李 旻，倪 歡

1神華準(zhǔn)格爾能源有限責(zé)任公司；2西南交通大學(xué)

雞鳴驛隧道病害整治措施研究

李 旻1，倪 歡2

1神華準(zhǔn)格爾能源有限責(zé)任公司；2西南交通大學(xué)

由于鐵路隧道工程理論的局限性以及運(yùn)營(yíng)管理經(jīng)驗(yàn)的欠缺等原因，致使隧道存在不同類型的病害，其中包括隧道出現(xiàn)拱頂襯砌空洞、開裂、脫落掉塊、對(duì)隧道結(jié)構(gòu)安全影響較大；以及排水溝內(nèi)結(jié)冰嚴(yán)重，由于結(jié)冰凍脹，導(dǎo)致水溝局部開裂，使水滲入路基內(nèi)部，引發(fā)路基下沉，給行車安全帶來隱患，這些病害都已經(jīng)影響到了隧道的正常使用。文章以大準(zhǔn)鐵路雞鳴驛隧道病害整治工程為例，分析隧道病害原因，提出不同類型的病害整治方案，以提高隧道的承載能力，改善結(jié)構(gòu)的受力性能，對(duì)類似隧道病害整治有著非常重要的意義。

雞鳴驛隧道；病害；成因分析；整治措施

一、前言

大準(zhǔn)鐵路為神華準(zhǔn)格爾能源有限責(zé)任公司運(yùn)煤專用線，東起山西省大同市，西至內(nèi)蒙古鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗，正線全長(zhǎng)264公里，途徑兩省六旗縣（市），是已形成的“西煤東運(yùn)”大通道——大秦線的向西延伸,屬一級(jí)單線電氣化鐵路。路線所經(jīng)地屬于丘陵區(qū)，地形高差變化較大，山體多上緩下陡，平均海拔高度在1000～1500m之間。

為了確保大準(zhǔn)鐵路的正常運(yùn)營(yíng)，對(duì)雞鳴驛隧道排水溝及拱頂襯砌空洞病害進(jìn)行詳細(xì)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，并進(jìn)行相應(yīng)的病害整治工程設(shè)計(jì)。根據(jù)調(diào)查，隧道排水溝及拱頂襯砌空洞病害的總體特點(diǎn)是襯砌混凝土脫落掉塊較為嚴(yán)重，嚴(yán)重危及行車安全，此外排水溝內(nèi)結(jié)冰嚴(yán)重，導(dǎo)致排水不暢，引發(fā)部分路段路基沉降，給行車安全帶來隱患。

二、隧道病害調(diào)查概況

（一）工程概況

雞鳴驛隧道位于大準(zhǔn)鐵路雞鳴驛至廟溝站間，由1號(hào)和2號(hào)兩個(gè)隧道組成，隧道全長(zhǎng)1593.0m，為曲線隧道，1號(hào)隧道最大埋深50m，2號(hào)隧道最大埋深98.0m。隧道洞身大部分穿越渾河右岸低中山埡口地段，自然沖溝發(fā)育，地形起伏較大，隧道附近高差達(dá)100.0m。隧道中部對(duì)應(yīng)位置附近地面上可見多條切割較深的橫向自然沖溝，與隧道走向大角度相交。隧道附近出露地層主要為新黃土和太古界桑干群組片麻巖。區(qū)內(nèi)出露的片麻巖以肉紅色為主，中粗粒變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造，變質(zhì)作用強(qiáng)烈，局部風(fēng)化程度較深，由于受構(gòu)造的強(qiáng)烈影響，巖體破碎，陡傾角節(jié)理、裂隙較為發(fā)育，片理面傾角55～80°。1號(hào)隧道進(jìn)口段20m范圍內(nèi)大面積出露褐黃色半干硬狀黃土，厚度大于5.0m，黃土下部為片麻巖。該隧道大部分穿越片麻巖地段，圍巖等級(jí)較高，1號(hào)隧道進(jìn)出口端各20m范圍內(nèi)圍巖等級(jí)低于Ⅲ類，其余路段均高于Ⅲ類。2號(hào)隧道大部分穿越黃土地段，黃土埋深大于50m，圍巖等級(jí)較低，出口段約80m的范圍內(nèi)穿越片麻巖。隧道襯砌全部采用模筑混凝土，噴層厚度5～10m。隧道內(nèi)設(shè)置雙側(cè)電纜槽，單側(cè)水溝，水溝位于線路左側(cè)。原設(shè)計(jì)K170+663～+963段300m范圍內(nèi)采用保溫水溝，溝內(nèi)有水地段襯砌背后每隔10m設(shè)置一條盲溝，截面為100×50cm。既有隧道Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類圍巖采用曲墻式襯砌，Ⅳ、Ⅴ類圍巖采用直墻式襯砌。據(jù)竣工資料揭示，在修建鐵路開挖隧道時(shí)，2號(hào)隧道范圍內(nèi)未見地下水，1號(hào)隧道內(nèi)可見少量裂隙水，其中在K170+107附近右側(cè)沖溝內(nèi)可見泉水出露，流量較小，隧道中節(jié)理裂隙發(fā)育路段均見微量裂隙水出露。在施工時(shí)塌方較少，地下水侵蝕作用較弱。本地區(qū)最大凍結(jié)深度為1.75m。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)觀察，部分地段出現(xiàn)襯砌混凝土結(jié)構(gòu)開裂、混凝土掉塊脫落、排水溝結(jié)冰凍害等嚴(yán)重問題，給隧道運(yùn)營(yíng)使用造成嚴(yán)重的不良影響，引起了建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位、施工單位高度關(guān)注。

（二）隧道病害情況

1、隧道拱部開裂、拱頂襯砌混凝土脫落掉塊嚴(yán)重，在隧道K170+480～K170+500段右拱腰襯砌混凝土有較大的脫落掉塊，掉塊面積約2m×4m，嚴(yán)重影響行車安全；隧道襯砌裂損嚴(yán)重，襯砌裂損將使隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性受到一定程度的破壞，使襯砌結(jié)構(gòu)的安全可靠性降低，造成行車安全的重大問題。

2、隧道水溝內(nèi)水量較大，又由于當(dāng)?shù)貧鉁剌^低，產(chǎn)生凍脹病害，目前水溝內(nèi)的水已結(jié)冰，結(jié)冰已基本填滿水溝。由于結(jié)冰凍脹，導(dǎo)致水溝局部開裂，使水滲入路基內(nèi)部，引發(fā)路基下沉，給行車安全帶來較大的隱患。

（三）隧道病害成因分析

通過現(xiàn)象調(diào)查，雞鳴驛隧道存在襯砌空洞、裂損脫落現(xiàn)象以及排水溝凍脹等嚴(yán)重病害，需要對(duì)病害成因進(jìn)行分析。

1、巖石、巖體特征[1]

強(qiáng)風(fēng)化片麻巖屬于軟巖、極軟巖，巖石抗壓強(qiáng)度低，片麻巖礦物成分中含有大量黑云母，巖石結(jié)構(gòu)呈鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)，以條帶狀構(gòu)造及片麻狀構(gòu)造為主，光滑，受壓易裂開呈結(jié)構(gòu)擴(kuò)容型變形。

片麻巖片理面發(fā)育，隧道開挖后，結(jié)合差，受構(gòu)造影響較重，揉皺小構(gòu)造及節(jié)理裂隙發(fā)育，結(jié)構(gòu)面光滑，平直，節(jié)理面軟弱，剪節(jié)理較多，易沿節(jié)理面錯(cuò)動(dòng)，導(dǎo)致圍巖穩(wěn)定大部分呈張開狀態(tài)。

2、地質(zhì)構(gòu)造

隧道附近地質(zhì)構(gòu)造較為發(fā)育，巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，加之巖層傾角較陡，病害段圍巖等級(jí)較低，容易形成在襯砌背后形成空洞，空洞內(nèi)坍塌導(dǎo)致隧道襯砌的開裂變形，在裂縫貫通以后導(dǎo)致襯砌掉塊脫落。

三、隧道病害整治工程措施

（一）拱頂襯砌孔洞整治

本施工方法主要是對(duì)隧道局部厚度小于最小設(shè)計(jì)值地段的襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng).襯砌結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)措施主要采用噴錨支護(hù)形式，依據(jù)不同的病害情況分為如下3種形式[2]：

1、素噴混凝土：該形式主要用于局部襯砌厚度小于設(shè)計(jì)值的地段以及襯砌背后空洞規(guī)模較小的區(qū)域；

2、掛網(wǎng)噴混凝土：主要用于二次襯砌厚度小于設(shè)計(jì)值的地段，襯砌背后空洞規(guī)模較大的區(qū)域；

3、錨桿加網(wǎng)噴混凝土：二次襯砌厚度小于設(shè)計(jì)值，用于隧道空洞規(guī)模大且連通，且二次襯砌局部存在裂縫的區(qū)段。

針對(duì)隧道洞身標(biāo)505～525m段的襯砌混凝土脫落掉塊,采用掛網(wǎng)噴射混凝土進(jìn)行處理。首先清除空洞附近松動(dòng)的襯砌混凝土、松動(dòng)的圍巖等雜物，然后在空洞影響范圍內(nèi)打設(shè)Φ32自鉆式錨桿，錨桿長(zhǎng)6m，錨桿間距1m×1m，梅花型布置，并對(duì)自鉆式錨桿壓漿1：1水泥漿，注漿壓力控制在在0.2～0.3Mpa。于錨桿端部間隔10cm綁扎Φ8鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距為15cm×15cm，最后分層噴射混凝土，每次噴射厚度不超過10cm，噴射完成后將表面抹平。

（二）排水溝改造

對(duì)于隧道排水溝改造，首先要徹底清除隧道兩側(cè)排水溝內(nèi)的結(jié)冰，淤泥、垃圾等雜物，然后對(duì)K170+400～K170+950段隧道左側(cè)排水溝開裂變形段進(jìn)行改造。首先對(duì)隧道左側(cè)的排水溝進(jìn)行人工清淤，將排水溝內(nèi)的結(jié)冰，淤泥、垃圾等雜物運(yùn)至洞外；然后將K170+400～K170+950段隧道左側(cè)排水溝開裂變形段進(jìn)行人工拆除，清除廢渣、雜物，運(yùn)到洞外指定地點(diǎn)；其次按原排水溝位置進(jìn)行放樣，放樣需保證修復(fù)水溝與兩端排水溝的順直平接，以確保排水溝排水暢通。并在水溝內(nèi)側(cè)加PU保溫板以防止其凍裂。水溝采取人工開挖，開挖溝底平整壓實(shí)，控制開挖深度，杜絕超挖，保證排水溝3.8‰的縱坡；然后按原排水溝截面形式進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)澆筑，排水溝采用C15混凝土現(xiàn)場(chǎng)澆筑。

四、施工注意事項(xiàng)

（一）襯砌孔洞整治施工方案及注意事項(xiàng)

2、施工鑿除時(shí)應(yīng)分段核查，在確保襯砌穩(wěn)定、襯砌厚度足夠方可進(jìn)行，施工時(shí)必須遵循“先錨、后鑿、再噴”的順序。對(duì)鑿除、鑿毛的襯砌表面，必須用高壓水沖洗干凈。檢查并徹底清除松動(dòng)部分，深裂縫及施工縫內(nèi)雜物必須清除并擴(kuò)鑿至完整面。噴錨地段,必須鑿夠設(shè)計(jì)厚度,不得減少凈空斷面；鋼筋保護(hù)層不小于3.0cm。

3、施工所用的水泥砂漿、外加劑等應(yīng)通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)確定配合比，并在施工中嚴(yán)格按此過秤配料，保證施工質(zhì)量。

4、未盡事宜參照相關(guān)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)。

（二）排水溝改造施工方案及注意事項(xiàng)

1、排水溝清淤：對(duì)隧道內(nèi)的排水溝進(jìn)行人工清淤，清除廢渣、雜物、及淤泥，運(yùn)到洞外指定地點(diǎn)。

2、排水溝拆除：對(duì)隧道內(nèi)有開裂變形的排水溝采用人工進(jìn)行拆除，清除廢渣、雜物，運(yùn)至洞外指定地點(diǎn)。拆除水溝應(yīng)分段跳槽拆除，拆除一段，砌筑一段，切忌大拉槽拆除而影響道床穩(wěn)定，確保運(yùn)營(yíng)安全。

3、土方開挖：按排水溝布置形式進(jìn)行放樣，確定開挖線，采取人工開挖、修整，控制開挖深度，杜絕超挖，溝底應(yīng)平整壓實(shí)，保證排水溝的縱坡。

4、排水溝澆筑：澆筑前要控制水泥、黃砂、石子等原材料質(zhì)量，滿足排水溝設(shè)計(jì)要求；澆筑時(shí)按設(shè)計(jì)配合比控制水泥、黃砂、石子比例用量，攪拌均勻，振搗密實(shí)；澆筑完成后要定期進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，確保混凝土的質(zhì)量。并在排水溝內(nèi)加PU保溫蓋板以防凍裂。排水溝采用C15砼現(xiàn)場(chǎng)澆筑。

湖南省制圖數(shù)據(jù)的制作很長(zhǎng)一段時(shí)間都采用先通過GIS軟件制作地形數(shù)據(jù)，再通過制圖軟件導(dǎo)入地形數(shù)據(jù)用以制作制圖數(shù)據(jù)這一模式。這種模式減少了格式轉(zhuǎn)換次數(shù)，制圖數(shù)據(jù)修改時(shí)庫(kù)體數(shù)據(jù)不需要返回到原始庫(kù)體修改。由于制圖軟件可根據(jù)制圖規(guī)則模板快速生產(chǎn)制圖數(shù)據(jù)，因此制圖數(shù)據(jù)也隨著建庫(kù)數(shù)據(jù)而自動(dòng)更新，但建庫(kù)與出圖仍分開進(jìn)行，這種模式也稱為半一體化模式。

5、排水溝一定要做到排水暢通，防止溝底漏水。

（三）施工安全注意事項(xiàng)

施工采取封閉區(qū)間的方式進(jìn)行，利用軌道車牽引作業(yè)臺(tái)車進(jìn)洞作為作業(yè)平臺(tái)進(jìn)行施工，每次封閉時(shí)間不少于3小時(shí)。

利用封閉點(diǎn)施工時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按封閉點(diǎn)作業(yè)時(shí)間進(jìn)行作業(yè)，施工安全員應(yīng)配合安檢及監(jiān)理人員嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)安全規(guī)程。進(jìn)隧道后應(yīng)根據(jù)安排，接通照明及施工用電，應(yīng)嚴(yán)格按用電要求操作，確保用電安全；接通風(fēng)管，并跟隧道外的操作人員保持密切的聯(lián)系，用風(fēng)前應(yīng)檢查風(fēng)管是否漏風(fēng)，風(fēng)壓是否正常，確保安全。

1、每天施工作業(yè)前的主要準(zhǔn)備工作：

（1）檢查施工機(jī)械、器具完好；

（2）明確施工內(nèi)容、施工方法及施工地點(diǎn)；安排好作業(yè)人員的工作內(nèi)容，使其進(jìn)隧道后能各司其職，盡快施工；

（3）施工機(jī)械及器具、施工用料等裝于臺(tái)車上，注意不得超寬、超高；

（4）根據(jù)擬鉆孔位的位置將鉆機(jī)固定于臺(tái)車上，并調(diào)整好鉆機(jī)的角度，注意不得超寬、超高。

（5）檢查施工機(jī)械、機(jī)具、人員全部到位并已經(jīng)上到軌道車上。

2、每天施工作業(yè)后的主要工作：

（1）在封閉點(diǎn)結(jié)束之前，應(yīng)將施工機(jī)械、器具以及施工剩余料裝于臺(tái)車上，且應(yīng)清理施工垃圾至臺(tái)車上運(yùn)出隧道；

（2）檢查施工機(jī)械、機(jī)具人員全部到位并已經(jīng)上到臺(tái)車及軌道車上。確保每天施工完成后隧道內(nèi)沒有施工機(jī)械及人員。

3、隧道內(nèi)施工限界應(yīng)按鐵路施工技術(shù)手冊(cè)的規(guī)定，頂部與供電設(shè)備帶電部分的距離，應(yīng)按技規(guī)第113條：“為保證人身安全，除專業(yè)人員規(guī)定作用外，任何人員所攜帶的物件與牽引供電設(shè)備的帶電部分需保持2m以上的距離”；“接觸網(wǎng)帶電部分至固定接地物的距離不小于0.3m”。本隧道為電氣化鐵路隧道，施工要嚴(yán)格執(zhí)行既有線上施工的有關(guān)規(guī)定，確保行車和人身安全。

4、隧道病害整治前，施工單位必須建立、健全安全生產(chǎn)組織，認(rèn)真貫徹以崗位責(zé)任制為中心的各項(xiàng)安全制度，充分發(fā)揮各級(jí)組織的作用，做好施工安全工作：

（1）施工前對(duì)施工隊(duì)民工、臨時(shí)工，要加強(qiáng)上崗前的施工安全教育，做好崗位安全聯(lián)防、聯(lián)控，落實(shí)安全措施，杜絕違章蠻干以及必須向員工進(jìn)行安全技術(shù)交底，指出工作要點(diǎn)，對(duì)起吊設(shè)備須進(jìn)行安全設(shè)計(jì)和技術(shù)鑒定，合格后方可使用。

（2）施工時(shí)禁止非施工人員逗留現(xiàn)場(chǎng)，施工人員需聽從指揮，統(tǒng)一行動(dòng)，安全檢查和監(jiān)測(cè)要有專人負(fù)責(zé)。在區(qū)間步行上下班時(shí)，應(yīng)走路肩或在路肩外，嚴(yán)禁走道心。休息時(shí)不準(zhǔn)坐在鋼軌、枕木及道床邊坡上，工具要放在限界以外。

（3）對(duì)鉆機(jī)等施工機(jī)械和電器安裝必須由熟練技術(shù)工人操作，嚴(yán)禁非操作人員替代作業(yè)，必須按規(guī)定設(shè)置和配戴安全防護(hù)用品。工地機(jī)具，材料要堆放穩(wěn)固，臨時(shí)設(shè)施不得侵入限界，接觸網(wǎng)發(fā)生故障在外設(shè)人防護(hù)，通知接觸網(wǎng)工區(qū)派人處理，以保證人身與行車安全。

五、結(jié)論

隧道病害整治是一項(xiàng)技術(shù)難度大、風(fēng)險(xiǎn)高的特殊工作，整治絕不允許失敗和再次整治。隧道工程的不確定因素較多，設(shè)計(jì)中應(yīng)堅(jiān)持“動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)”[3]理念，借助于現(xiàn)代科技手段，獲取足夠的信息，完善信息傳輸系統(tǒng)，排除隧道施工環(huán)境和管理體制的制約，實(shí)現(xiàn)真正意義上的“動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)”。病害整治設(shè)計(jì)時(shí)，必須對(duì)隧道病害狀況進(jìn)行全面、科學(xué)、準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)，綜合制定合理、有效的處治方案，并對(duì)病害原因進(jìn)行全面分析，這是整治設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。根據(jù)對(duì)雞鳴驛隧道病害狀況的分析，提出了病害治理方案，在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果，達(dá)到了“安全可靠、經(jīng)濟(jì)適用、便于施工、防水耐久”的技術(shù)要求，保證了隧道的安全運(yùn)營(yíng)，消除了安全隱患，可為類似病害治理提供借鑒。

[1]夏潤(rùn)禾，崔小鵬，周泉.鐵道工程學(xué)報(bào)[J].2015，8：67-72.

[2]龍正聰，王責(zé)波，伍致力.隧道病害整治方法探討[J].公路工程，2012，37（2）：30-32.

[3]高新強(qiáng)，仇文革，關(guān)寶樹.新建鐵路隧道動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的構(gòu)思[J].鐵路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2004（8）：44-26.