測。病害繼續(xù)發(fā)展對行車構(gòu)成威脅時，應(yīng)積極進(jìn)行整治。但目前病害整治設(shè)計和施工中還存在著諸多問題。

整治設(shè)計工作中，常由于時間倉促、資金限制等原因，導(dǎo)致病害調(diào)查過程不夠深入，對襯砌裂損的真正誘因、發(fā)展過程了解不足。從而使得整治措施選擇不夠合理，只能一定程度上減輕病害，甚至?xí)虼胧┎划?dāng)誘發(fā)新的病害。如盲目堵水后易導(dǎo)致襯砌薄弱段出現(xiàn)裂損或滲漏水。此外，竣工驗(yàn)收資料不齊全、無施工塌方處理記錄等問題，也是整治設(shè)計面臨的一個挑戰(zhàn)。

施工中由于受天窗時間限制、操作不當(dāng)、運(yùn)營列車震動等影響，整治材料的功能不能有效發(fā)揮，常出現(xiàn)新增混凝土強(qiáng)度明顯小于設(shè)計強(qiáng)度。洞內(nèi)光線較暗時，裂損整治中襯砌面的鑿毛施工質(zhì)量也難以保證。同時受施工人員專業(yè)素質(zhì)不夠、材料配比不當(dāng)?shù)扔绊?，病害整治面臨常修常壞的窘境。

3.2 質(zhì)量控制措施

為保證病害整治達(dá)到預(yù)期效果，須在整治設(shè)計和施工階段采取必要措施，力求做到設(shè)計精準(zhǔn)、施工到位，從而避免帶病隧道的危害。

整治設(shè)計過程中需保證資料到位、人員到位。資料應(yīng)包括隧道竣工資料和現(xiàn)場踏勘資料等，掌握圍巖等級、襯砌厚度、施工工法和施工期地質(zhì)變化記錄(如坍塌)等，通過現(xiàn)場踏勘獲得病害段地質(zhì)發(fā)展變化資料，必要時可借助物探等技術(shù)條件。此外，查清地下水環(huán)境和水源補(bǔ)給形式對設(shè)計工作也十分必要。設(shè)計人員應(yīng)具備豐富的工程經(jīng)驗(yàn)，對隧道施工和病害整治都有一定了解，要根據(jù)具體隧道實(shí)例進(jìn)行針對性設(shè)計，而不能將不同措施生搬硬套。

整治施工時需充分利用天窗時間，合理安排工序。襯砌表面鑿毛、開槽和注漿等環(huán)節(jié)嚴(yán)格按照設(shè)計或操作規(guī)范進(jìn)行，所用封槽和注漿材料應(yīng)隨用隨拌，避免浪費(fèi)?；炷恋炔牧纤冶瓤刂茋?yán)格按照設(shè)計要求，鋼筋綁扎及混凝土澆筑等應(yīng)參照新建隧道施工要求，并符合既有鐵路隧道特點(diǎn)。各工序完成之后應(yīng)組織人員自查，符合要求方可進(jìn)入下一工序。

4 結(jié)語

1)應(yīng)加快新型整治材料的研究和試驗(yàn)，解決現(xiàn)有材料的局限性，既能適應(yīng)鐵路隧道病害整治施工環(huán)境，又能滿足凝結(jié)時間可控、高強(qiáng)等特殊要求，即保證材料先進(jìn)性。

2)應(yīng)對病害進(jìn)行深入調(diào)查，整治設(shè)計過程中考慮多種病害的綜合整治，避免治標(biāo)不治本，或由于設(shè)計不當(dāng)而誘發(fā)新的病害。對病害原因不明地段，應(yīng)積極組織專家研究討論。

3)應(yīng)嚴(yán)控施工管理，合理利用天窗時間。施工中材料、設(shè)備的使用和管理應(yīng)嚴(yán)格遵照要求，不浪費(fèi)，更不應(yīng)偷工減料。施工工藝符合設(shè)計要求，并適應(yīng)現(xiàn)場條件，根據(jù)施工要求進(jìn)行工藝創(chuàng)新和改進(jìn)，爭取工藝上先進(jìn)。

4)應(yīng)做好隧道維護(hù)工作，按照檢查制度對隧道進(jìn)行巡視，及時發(fā)現(xiàn)病害并制定觀測方案，對已發(fā)現(xiàn)病害積極整治或預(yù)防擴(kuò)大。

5)在病害整治中發(fā)現(xiàn)不足，積極改進(jìn)。如對現(xiàn)有設(shè)備的創(chuàng)新和改進(jìn)，使其能夠適應(yīng)病害整治的多功能性、便捷性，做到設(shè)備先進(jìn)。

［1］ 陳禮偉.淺析隧道病害產(chǎn)生的原因［J］.隧道建設(shè)，2004，24(2):83-85.

［2］ 鐵道部工務(wù)局.鐵路工務(wù)技術(shù)手冊——隧道［M］.北京:中國鐵道出版社，1997.

［3］ 鐘 翀，羅 瓊，李治國，等.圓梁山隧道襯砌裂縫及滲漏水治理技術(shù)［J］.現(xiàn)代隧道技術(shù)，2004(41):52-57.

［4］ 陳志強(qiáng)，岳 華.老營盤隧道病害整治技術(shù)［J］.鐵道建筑，2011(11):51-53.

［5］ 鐵運(yùn)［2010］38號，鐵路橋隧建筑物修理規(guī)則［S］.

［6］ 關(guān)寶樹.隧道工程維修管理要點(diǎn)集［M］.北京:人民交通出版社，2004.