隧道二次衬砌欠厚整治施工技术

丁传峰

(中铁十六局集团第五工程有限公司 河北唐山 063000）

1 引言

随着铁路和公路的铺设长度和范围迅速的提升增加，截止到现在，我国已经建成的公路隧道就已经超过了5 000座，建造的铁路隧道已经超过了7 000座。但是，受到施工技术的限制和组织管理水平的不足，在我国已经运营的隧道当中已经开始出现或多或少的问题，所以当前研究的重点就是如何防止和处理隧道病害问题。

在铁路隧道工程中，隧道衬砌欠厚危及行车安全。在列车高速通过时，受风压影响可能会产生脱落掉块现象，造成列车损伤甚至逼停列车，对单位及国家造成不可估量的负面影响。今年铁路总公司出台十项红线管理规定，其中针对隧道衬砌欠厚单独列项检测，因此隧道衬砌缺陷整治势在必行。

2 工程概况

成贵铁路某隧道，隧道全长974 m，围岩等级为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级，对应衬砌厚度分为 40、45、50、55 cm，隧道二次衬砌采用衬砌台车一次性浇筑成型。

3 衬砌缺陷等级分类及判定

3.1 安全定级法

先对每处缺陷进行评级，后据每个缺陷级别对其所在类别进行评级，再综合考虑每类缺陷级别、围岩及地下水的情况对划分的每个子单元(每个子单元50 m）进行评级，最后按子单元的级别对每个大单元进行评级。

3.2 评定标准

表1、表2介绍了我国2种铁路隧道衬砌评价标准，表3为根据贵铁路建设实际情况，制定的衬砌厚度轻微缺陷量化指标。

表1 《铁路运营隧道衬砌安全等级评定暂行规定》[1]

表2 《高速铁路桥隧建筑物修理规则（试行）》[2]

表3 成贵铁路拱墙衬砌厚度轻微缺陷量化指标[3]

4 缺陷整治

4.1 衬砌欠厚轻微等级缺陷整治

衬砌欠厚轻微部位整治采取钻孔注浆的方式进行处理，然后在拱部涂刷防碳化层，改善和维护衬砌今后工作环境。工艺流程如图1所示。

图1 衬砌欠厚部位注浆施工工艺流程

4.1.1 脱空位置核查

根据物探及钻孔验证脱空范围，对脱空范围进行核对、检验。

4.1.2 质量缺陷判定

进行衬砌欠厚程度判断，进一步确认该缺陷属于衬砌欠厚轻微类型。

4.1.3 衬砌钻孔、安装孔口管

对脱空部位进行钻孔作业，注浆孔采用φ42钻孔，交错布置，间距为1.0 m×1.0 m[4]。

4.1.4 管口试接及吸水试验

注浆管在每一次进行注浆之前都和预留孔口提前试接一次，在进行注浆工作之前需要进行吸水试验，试验中使用的是1.5～2倍的注浆压力，吸水试验的主要目的是为了检查管路系统有没有足够的能力承受压力，不渗漏，系统保证正常运转。

4.1.5 浆液配制

注浆材料为微膨胀水泥砂浆，水泥砂浆配合比为 0.8∶1[5]。

4.1.6 注浆

注浆按照隧道由下至上的方向进行，使用的方式是逐渐加压式注浆。在作业时的压力为0.2 MPa，注浆的速度通常都在每分钟20～40 L。灌浆管端头需要配备防堵设施，一旦注浆压力达到要求的值而且能在5 min内持续保持该值、吸浆很少或者不进行注浆的时候可以关闭注浆作业，注浆完成之后可以堵住注浆管口。

4.1.7 二次补压

第一次注浆完成之后，间隔2 h对每个孔口进行补压，确保压浆密实。

4.1.8 注浆孔封堵

注浆结束后，凿出孔底尺寸为15 cm×15 cm、外口尺寸12 cm×12 cm[6]，深8 cm的楔形孔，并采用膨胀水泥砂浆封堵注浆孔，掺10% ～15%的膨胀剂，水胶比应＜0.5。孔口管处焊接φ4钢筋[7]，防止砂浆掉块，砂浆封堵超出衬砌1～2 mm，达到强度后打磨平整。

4.2 衬砌欠厚轻微以上等级缺陷整治

4.2.1 素混凝土衬砌拆换

素混凝土段衬砌拆换工艺流程如图2所示。

图2 素混凝土段衬砌厚度不足拆换工艺流程

(1）拆换段前后2 m范围设置间距0.5 m/榀拱墙 20b型钢钢架作为临时支护[8]。

(2）对欠厚段进行拆换时，于拆除段两侧边墙径向设置一排φ25砂浆锚杆，锚杆长度4 m，纵向间距1 m，后续处理同4.1.8节类似。砂浆封堵超出衬砌1～2 mm，达到强度后打磨平整，如图3所示。

图3 素混凝土欠厚段落拆换示意

(3）切缝深度为衬砌厚度的2/3左右[9]，后采用风镐从拱顶向两腰跳槽拆除。

(4）新旧混凝土接茬处应凿毛冲洗[10]，并在接茬处设置两排φ16钎钉[11]，以便于新旧混凝土良好连接，钎钉纵向间距25 cm，外侧钎钉距离混凝土表面10 cm，内侧钎钉距离混凝土表面15 cm，钎钉通过打孔植筋方式设置，植筋深度25 cm。钎钉设置完成后，铺设防水板及土工布，并与原防水板做好连接，如图4所示。

图4 新旧砼连接处钎钉设置

(5）新旧混凝土结合处，在钎钉附近径向设置一排φ25砂浆锚杆，长度4 m，纵向间距1 m，锚杆端头与二衬钎钉焊接，新旧砼接缝设置止水胶。

(6）二衬混凝土选用提高一级的细石混凝土，拱顶预埋注浆管按原设计进行注浆。

4.2.2 钢筋混凝土衬砌拆换

工艺流程如图5所示。

(1）拆换前，应先完成相邻段落的其他缺陷整治。处理步骤同4.2.1节的(2）条。衬砌拆换完成后，将型钢钢架拆除，拔出定位钢筋，采用环氧砂浆封闭钢筋孔。

(2）轻微以上级钢混二衬拱部欠厚缺陷进行拆换处理[12]，拆换范围应为靠近初支侧衬砌欠厚范围边线增加20 cm，衬砌内缘拆换范围应为衬砌衬砌外缘拆换范围边线减小10 cm，形成一个倒梯形，如图6～图7所示。

图5 钢筋混凝土段拱部拆换工艺流程

图6 钢筋混凝土衬砌欠厚段整治示意

图7 钢筋混凝土衬砌局部欠厚衬砌搭接大样图

(3）人工采用砂轮机沿已划分好的墨线切缝，切缝顺序为自衬砌拆换范围中部向两侧分块切割，切缝深度控制在混凝土保护层厚度。拆除同4.2.1节的(3）条。

(4）拆除旧的二衬混凝土后，如有钢筋缺失需植筋恢复。新旧砼接缝设置止水胶，宽2 cm，以改善其防水性能，止水胶设置位置距离二衬外表面不小于15 cm。

(5）利用钢模台车灌注拆换二衬混凝土，提高一个混凝土标号，并进行背后空洞注浆。

5 结束语

本文从隧道衬砌缺陷安全定级方法为切入，论述了三种评定标准，重点研究成贵铁路隧道衬砌欠厚的治理方案，得出了衬砌欠厚轻微等级采取钻孔注浆并在拱部涂刷防碳化层的处理方法，轻微以上等级按是否配筋采取分类拆除替换混凝土的方法。通过对隧道衬砌厚度不足处理的研究和建议，为我国的铁路隧道建设提供借鉴。