张家坪隧道病害整治

齐海锋

(中铁第五勘察设计院集团有限公司东北分院)

1 项目及隧道概况

张家坪隧道位于朔黄铁路神池南至肃宁北段，1999年竣工，双线隧道，竣工里程为 K173+526.73～K176+431.73，无防水板设计。洞内设置双侧水沟，进口350 m，出口400 m设置保温水沟。

1.1 隧道现场调查结果

2010年11月份对张家坪隧道进行现场调查，调查发现K173+850 ～ K173+950，K174+200 ～ K174+500，K175+300～K175+700，K176+000～K176+100里程段衬砌存在裂缝，横、竖、斜向裂缝均有，裂缝宽度1～3 mm不等，裂缝漏水，11月份调查最大漏水处滴水成线。

根据电务维修部门了解，部分地段存在衬砌背后脱空，脱空最大处可以爬进去人。每年的雨季漏水更严重。每年春秋都会结冰，影响运营，需要专人打冰瘤。

1.2 隧道检测结果

本次隧道衬砌质量检测采用地质雷达法。

(1)衬砌厚度基本满足设计要求。

(2)本次测试段在DK174+232～DK174+240有钢架分布，其他测试段未见明显钢架信号。

(3)衬砌背后脱空与不密实情况较严重。

2 水文及地质概况

2.1 气象特征

张家坪隧道隧址场地属大陆性干旱季风气候，冬季寒冷干燥、雪雨稀少，平均气温12.7°，极端最高气温41.8℃，极端最低气温-17.9℃，初霜期9月下旬～10月中旬，终霜期4月中旬～5月中旬，无霜期130～90 d，多年平均降水量609 mm。沿线土壤最大冻结深度100 cm。

2.2 地震动参数区划

根据《中国地震动峰值加速度区划图》(GB18306-2001)，地震动峰值加速度为0.1 g，地震基本烈度为Ⅶ度。

2.3 工程地质条件

(1)地层岩性。

隧道通过区大部分为太古界五台群(Ar3)地层，局部表层覆盖第四系全新统洪积层及第四系上更新统坡洪积层，现由新至老分述如下。

①碎石土(Q4al):黄褐色，松散，潮湿，成分以片麻岩为主，一般粒径40～90 mm。

②新黄土(Q3al+dl):浅黄色，半干硬，含少量碎石。

③斜长片麻岩(Ar3):灰白色，花岗变晶结构，节理裂隙较发育，强风化至未风化，岩体呈块状砌体结构及碎块状镶嵌结构，夹肉红色伟晶岩脉，层厚约0.2～25 m，沿节理裂隙呈岩墙式侵入。

(2)地质构造。

拟建工程场地内未发现对工程有明显影响的大型断裂构造，但受多期构造运动的影响，节理裂隙及褶皱发育。

(3)不良地质及特殊岩土。

①不良地质。危岩、落石:隧道进、出口地势陡峭，岩性为石英岩，节理裂隙发育，由于差异风化及重力作用，坡面发育危岩，影响隧道洞口施工及运营安全，宜清除并接长明洞。

②特殊岩土。黄土，浅黄色，黄褐色，坚硬—硬塑，δs=0.072，Ⅱ(中等)自重湿陷性黄土。

2.4 水文地质特征

(1)地表水。勘察期间未见地表水。

(2)地下水。测区地下水主要为基岩裂隙水。基岩裂隙水主要赋存于基岩裂隙中，裂隙水较贫乏，多发育于浅层风化裂隙中，主要接受地表水及土壤中水下渗补给。

3 隧道设计

3.1 脱空及不密实部位整治

K173+850 ～ K173+950，K174+200 ～ K174+500，K175+300～K175+700，K176+000～K176+100里程段，衬砌背后的脱空及不密实部位，进行压浆回填密实。说明以下几点。

(1)根据衬砌背后空洞的大小及范围沿隧道拱顶及拱腰布置注浆孔(边墙注浆孔必要时设置)，并对注浆孔编号。

(2)注浆材料采用水泥砂浆，浆液配合比为1∶0.8～1∶1。

(3)注浆压力:控制在0.3 MPa以内，注意观测，不得破坏衬砌结构。

(4)当注浆压力达到设计终压并稳定5 min以上、吸浆量很少或不吸浆时即可结束该孔注浆。

(5)施工注意事项。

①段内若需采取自进式锚杆补强既有衬砌时，利用锚杆进行注浆孔布置。

②注浆孔钻孔深度应超过既有衬砌并伸入基岩不小于0.2 m。注浆时于孔口设置孔口管，注浆过程中，相邻注浆孔应设置孔口塞，以免跑浆。

③施工前应先进行注浆实验，并根据实验结果调整注浆参数。

④衬砌后注浆时隧道纵向应由下坡方向向上坡方向进行;横向应先注边墙孔、两侧孔，再注拱顶孔。

⑤对钻孔进行编号，钻孔及注浆过程中应对钻孔、注浆压力、注浆量等进行详细记录。

⑥应采用由浅到深的逐步分层注浆，避免对衬砌结构造成过大的压力，注浆过程中应严密观察衬砌状况，若发现衬砌有异常、变形、开裂或既有裂隙有加速发展趋势等，则应立即停止注浆，以确保衬砌安全。

⑦施工过程中应做到随钻随注以免跑浆。

(6)根据记录分析判断注浆效果，必要时，待注浆达到设计强度后，钻检查孔进行注浆效果检查，注浆不密实或仍有空洞者应补钻孔注浆，以确保衬砌背后空洞充填密实。

(7)注浆结束后，将孔清洗干净后采用环氧砂浆封堵注浆孔。

3.2 裂缝整治

采用凿槽嵌补和骑缝锚杆的方法进行整治。

(1)沿缝凿槽压浆。

①沿缝凿槽:沿裂缝长度方向凿倒梯形槽，槽口宽视裂缝大小为5～10 cm(一般为缝宽+4 cm)，槽底宽大于槽口宽，槽深8 cm。

②嵌补:沿缝采用环氧砂浆压实嵌补。

(2)建筑材料。

①封缝材料可视情况采用水泥砂浆、膨胀水泥胶泥或环氧砂浆等，本设计采用环氧砂浆。环氧砂浆的配制:将环氧树脂加热熔化后，按比例加入二丁脂搅拌均匀，冷却后加入乙二胺搅拌均匀，然后倒入已混合均匀的水泥砂子中，再充分搅拌后即可使用。环氧砂浆应随配随用、其施作时间为30 ～40 min。环氧砂浆的配比为 m6101环氧树脂∶m二丁脂∶m乙二胺∶m水泥∶m砂子=100∶15∶8∶200∶500。

②锚杆:Φ22自进式注浆锚杆。

(3)骑缝式锚杆设置。

①Φ22自进式注浆锚杆每根长3.5 m，沿裂缝两侧交错布置，距裂缝50 cm、沿裂缝间距1.0 m。错台裂缝的错动侧设两排骑缝锚杆，间距1.0 m，梅花形布置。

②锚杆端头槽在锚杆的抗拔力达到设计强度后，需用环氧砂浆回填，并与原衬砌打磨平整。

③锚杆端头通过螺母与垫板连接。

④对错台裂缝的错动侧的错台部分应进行修凿处理，且应打磨平整。

3.3 漏水整治

对漏水处进行凿槽，注浆，引排。

(1)压浆堵缝。

①首先沿缝凿深均为8～10 cm之“V”型槽，槽顶端应正对裂缝，凿槽后用高压水清洗槽壁，清除槽内泥砂及松动的混凝土块、残屑，根据裂缝水量大小，沿槽按一定间距安设注浆管，并用环氧砂浆紧密填塞槽管间隙，并用铁抹压实，注浆管应紧抵裂缝，其间距在裂缝大时约为60～100 cm，裂缝小时约30～50 cm。注浆管外露8～10 cm，以便与注浆设备连接。

②对所有需要注浆的裂缝，均应涂刷环氧树脂封缝。待封缝材料固结后，应对其进行质量检查，渗漏水只能从注浆管内流出，其他部位不得有渗水现象，否则应重新封埋或采用涂刷环氧树脂进行补救。

③封缝养护数天且具有一定强度后，需进行压水试验，以检查封缝、固管强度，疏通裂缝，确定压浆参数。压水采用带明显特征的颜色水，其压力应维持在0.2 MPa左右，试验需详细记录各注浆管出水时间及水量，试验过程中若出现封缝漏水需重新进行封补，压水应测定水压及进水量，作为注浆的依据。

④注浆:注浆浆液可视情况采用水泥砂浆、膨胀水泥胶泥或环氧砂浆等，本设计采用环氧砂浆。环氧砂浆的配制:将环氧树脂加热熔化后，按比例加入二丁脂搅拌均匀，冷却后加入乙二胺搅拌均匀，然后倒入已混合均匀的水泥砂子中，再充分搅拌后即可使用。环氧砂浆应随配随用、其施作时间为30 ～40 min。环氧砂浆的配比为m6101环氧树脂∶m二丁脂∶m乙二胺∶m水泥∶m砂子=100∶15∶8∶200∶500。注浆前对注浆系统进行全面检查，在注浆机具运转正常，管路畅通的条件下方可注浆。点漏注浆应先注漏水量较小者，后注较大者，面漏应由周边管向中心依次注浆，垂直裂缝、施工缝应由下向上依次注浆，水平或斜裂缝由水量较小端向较大端依次注浆。

⑤结束注浆的标准:当吸浆量与预先估计的浆液用量相差不多，压力较稳定，吸浆量逐渐减少至0.01 L/min时，再继续压注3～5 min即可结束注浆，注浆过程中应随时观察压力变化，当压力突然增高应立刻停止注浆，压力急剧下降时，应暂停该孔注浆，调整浆液的凝结时间及浆液浓度后继续注浆。结束注浆时，立刻打开泄浆阀门，排放管路及混合器内残浆，拆卸管路并进行清洗。

⑥封孔:结束注浆后，用铁丝将注浆管外露部分反转绑扎，待浆液终凝后，割除外露部分，再以封缝材料将孔口补平抹光。

(2)凿槽埋管。

①沿裂缝及延伸范围方向凿槽:槽口宽视裂缝大小为5～10 cm，槽深10 cm，凿槽应正对出水点，并尽可能通过较多的出水点或钻孔引流点，凿槽完毕应用高压风、水清洗槽身，清除虚碴后埋设剖开的PVC管作为引排水通道，尔后用防水胶浆固管及堵水。

②防水胶浆采用水泥及BR-2型增强防水剂现场拌制，其配合比为 m水泥∶mBR增强防水剂∶mBR-2专用粉∶m水=1∶0.16 ∶0.035∶0.3，其中BR-2型增强防水剂为粉剂。

③防水胶浆应随拌随用，操作应不超过3 min，可将干粉拌匀后，抹前加水拌和。水泥砂浆封槽应在防水胶浆施作24 h后。若防水胶浆堵水效果不理想，应重新施作防水胶浆。

(3)喷涂防水层。

①清洗凿毛基面:清除基面上的油(烟)垢、浮灰、粉尘、泥土及其他污物，铲除基面上的突起、疙瘩及分层疏松部位后进行凿毛，再用高压风、水冲清粉尘，要求均匀、清净。

②堵漏:根据水量分别采用压浆堵缝，凿槽引排措施基本处理完基面上的滴水及滴水成线，并填实抹平所凿沟槽。

③用水充分浸透基层混凝土，而不仅仅是表面的湿润。表层预处理时不得使用酸洗。基层混凝土表面预处理要求做到毛、潮、净。

④喷涂:将KT1、KT2防水材料分别与水均匀拌和后，均匀喷于混凝土基面上。先涂KT1，待KT1初凝又未完全硬化时涂KT2，喷涂时喷嘴距基面距离不应大于50 cm，且应尽可能做到垂直于基面喷涂;喷涂完成后再用大毛刷以圆形办法涂刷基面。涂层施工时必须控制涂层的厚度。即应在规定的施工面积上将计算得出的涂料用完。KT1、KT2涂于衬砌表面，其抗渗指标需不小于0.8 MPa。

⑤涂料配方:mKT1或KT2干粉∶m水=5∶2，其参考用量应各为0.8 kg/m2。涂料应均匀拌和，并严格做到随混合随施工，拌制好的涂料，从加水时计算宜25 min内用完，施工过程中应不时的搅拌混合物，并严禁向已混合好的粉料中另外加水。

⑥养护:待表面涂层初凝达到足够硬后，立即进行喷水养护，并保证涂层处于湿润状态，但不得用水浸泡养护。养护开始的1～2 d内，每天向涂层喷水5～6次。

4 结语

衬砌裂纹、脱空对隧道运营具有较大的安全隐患，漏水现象会使隧道衬砌在春秋季节结冰，影响行车安全。本文根据现场调查及检测报告结果，针对张家坪隧道的衬砌裂纹、脱空、漏水病害分别采取了不同的方法进行整治。使隧道衬砌更加稳固，脱空回填密实，使隧道的漏水得到很好的抑制。保证了隧道的运营安全。

[1]黄旱林.港头2号隧道的病害整治设计[J］.铁道勘测与设计，2004，(2).

[2]铁路隧道防排水施工技术指南(TZ 331-2009)[S］.

[3]铁路隧道设计规范(TB10003-2005)[S］.

[4]王成军.晋阳高速公路隧道渗水处治[J］.山西交通科技，2003，(12).

[5]周刘刚，祝安龙.改建铁路峰福线峰南段既有隧道病害整治.隧道/地下工程.

[6]铁道部第二勘测设计院.铁路工程技术手册·隧道[M］.北京:中国铁道出版社，1999.