既有铁路隧道衬砌裂损维修决策研究

陈晓强

摘要：近年来，很多铁路隧道都出现不同程度的裂化情况。比如裂缝、剥落、渗漏水以及冻害等形式，其中，衬砌裂缝会对隧道结构的整体性造成严重影响，大大降低隧道衬砌的可靠性与安全性。通过对某铁路隧道衬砌病害产生原因进行多方面因素的分析，探明了隧道病害产生原因，并提出了针对性的临时加固措施，相关研究可为同类隧道病害处治提供借鉴和参考。

关键词：铁路隧道;衬砌裂损;维修

中图分类号：U457.2      文献标识码：A

引言

近年来我国的高速铁路呈现出向西部山区延伸且数量不断增多的特点，由于我国面积辽阔，山川地质条件复杂多变，隧道施工也会遇到的各种不同的问题，其中隧道衬砌产生裂缝是影响高速铁路隧道质量的重要因素。通过对裂缝产生的原因进行分析，找出病害的原因，并且有针对性的制定整治措施，才能有效提高我国高速铁路的质量。

1、衬砌裂缝病害概述

衬砌裂缝是隧道运营过程中一项常见病害。当铁路隧道出现衬砌裂缝情况时，极易导致既有隧道出现渗漏水的情况，如果衬砌裂缝非常严重，则会大大降低铁路隧道结构的承载力，进而使铁路隧道出现失稳的情况，造成垮塌事故。具体来说，隧道衬砌裂缝主要分为四种情况：①竖向裂缝，即隧道中出现垂直轴线裂缝，该种形态的裂缝极易出现在沉降缝、施工缝和不同地段连接处，例如，每一板模筑的混凝土中间位置就很容易出现竖向裂缝，且其往往从边墙开始裂缝，一直延伸到拱腰结束;②纵向裂缝，多出现在隧道拱顶和拱腰附近，数量上要比竖向裂缝要少，但危害性远大于竖向裂缝，若任由纵向裂缝发展，极易造成隧道衬砌断裂甚至塌方危害;③斜向裂缝，多出现在边墙和隧道拱腰附近;④组合裂缝，即上述三种裂缝的任意组合形成的裂缝，一般会以X形或者Y形出现，一旦裂缝数量过大，则会形成网裂危害。

2、隧道衬砌裂缝出现的原因

2.1、隧道施工质量严重不足

在进行隧道施工中如果无法进行合理科学的施工管理，在施工过程中出现严重的偷工减料，尤其是在隧道仰拱施工过程中没有完全按照设计要求进行施工则会导致严重的安全问题、质量问题等，主要体现在以下几个方面：（1）在进行Va衬砌段隧道仰拱的施工时初期阶段其支护没有按照设计要求进行封闭处理，以及I20型的刚型拱架没有设置或者是设置不合理。（2）在隧道仰拱施工中其深度设计没有完全达到设计要求的深度，导致仰拱深度严重不足，其稳定性受到很大的影响。（3）在进行钢筋混凝土仰拱的施工时没有按照施工设计达到C30防腐蚀气密性，仅仅在仰拱的填充层浇筑了C15混凝土，导致在仰拱的底部基本没有钢筋支撑，因此混凝土被严重污染，出现严重的离析现象（4）隧道在进行二次衬砌的时候仰拱部分局部出现浇筑不满的情况，导致在衬砌之后其背部存在脱空的现象，而二次衬砌的厚度要求也不达标，导致部分位置和实际设计厚度之间有严重的偏差。（5）在进行隧道二次衬砌时钢筋的不规范布置导致内外层的钢筋保护层之间的距离相差太大，部分钢筋的位置处于衬砌的中部，导致钢筋没有完全发挥其作用。

2.2、環境、温度的因素

温度对隧道衬砌的影响主要从三个方面入手，即环境湿度、环境温度以及混凝土内水泥水化热。也就是说环境温度下降的越快，温度收缩造成的变形也就越大，极易导致裂缝的出现。其中，洞口段的隧道衬砌受到的影响最大，也是最容易出现裂缝的位置;冬季，气温过低，混凝土冷收缩也会相应达到最大，加上其他不利因素的影响，极易造成中长隧道以及短隧道洞口出现衬砌开裂的情况。同时，使用环境湿度如果比较小的话，其隧道衬砌的混凝土收缩变形也会相应增大，从而产生裂缝。随着大流动性泵送混凝土在实际施工中的普遍应用以及混凝土强度等级的进一步提升，大大增加了混凝土中水泥用量，使得水化热得以明显提升，散热集中出现。

2.3、隧道排水严重不畅

隧道发生病害的地段在穿越煤系地层的时候受到苗寨向斜的影响，隧道的地下水会不断的积累，如果在隧道建设中排水设施不够完善，会导致地下水严重堵塞，出现隧道排水不畅，导致在隧道仰拱的底部围岩会在地下水中长期浸泡，最终围岩在水中有严重的软化现象。

3、隧道衬砌裂缝的整治

3.1、裂缝情况轻微的位置

在这个位置裂缝的处理分为四步：首先要在衬砌后背部处进行控制压力注浆工作;其次要在裂缝的延伸范围之内凿出契形槽，特别注意的是这个槽的深度约为8cm，里口宽为8cm左右，外口宽在6cm左右;然后需要用钢丝刷刷洗或者用高压水冲洗的方法将契形槽清洗干净;最后再用环氧树脂、磷苯二甲酸二丁脂、乙酮、乙二胺调配的环氧基液对槽壁进行涂刷（其配制比例为1：0.1：0.12：0.05），涂刷完成后再用以1：2为比例调和的水泥和砂子经过混合后所得的膨胀水泥砂浆作为槽内部的嵌衬（特别提到的是必须要用JP型膨胀剂作为水泥砂浆的掺和材料，但是它的用量应该约为水泥用量的10%）。

3.2、衬砌裂缝修复技术

针对那些已经出现衬砌裂缝的隧道工程，必须采取合理的修复技术予以整治。依据衬砌裂缝类型的不同，选择相应的裂缝修复技术。如果病害过于严重，则需要考虑采用衬砌拆换或者局部拆换的方式加以整治。具体说来，衬砌裂缝修复技术多种多样，比如套拱加固、钢带加固、锚杆加固等。针对隧道衬砌出现严重损且剥落掉块的情况，则需要运用套拱加固的方式予以有效整治。这主要是由于套拱加固方式具有较好的耐久性和承载能力，是当前一种常见且有效的结构加固方式。如果隧道局部出现裂缝规模较大且具有较高的危害性时，则需要采用衬砌拆换的方式加以整治。

3.3、二次衬砌变形开裂严重段环向注浆加固

对于发生二次衬砌变形并且开裂现象比较严重的地方要进行环向注浆加固，在环向注浆加固的时候通常所使用的是直径42毫米、壁厚4毫米的注浆钢花管，其长度为6米，间距为80厘米。在进行注浆的时候所使用的水泥浆液在掺入适量的水玻璃之后对其凝结的时间进行调节，水泥浆液和水灰比为1：1，注浆方式为间歇隔孔注浆。

3.4、严重裂缝位置

虽然在这个位置上原有裂缝已经呈现出恶性的状态，但是因为其结构变形不大还没有完全丧失承载能力和稳定性，所以依然还是有方法可以进行补救的。但是需要使用钢架、网喷混凝土的方式来加强原有衬砌的稳定性，防止裂缝情况的进一步恶化。这个过程需要六步，在这里因为篇幅有限就不再进行详细的介绍。但是在具体施工过程中要做到细致入微，考虑好每一个因素有可能造成的后果，再做出风险评估。在施工时要有严格的要求，但是也要与实际情况相结合，还要在保证工程实用性的同时不断进行美化。

3.5、加大对隧道工程的养护和维修力度

在铁路隧道工程正式投入运营的过程中，很多严重衬砌裂缝的出现都是因为早期没有采用有效的控制方法导致的。所以，在日常运营过程中，相关部门应加大对隧道养护力度，定期检查、维修等，大大提升隧道的运营效率和运营质量，尽可能延长隧道的使用寿命。同时还能够对隧道中存在的病害予以及时发现，以便及时采取合理措施，进行有效治理，将隧道衬砌裂缝及渗漏水病害扼杀于萌芽期之中。

结束语

在衬砌结构中隧道仰拱是其中重要的组成部分之一，尤其是在软弱的围岩段，对于提高隧道整体结构的承载力、避免围岩内的塑性区持续出现扩展，同时对隧道洞口周围位移的发展进行约束以及对于提高衬砌结构的安全度等都有着十分重要的意义。因此在进行隧道建设的过程中应该充分的认识到隧道仰拱对于整个工程施工的重要性。

参考文献：

[1] 柳勇才.铁路隧道病害检测技术分析[J].科学技术创新，2018（35）：115-116.

（作者单位：兰州局集团兰州西工务段）