既有包神铁路响沙湾隧道病害整治技术探讨

尹竹祥

（神华包神铁路集团有限责任公司，内蒙古包头014010）

1 工程概况

包神铁路响沙湾隧道于1987 年10 月建成，全长854m，起止里程K44+748.4~K45+602.4。隧址区位于罕台川东岸S 形河湾地段，地形起伏较大，冲沟发育，隧道最大埋深约90m。隧址区岩性为砂岩、砂质泥岩及砾石，泥质胶结。响沙湾隧道地质条件复杂，由于气候条件和设计、施工、运营过程中各种因素的影响，同时随着行车密度及重量（荷载）不断加大，隧道病害日益突出。2004 年，对响沙湾隧道部分路段翻浆冒泥、边墙鼓裂病害进行了治理；2012 年，对响沙湾隧道拱顶掉块进行了治理。根据调查，隧道目前仍存在大量衬砌裂损、渗漏水等病害。主要表现为隧道结构整体、边墙、拱顶及拱腰出现纵向裂缝，裂缝宽1~2mm，衬砌局部下沉、仰拱出现大量空洞，如果不及时处理，将埋下安全隐患，严重影响行车安全。

在既有单线铁路隧道病害整治利用天窗施工，面临既有电气化、电力设施迁改防护及受限空间内多工作面交叉作业，施工危险性高、难度大，对人员、机械、材料、工序要求较为严格。在施工过程中采用锚杆对衬砌结构进行预加固，以注浆压力检算结构稳定性，并采用多点并行施工作业方式提升作业工效，同时切实加强对既有隧道的监控量测[1]，既保证运输行车安全，又保证了施工安全和既有隧道结构安全。

2 病害整治内容

2.1 裂缝处理

在隧道运营期内，碳化作用及车辆动荷载导致衬砌混凝土开裂并不断发展，将严重影响结构的整体性及安全性，减少结构的使用寿命。其中，水平向和斜向裂缝为结构性裂缝，对结构安全性影响较为明显。对于裂缝病害，主要通过控制灌浆对裂缝[2]进行封闭和黏接，主要处理方法如下：

1）长宽裂缝处理（长度大于5m 或宽度大于3mm、含环向施工缝）采用缝内注胶+密封胶填塞+锚杆锚固的综合整治措施。主要工艺流程为：凿梯形槽→清槽后环氧树脂砂浆填塞同时预埋注浆管→压注弹性环氧结构胶→中空注浆锚杆锚固。

2）短小裂缝处理（长度小于5m 且宽度小于3mm）采用缝内注胶+密封胶填塞的整治措施。主要工艺流程为：凿梯形槽→清槽后环氧树脂砂浆填塞同时预埋注浆管→压注弹性环氧结构胶。

2.2 拱墙接缝处理（刹尖口）

隧道采用上下导坑、先拱后墙法施工，受当时的设计、施工技术水平、施工工艺、建筑材料等方面的限制，拱墙连接处存在全隧贯通的2 条纵向施工缝，且缝隙很难处理到位，导致拱墙连接不牢固，易产生变形、开裂、渗水甚至错台等病害。加上隧道模板安装定位偏差、混凝土浇筑以及隧道围岩偏压等因素的，出现接缝开裂、刹尖口错台现象，严重的错台相对错开达5mm，错台长度8~9m，属于规范A1（较差）等级。需对整座隧道的拱墙接缝均进行整治，整治方案为锚固后凿槽植筋、嵌补措施。主要工艺流程为：上下各1 排中空注浆锚杆加固围岩及锚固衬砌→凿槽→槽内上下植筋并焊接→纵向连接筋焊接→中空锚杆锚固并焊接→刷界面剂→砂浆填塞密实。

2.3 劣化混凝土置换

地质雷达检测表明局部混凝土劣化严重，表现为剥落掉块、松动、空洞和不密实。针对混凝土离析严重段落（卵、砾石）的衬砌，采取混凝土置换的整治措施。处理范围：K45+500～+534 段右侧边墙（长34m，宽3.2m），K45+555～K45+567 段右侧边墙（长12m，宽3m）。主要工艺流程：中空注浆锚杆加固围岩→凿除劣化混凝土（内大外小）→周边植筋并焊接成钢筋网片→刷界面剂→浇筑新混凝土。劣化混凝土置换示意图如图1 所示。

2.4 W型钢带加固处理

现场调整及检测报告显示隧道K45+408～K45+590 段衬砌开裂严重（部分段落为网状裂纹），纵向施工缝处错台变形严重，局部段落拱腰、边墙已经侵入隧道建筑限界。采用W 型钢带结合R32 自进式注浆锚杆进行加固处理。处理前先对局部侵限部位进行置换处理。W 型钢带环向间距1 环/m。R32自进式注浆锚杆，间距1m×1m，梅花形布置，长4m。

K45+408～K45+538 段为直墙式断面，变形较严重，局部地段边墙处已经侵限，开裂严重，采用W 型钢带结合R32 自进式注浆锚杆进行加固处理，处理方案如图2 所示。

图1 劣化混凝土置换示意图

图2 W型钢带加固处理

本方案根据此次检测实测数据确定，施工前需对既有断面进行复测，根据内轮廓侵限情况针对性的采取处理：（1）内轮廓距建筑限界大于5cm，采取方案一进行处理；（2）内轮廓虽未侵限，但距建筑限界小于5cm，采取方案二进行处理，根据实测断面确定开槽深度，要求处理后锚杆端部不侵入建筑限界；（3）边墙局部侵入建筑限界，采取方案三进行处理，处理后要求内轮廓距建筑限界不小于5cm，未侵限部分结合方案一、方案二处理。方案一~方案三如图2 所示。

2.5 钢拱架嵌套加固处理

现场调整及检测报告显示隧道K45+590~K45+602 段衬砌开裂严重。此段处于隧道出口段，埋深较浅，采用I18 型钢钢架套拱[2]结合R32 自进式注浆锚杆进行加固。钢架纵向间距1 榀/m，纵向采用I12 型钢进行连接，并设置锁脚锚杆[3]。R32 自进式注浆锚杆，间距1m×1m，梅花形布置，长4m。其中，K45+590~K45+595 段位于隧道洞口段，埋深较浅，衬砌开裂严重，边墙局部侵限，将侵限部位二衬混凝土凿除后重新浇筑混凝土。

2.6 衬砌不密实注浆处理

根据雷达检测隧道衬砌主要缺陷为不密实，拱顶密实程度最差，其次为2 个拱腰，根据统计，不密实段共计98 段，采用低压钻孔压注水泥浆处理，先打小探测孔探测孔洞大小，根据大小设置排气孔注浆孔，孔洞注浆以注浆压力为计算，以注浆量为复核。直到排气孔里有水泥浆溢出为止，注浆时随时观测孔顶稳定性情况，有异常立即停止注浆。注浆处理示意图如图3 所示，空洞回填流程图如图4 所示。

图3 注浆处理示意图

3 隧道整治期间监控量测

在对隧道进行病害整治同时应加强整治期间的监控量测，彻底根除隧道病害，消除隐患。结构检测内容如表1 所示。

图4 空洞回填流程图

表1 隧道结构常规监测内容

1）隧道结构曲线段和联络通道前后20m 范围内应按10m间距布设监测[4]断面。

2）隧道结构常规监测的竖向位移、水平位移、净空收敛、道床竖向位移、钢拱架应力和锚杆应力的测点可按图5 布设。

图5 常规监测测点布设示意图

3）病害整治时的监测断面布设范围应覆盖隧道病害段，并向两侧各延伸50m。

4）衬砌结构裂缝和变形缝张开量监测断面可按图6 布设。

图6 结构裂缝和变形缝张开量监测断面布设示意图

5）对衬砌结构变形缝，一方面通过变形缝两侧沉降测点的数据监测变形缝处差异沉降；另一方面变形缝在沉降缝两侧安装固定标志，使用游标卡尺测量标志间变化，从而对结构变形缝开合度、错台量变化进行监测。

6）对响沙湾隧道裂缝进行监测时，应及时研判其长度、宽度、发展趋势。如监测过程中出现新增结构裂缝，对新增裂缝进行监测。

7）使用精密水准仪对隧道轨道道床的变形进行监测, 对自动化监测进行复核。其测点的布设大样如图7 所示[5]。

图7 道床变形的测钉布设示意图

8）隧道量测边墙结构沉降监测点采用普通沉降测量标志，布设于结构侧墙结构上，在隧道沉降缝两侧增设沉降测点。其测点的布设大样如图8 所示。

图8 隧道结构沉降人工监测点大样图

4 结语

针对既有包神铁路响沙湾隧道的衬砌裂损、衬砌超限、衬砌渗漏水、基底下沉及衬砌空洞等病害及成因、形态、严重程度，对该隧道进行病害整治。为使隧道达到正常使用状态，满足相关规范规定的线路运营安全需要，确保整治施工和结构安全，本文较详细地阐述了整治和修补的工法、工艺迅捷，现场操作性强，符合既有线天窗施工要求。采取上述针对性措施，既保证治理过程中隧道结构完整性又满足治理后隧道运营的安全性需要。本文提出的隧道病害整治的技术针对性及可操作性强，满足隧道病害整治“安全性”和“实用性”原则，可为后续（同类）既有线隧道维护及整治积累经验和提供借鉴。