鸡鸣驿隧道病害整治措施研究

李 旻，倪 欢

1神华准格尔能源有限责任公司；2西南交通大学

鸡鸣驿隧道病害整治措施研究

李 旻1，倪 欢2

1神华准格尔能源有限责任公司；2西南交通大学

由于铁路隧道工程理论的局限性以及运营管理经验的欠缺等原因，致使隧道存在不同类型的病害，其中包括隧道出现拱顶衬砌空洞、开裂、脱落掉块、对隧道结构安全影响较大；以及排水沟内结冰严重，由于结冰冻胀，导致水沟局部开裂，使水渗入路基内部，引发路基下沉，给行车安全带来隐患，这些病害都已经影响到了隧道的正常使用。文章以大准铁路鸡鸣驿隧道病害整治工程为例，分析隧道病害原因，提出不同类型的病害整治方案，以提高隧道的承载能力，改善结构的受力性能，对类似隧道病害整治有着非常重要的意义。

鸡鸣驿隧道；病害；成因分析；整治措施

一、前言

大准铁路为神华准格尔能源有限责任公司运煤专用线，东起山西省大同市，西至内蒙古鄂尔多斯市准格尔旗，正线全长264公里，途径两省六旗县（市），是已形成的“西煤东运”大通道——大秦线的向西延伸,属一级单线电气化铁路。路线所经地属于丘陵区，地形高差变化较大，山体多上缓下陡，平均海拔高度在1000～1500m之间。

为了确保大准铁路的正常运营，对鸡鸣驿隧道排水沟及拱顶衬砌空洞病害进行详细的现场调查，并进行相应的病害整治工程设计。根据调查，隧道排水沟及拱顶衬砌空洞病害的总体特点是衬砌混凝土脱落掉块较为严重，严重危及行车安全，此外排水沟内结冰严重，导致排水不畅，引发部分路段路基沉降，给行车安全带来隐患。

二、隧道病害调查概况

（一）工程概况

鸡鸣驿隧道位于大准铁路鸡鸣驿至庙沟站间，由1号和2号两个隧道组成，隧道全长1593.0m，为曲线隧道，1号隧道最大埋深50m，2号隧道最大埋深98.0m。隧道洞身大部分穿越浑河右岸低中山垭口地段，自然冲沟发育，地形起伏较大，隧道附近高差达100.0m。隧道中部对应位置附近地面上可见多条切割较深的横向自然冲沟，与隧道走向大角度相交。隧道附近出露地层主要为新黄土和太古界桑干群组片麻岩。区内出露的片麻岩以肉红色为主，中粗粒变晶结构，片麻状构造，变质作用强烈，局部风化程度较深，由于受构造的强烈影响，岩体破碎，陡倾角节理、裂隙较为发育，片理面倾角55～80°。1号隧道进口段20m范围内大面积出露褐黄色半干硬状黄土，厚度大于5.0m，黄土下部为片麻岩。该隧道大部分穿越片麻岩地段，围岩等级较高，1号隧道进出口端各20m范围内围岩等级低于Ⅲ类，其余路段均高于Ⅲ类。2号隧道大部分穿越黄土地段，黄土埋深大于50m，围岩等级较低，出口段约80m的范围内穿越片麻岩。隧道衬砌全部采用模筑混凝土，喷层厚度5～10m。隧道内设置双侧电缆槽，单侧水沟，水沟位于线路左侧。原设计K170+663～+963段300m范围内采用保温水沟，沟内有水地段衬砌背后每隔10m设置一条盲沟，截面为100×50cm。既有隧道Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类围岩采用曲墙式衬砌，Ⅳ、Ⅴ类围岩采用直墙式衬砌。据竣工资料揭示，在修建铁路开挖隧道时，2号隧道范围内未见地下水，1号隧道内可见少量裂隙水，其中在K170+107附近右侧冲沟内可见泉水出露，流量较小，隧道中节理裂隙发育路段均见微量裂隙水出露。在施工时塌方较少，地下水侵蚀作用较弱。本地区最大冻结深度为1.75m。经现场观察，部分地段出现衬砌混凝土结构开裂、混凝土掉块脱落、排水沟结冰冻害等严重问题，给隧道运营使用造成严重的不良影响，引起了建设单位、设计单位、施工单位高度关注。

（二）隧道病害情况

1、隧道拱部开裂、拱顶衬砌混凝土脱落掉块严重，在隧道K170+480～K170+500段右拱腰衬砌混凝土有较大的脱落掉块，掉块面积约2m×4m，严重影响行车安全；隧道衬砌裂损严重，衬砌裂损将使隧道结构的稳定性受到一定程度的破坏，使衬砌结构的安全可靠性降低，造成行车安全的重大问题。

2、隧道水沟内水量较大，又由于当地气温较低，产生冻胀病害，目前水沟内的水已结冰，结冰已基本填满水沟。由于结冰冻胀，导致水沟局部开裂，使水渗入路基内部，引发路基下沉，给行车安全带来较大的隐患。

（三）隧道病害成因分析

通过现象调查，鸡鸣驿隧道存在衬砌空洞、裂损脱落现象以及排水沟冻胀等严重病害，需要对病害成因进行分析。

1、岩石、岩体特征[1]

强风化片麻岩属于软岩、极软岩，岩石抗压强度低，片麻岩矿物成分中含有大量黑云母，岩石结构呈鳞片粒状变晶结构，以条带状构造及片麻状构造为主，光滑，受压易裂开呈结构扩容型变形。

片麻岩片理面发育，隧道开挖后，结合差，受构造影响较重，揉皱小构造及节理裂隙发育，结构面光滑，平直，节理面软弱，剪节理较多，易沿节理面错动，导致围岩稳定大部分呈张开状态。

2、地质构造

隧道附近地质构造较为发育，岩体破碎，节理裂隙发育，加之岩层倾角较陡，病害段围岩等级较低，容易形成在衬砌背后形成空洞，空洞内坍塌导致隧道衬砌的开裂变形，在裂缝贯通以后导致衬砌掉块脱落。

三、隧道病害整治工程措施

（一）拱顶衬砌孔洞整治

本施工方法主要是对隧道局部厚度小于最小设计值地段的衬砌结构进行补强.衬砌结构补强措施主要采用喷锚支护形式，依据不同的病害情况分为如下3种形式[2]：

1、素喷混凝土：该形式主要用于局部衬砌厚度小于设计值的地段以及衬砌背后空洞规模较小的区域；

2、挂网喷混凝土：主要用于二次衬砌厚度小于设计值的地段，衬砌背后空洞规模较大的区域；

3、锚杆加网喷混凝土：二次衬砌厚度小于设计值，用于隧道空洞规模大且连通，且二次衬砌局部存在裂缝的区段。

针对隧道洞身标505～525m段的衬砌混凝土脱落掉块,采用挂网喷射混凝土进行处理。首先清除空洞附近松动的衬砌混凝土、松动的围岩等杂物，然后在空洞影响范围内打设Φ32自钻式锚杆，锚杆长6m，锚杆间距1m×1m，梅花型布置，并对自钻式锚杆压浆1：1水泥浆，注浆压力控制在在0.2～0.3Mpa。于锚杆端部间隔10cm绑扎Φ8钢筋网，网格间距为15cm×15cm，最后分层喷射混凝土，每次喷射厚度不超过10cm，喷射完成后将表面抹平。

（二）排水沟改造

对于隧道排水沟改造，首先要彻底清除隧道两侧排水沟内的结冰，淤泥、垃圾等杂物，然后对K170+400～K170+950段隧道左侧排水沟开裂变形段进行改造。首先对隧道左侧的排水沟进行人工清淤，将排水沟内的结冰，淤泥、垃圾等杂物运至洞外；然后将K170+400～K170+950段隧道左侧排水沟开裂变形段进行人工拆除，清除废渣、杂物，运到洞外指定地点；其次按原排水沟位置进行放样，放样需保证修复水沟与两端排水沟的顺直平接，以确保排水沟排水畅通。并在水沟内侧加PU保温板以防止其冻裂。水沟采取人工开挖，开挖沟底平整压实，控制开挖深度，杜绝超挖，保证排水沟3.8‰的纵坡；然后按原排水沟截面形式进行现场浇筑，排水沟采用C15混凝土现场浇筑。

四、施工注意事项

（一）衬砌孔洞整治施工方案及注意事项

2、施工凿除时应分段核查，在确保衬砌稳定、衬砌厚度足够方可进行，施工时必须遵循“先锚、后凿、再喷”的顺序。对凿除、凿毛的衬砌表面，必须用高压水冲洗干净。检查并彻底清除松动部分，深裂缝及施工缝内杂物必须清除并扩凿至完整面。喷锚地段,必须凿够设计厚度,不得减少净空断面；钢筋保护层不小于3.0cm。

3、施工所用的水泥砂浆、外加剂等应通过现场实验确定配合比，并在施工中严格按此过秤配料，保证施工质量。

4、未尽事宜参照相关规范及标准。

（二）排水沟改造施工方案及注意事项

1、排水沟清淤：对隧道内的排水沟进行人工清淤，清除废渣、杂物、及淤泥，运到洞外指定地点。

2、排水沟拆除：对隧道内有开裂变形的排水沟采用人工进行拆除，清除废渣、杂物，运至洞外指定地点。拆除水沟应分段跳槽拆除，拆除一段，砌筑一段，切忌大拉槽拆除而影响道床稳定，确保运营安全。

3、土方开挖：按排水沟布置形式进行放样，确定开挖线，采取人工开挖、修整，控制开挖深度，杜绝超挖，沟底应平整压实，保证排水沟的纵坡。

4、排水沟浇筑：浇筑前要控制水泥、黄砂、石子等原材料质量，满足排水沟设计要求；浇筑时按设计配合比控制水泥、黄砂、石子比例用量，搅拌均匀，振捣密实；浇筑完成后要定期进行养护，确保混凝土的质量。并在排水沟内加PU保温盖板以防冻裂。排水沟采用C15砼现场浇筑。

湖南省制图数据的制作很长一段时间都采用先通过GIS软件制作地形数据，再通过制图软件导入地形数据用以制作制图数据这一模式。这种模式减少了格式转换次数，制图数据修改时库体数据不需要返回到原始库体修改。由于制图软件可根据制图规则模板快速生产制图数据，因此制图数据也随着建库数据而自动更新，但建库与出图仍分开进行，这种模式也称为半一体化模式。

5、排水沟一定要做到排水畅通，防止沟底漏水。

（三）施工安全注意事项

施工采取封闭区间的方式进行，利用轨道车牵引作业台车进洞作为作业平台进行施工，每次封闭时间不少于3小时。

利用封闭点施工时，应严格按封闭点作业时间进行作业，施工安全员应配合安检及监理人员严格执行有关安全规程。进隧道后应根据安排，接通照明及施工用电，应严格按用电要求操作，确保用电安全；接通风管，并跟隧道外的操作人员保持密切的联系，用风前应检查风管是否漏风，风压是否正常，确保安全。

1、每天施工作业前的主要准备工作：

（1）检查施工机械、器具完好；

（2）明确施工内容、施工方法及施工地点；安排好作业人员的工作内容，使其进隧道后能各司其职，尽快施工；

（3）施工机械及器具、施工用料等装于台车上，注意不得超宽、超高；

（4）根据拟钻孔位的位置将钻机固定于台车上，并调整好钻机的角度，注意不得超宽、超高。

（5）检查施工机械、机具、人员全部到位并已经上到轨道车上。

2、每天施工作业后的主要工作：

（1）在封闭点结束之前，应将施工机械、器具以及施工剩余料装于台车上，且应清理施工垃圾至台车上运出隧道；

（2）检查施工机械、机具人员全部到位并已经上到台车及轨道车上。确保每天施工完成后隧道内没有施工机械及人员。

3、隧道内施工限界应按铁路施工技术手册的规定，顶部与供电设备带电部分的距离，应按技规第113条：“为保证人身安全，除专业人员规定作用外，任何人员所携带的物件与牵引供电设备的带电部分需保持2m以上的距离”；“接触网带电部分至固定接地物的距离不小于0.3m”。本隧道为电气化铁路隧道，施工要严格执行既有线上施工的有关规定，确保行车和人身安全。

4、隧道病害整治前，施工单位必须建立、健全安全生产组织，认真贯彻以岗位责任制为中心的各项安全制度，充分发挥各级组织的作用，做好施工安全工作：

（1）施工前对施工队民工、临时工，要加强上岗前的施工安全教育，做好岗位安全联防、联控，落实安全措施，杜绝违章蛮干以及必须向员工进行安全技术交底，指出工作要点，对起吊设备须进行安全设计和技术鉴定，合格后方可使用。

（2）施工时禁止非施工人员逗留现场，施工人员需听从指挥，统一行动，安全检查和监测要有专人负责。在区间步行上下班时，应走路肩或在路肩外，严禁走道心。休息时不准坐在钢轨、枕木及道床边坡上，工具要放在限界以外。

（3）对钻机等施工机械和电器安装必须由熟练技术工人操作，严禁非操作人员替代作业，必须按规定设置和配戴安全防护用品。工地机具，材料要堆放稳固，临时设施不得侵入限界，接触网发生故障在外设人防护，通知接触网工区派人处理，以保证人身与行车安全。

五、结论

隧道病害整治是一项技术难度大、风险高的特殊工作，整治绝不允许失败和再次整治。隧道工程的不确定因素较多，设计中应坚持“动态设计”[3]理念，借助于现代科技手段，获取足够的信息，完善信息传输系统，排除隧道施工环境和管理体制的制约，实现真正意义上的“动态设计”。病害整治设计时，必须对隧道病害状况进行全面、科学、准确的评价，综合制定合理、有效的处治方案，并对病害原因进行全面分析，这是整治设计的基础。根据对鸡鸣驿隧道病害状况的分析，提出了病害治理方案，在实际应用中取得了良好的效果，达到了“安全可靠、经济适用、便于施工、防水耐久”的技术要求，保证了隧道的安全运营，消除了安全隐患，可为类似病害治理提供借鉴。

[1]夏润禾，崔小鹏，周泉.铁道工程学报[J].2015，8：67-72.

[2]龙正聪，王责波，伍致力.隧道病害整治方法探讨[J].公路工程，2012，37（2）：30-32.

[3]高新强，仇文革，关宝树.新建铁路隧道动态设计系统的构思[J].铁路标准设计，2004（8）：44-26.