采用复合内衬壁后注浆法加固既有线隧道施工

肖永忠

(南昌铁路局工务检测所，江西 南昌 330002)

1 病害隧道概况

峰福线K126+803黄土三号隧道，全长171 m，处在6‰的下坡直线上，洞身段围岩主要为云母片岩。隧道建成于1996年，按“隧限－2A”设计施工，采用整体式衬砌，Ⅱ类围岩曲墙结构，衬砌混凝土强度为C20，未设通风和照明设备。

隧道运营不久，衬砌渗漏及开裂现象就不断出现，衬砌裂损劣化现象更为严重，尤其是拱部长大裂纹纵横交错，交织成网，几乎自进口裂到出口;在距进口120～152 m处拱部略偏右部位的衬砌混凝土已开始压溃掉块，连续掉块长度＞10 m，且仍在不断发展。

根据2009年对该隧道进行无损检测，发现隧道隐蔽部分存在缺陷:①衬砌壁后不密实和欠密实的情况较为普遍，拱顶不密实带最大高度为290 mm，不密实区域最大连续长度为94 m;拱腰欠密实带最大区域高度280 mm，欠密实区域最大连续长度为56 m。②衬砌厚度局部严重不足，特别是右拱腰部位厚度不足的长度占到隧道全长的43.9%;个别地段的衬砌厚度只有设计的40%。③衬砌结构强度检测显示衬砌混凝土局部存在较严重和轻微的强度弱化。

2 隧道衬砌病害分析

根据无损检测报告提供的衬砌缺陷情况，分析隧道破坏原因是由于衬砌混凝土存在大量不密实、欠密实及局部空隙区域，在列车荷载振动下，破碎的云母片岩松动、移位，不断垮塌，越来越多的岩石碎屑和小块体，不断堆积在拱部衬砌上，致使衬砌因不堪重负而变形、开裂直至溃塌。在这过程中，渗水会不断带走岩石碎屑，加大不密实空间，助长病害的发展;而施工缺陷造成的衬砌厚度不足和局部混凝土严重的强度弱化，降低了衬砌的承载力。

3 衬砌病害的整治措施

因峰福线电气化改造在即，不能中断运输，置换衬砌施工中需保证运输安全，对压溃掉块段衬砌病害只能进行加固。

3.1 增设嵌埋型钢骨架网薄壁衬砌

增设嵌埋型钢骨架网薄壁衬砌可以解决衬砌厚度不足的问题。“隧限 －2A”中规定Ⅱ类围岩拱腰处的设计厚度约为60 cm，隧道个别地段的实测厚度只有24 cm，不足尺寸达36 cm。

黄土三号隧道为曲墙衬砌，未设通风和照明设备。利用曲墙宽出直墙的部分和未设通风和照明设备省出的空间来增设内衬，边墙部分在高出轨面1.1 m处略加修凿后，整个衬砌内轮廓理论上可以满足增厚20 cm内衬厚度的要求。但因为需考虑施工误差和列车运行时线路可能的微小位移，不能用足20 cm的空间，本隧道最终按增厚15 cm内衬施作，不足部分采用嵌埋Ⅰ16型钢骨架网的办法给予补强(墙高低于轨面以上1.1 m部分只原状填埋，不增设内衬)。增设薄壁内衬如图1所示。为满足电气化绝缘的要求，薄壁内衬的圬工材料可选用C25模筑混凝土或喷聚丙纤维混凝土。

3.2 衬砌后注浆

图1 增设薄壁内衬(单位:cm)

用注浆填充围岩不密实、欠密实的部分空隙和围岩与衬砌间的空隙，使围岩尽量恢复到原始状态，实现围岩与衬砌的紧密接触，满足“隧限－2A”对衬砌与围岩共同作用的要求。

3.2.1 确定注浆深度

根据无损检测报告，拱部衬砌后不密实程度最为严重，一般用拱部衬砌后围岩的最大松散高度来代表围岩的最大松散范围，1.0 m3土体扩散后会形成1.3 m3的松散体，假定拱顶不密实高度290 mm全为空隙，则当它上悬的岩体坍落为松散体填满它时，需要的岩体高度恰好接近一半，考虑到注进率难以达到100%，因此将拱部注浆眼的深度定为2.0 m(含衬砌厚度约0.60 m)。

至于边墙部分注浆眼的深度，虽然其检测厚度与设计值相差不大，且其后围岩不密实及欠密实的程度也并不严重，但为了确保拱部的注浆效果，也将其深度定为2.0 m。

3.2.2 选用合适的注浆材料

质量稳定可靠的注浆材料，是所有松散围岩都得到有效填充和增强的保证。它必须可注性好，而且强度要高，特别是早期强度要高。通过几年的比对试验，选择了北京眷诚铁道工程技术有限公司生产的特种灌浆料，超细早强，配制后的浆液，可注入孔径0.02 mm的细小裂缝中，不但能对不密实和欠密实围岩进行高效充填，而且还能大大提高围岩的防水性能。特种灌浆料可根据使用方的需要将初凝时间在30～60 min内进行调节，并在注入围岩后1 h内达到不小于8 MPa的强度，能尽快实现与衬砌共同作用的目的，达到尽快承重的要求。

该灌浆材料必须采用不小于1 200转/min的高速制浆机制浆，否则会影响注入微裂缝的效果。

3.2.3 壁后注浆量的确定

边墙和拱部衬砌后围岩的不密实程度有明显的差别，所以应分别确定它们的壁后注浆数量。

1)拱部所需壁后注浆量

拱部所需壁后注浆量，可以认为等于拱部围岩松散体需要充填的数量。由于灌注拱圈混凝土时，起拱线上1 m高度内混凝土灌注得较为饱满(无损检测测出的不密实情况也主要在拱顶和拱腰)，因而可以认为，拱后松散范围主要集中在除起拱线上1 m高度以外的其他部位。以拱圈内弧长约8 m计，松散体的最大体积约为每延米7.74(6×1.29)m3，需要充填的数量最多为每延米1.8 m3。可以据此确定拱部壁后注浆量，并可将其均摊到每个注浆孔上。

2)边墙所需壁后注浆量

因边墙病害较轻，且衬砌后围岩密实度尚可，因而所需注浆量远小于拱部。但为了保证拱部的注浆效果，边墙注浆时，可以选用与拱部注浆相同眼深、相同注浆压力，不进浆即止的办法进行注浆。

3)水灰比及注浆压力的选用

水灰比取0.42较为合适。因为根据特种灌浆料的试验结果表明，当水灰比为0.42时，可灌性好，结石率高。

注浆压力不可过大，也不可过小，过大使浆液流出加固范围，造成浪费;过小则难以达到最佳充填效果。比照过去经验，注浆压力以0.4～0.5 MPa为宜。

3.2.4 注浆孔的排布

注浆孔可根据注浆范围进行排布。本隧道压溃掉块段衬砌壁后注浆孔眼的排布如图2所示。

图2 压溃掉块段注浆孔排布(单位:cm)

3.2.5 注浆顺序

本隧道的重点病害在拱部，因此应确保拱部的注浆效果，必须尽可能保证浆液不要流淌到别处。因此应先将边墙衬砌后填充密实，再进行拱部壁后注浆。但无论是边墙还是拱部，注浆时都应从低处向高处推进。

3.2.6 注浆作业安全措施

注浆前应先将注浆段的衬砌裂缝进行有效封堵，对渗漏水进行有效堵排。由于注浆会临时增加衬砌上的荷载，因此，拱部注浆前应以钢支架、长木板和木楔将拱部支顶牢固，压注1 h强度超过8 MPa后，衬砌与围岩已能共同作用，此时可拆除加固装置;注浆时压力不能太高，应在每孔达到设计注浆量即停止。

4 结语

本隧道压溃掉块段衬砌在采用薄壁内衬和壁后注浆法进行加固后，自维修以来，再未出现衬砌开裂和压溃掉块现象。

［1］ 中华人民共和国铁道部．TBJ3—96 铁路隧道设计规范［S］．北京:中国铁道出版社，1996．

［2］ 中华人民共和国铁道部．铁运［1999］146号 铁路桥隧建筑物大修维修规则［S］．北京:中国铁道出版社，2000．

［3］ 中华人民共和国铁道部工务局．铁路工务技术手册—隧道［M］．北京:中国铁道出版社，1997．

［4］ 王建亚．地表注浆在隧道破碎围岩加固中的应用［D］．西安:长安大学，2007．

［5］ 高洁．双层注浆小导管在软弱地质隧道进洞施工中的应用［J］．铁道建筑，2008(7):49-50．