营业线铁路隧道衬砌病害整治分析

文/欧阳萌

1 前言

近年来，随着我国铁路建设受到广泛关注，铁路建设取得长足发展，铁路运营里程逐年提高，尤其是西南山区，隧道比重较大。由于部分隧道运营时间长，当时施工工艺老旧、施工控制较差，在铁路隧道长达10-30年的运营过程中，难免产生一系列病害，给铁路运营带来较大安全隐患。通过铁路工务部门对某隧道排查时发现防水板切割衬砌、隧道衬砌厚度不足，采取全面无损雷达检测，准确定位病害，提出针对性设计措施，不但能有效治理既有隧道病害，还能对同类型隧道病害整治作出参考。

2 工程概况

该隧道位于四川盆地的东南部，属低山溶蚀槽谷地貌，地形起伏较大，地面高程308-538m，相对高差达230m。自然横坡25°-45°，局部较陡，隧道最大埋深约222m。为陡峭的坡面山地和山间狭小的深切"V"字型沟谷相连，多悬崖峭壁。山脉延伸一般与构造走向一致，为北西向，坡面植被发育。

经某工务车间巡检时发现拱腰及拱顶多处防水板切割混凝土导致衬砌表面过薄，部分衬砌表面仅有5mm，极易掉落，且经初步敲击发现部分衬砌后存在空洞。隧道病害段为主要分布Ⅲ、Ⅳ级围岩，洞身标400-500，整治长度100m。

3 无损雷达检测

通过地质雷达对隧道病害段进行全面排查检测，并对病害进行分类统计。

3.1 检测原理

地质雷达无损检测法是一种用于确定地下介质分布情况的电磁波法。其方法原理是在探测范围无大量铁磁性物体干扰的情况下，高频电磁波以宽频脉冲的形式，通过发射天线定向送入地下，经过存在电性差异的地下地层或目标体的反射后返回地面，由接收天线接收。高频电磁波在地下传播时，其路径、电磁场强度以及波形等将随所通过介质的电性性质及几何形态的变化而变化。因此，通过对时域波形的采集、处理和分析，可以确定地下界面、地质体的空间位置及结构[1]。

3.2 测线布置

隧道病害段现场检测时，沿隧道纵向布置测线，分别为隧道拱顶、左右拱腰、左右拱脚及左右边墙共7条测线。

3.3 检测结论

通过对隧道病害段洞身标400-500进行无损地质雷达检测及现场目测观察，发现多出病害，其中较典型病害见表1。

表1 隧道典型病害统计表

4 原因分析

通过无损雷达检测，结合现场实际情况，主要分析有以下原因：

（1）防水板切割衬砌推测为施工期间防水板钉固未采取热熔焊或电磁焊接，导致防水板松弛褶皱，混凝土浇筑后形成挤压变形从而切割衬砌。

（2）衬砌背后脱空：由于铁路隧道大多采取矿山钻爆法，采用光面爆破，施工过程中对爆破质量及监督不到位，形成围岩超挖，且衬砌浇筑前未对超挖部分进行补注浆，导致衬砌背出现大面积空洞。

（3）衬砌厚度不足：同样由于在隧道光面爆破中，未对爆破工艺工法进行严格监督控制，形成围岩欠挖，且衬砌浇筑前未对欠挖部分进行补炮或人工凿除，直接进行衬砌混凝土覆盖，导致衬砌厚度严重不足。

5 整治方案

（1）针对防水板切割衬砌及厚度不足的问题，设置全环钢筋网+锚杆补强，首先施做3mΦ28中空灌浆锚杆，梅花形布置；对既有衬砌进行凿毛，凿毛深度不小于1cm；表面采用Φ22@40cmHRB300钢筋网植入，与锚杆焊接后再通过植筋及锚杆尾部铺设@10*10cm双层钢筋网与植筋绑扎，用膨胀螺栓固定边界。拱顶及边墙喷射15cm厚C30混凝土，最后在混凝土表面喷涂耐久性环氧树脂。锚喷整治补强如图1所示。

图1 全环喷锚补强示意图

（2）针对衬砌背后脱空的问题，采取对衬砌背后脱空区域无收缩浆液分层灌浆回填，灌浆采用PVC管进行。钻孔孔径42mm，按间距2.0m排列，钻至脱空深度后须清孔，埋设灌浆管、排气管。对脱空范围采用水泥浆回填灌浆，以P.0.42.5R硅酸盐水泥为原料，水灰比控制为0.4±0.02并添加减水剂，待排气孔满孔自溢后结束灌浆，灌浆完成后对灌浆孔进行封闭。

6 营业线施工注意事项

为确保既有线行车及作业人员人身安全，按铁路主管部门要求[2]采取180分钟天窗点内封闭施工，在施工区段线路左侧搭设硬隔离将施工区域与线路隔离。洞口搭设作业平台拼装移动式作业台车，作业台车采用φ50钢管脚手架搭设，钢管纵横向间距及步距不得超过1.5米，横向剪刀撑按照竖向钢管纵向间距间隔布置，要求剪刀撑通长，切实保证作业平台搭设牢固、稳定，在使用时无晃动。作业台面用木板铺设，并用铁丝、抓钉绑扎固定，作业平台四周采用高1.0m竖向钢管间距1.5m，距离根部及顶部15cm处设两道横向钢管进行防护。脚手架在每日施工前后由施工负责人或安全负责人对脚手架的联结做检查。在确认天窗点内接触网停电后施做PVC套管保护，方可允许台车进入作业，天窗点结束送电前，推出至网外[3]。施工前进行断面扫描、技术交底、应急预案。同时对原材料、混凝土配合比、施工工艺等进行试验，并做好现场实际调查工作。

经现场实际调查，通讯、信号电缆位于隧道左侧盖板沟下，电力电缆位于隧道右侧盖板沟下，施工前对洞身标0-500电缆盖板进行排查，并在喷锚施工前对电缆盖板采用塑料布覆盖，施工完成后取掉保护措施并对盖板及下方电缆进行检查。施工完工后，需对损伤的盖板进行恢复；点毕30分钟前通知工电段信号专业确认设备是否异常。在凿毛、喷浆、压浆等作业时，用塑料布或彩条布将整个道床进行覆盖保护，防止砼或者水泥浆将道床污染，施工完毕后，彻底覆盖物，并检查道床是否有局部被污染，务必在列车放行前清理干净。

设置安全防护，在车站运转室设驻站联络员1名，施工两端各设防护员1名。防护人员必须经由培训并考试合格的人员担任，并佩戴好防护用具、佩章等，保持联络工具处于有效状态。防护人员必须提前到岗位，随时了解列车和车列的运行情况，及时通知室外作业人员下道避让，如临时有事离开须告知室外作业人员暂时停止施工作业，在作业人员完全撤离现场后方可离开防护岗位。防护人员即使在天窗点内也要坚守岗位，不能随意通知无列车，确认无误随时监控。

7 结语

铁路隧道经年使用病害成因较复杂，其表现形式也呈现多样性。只有经过专业手段实地检测病害表现形式，才能深入分析病害原因，针对性地采取适当的整治措施，保证铁路隧道运营安全。当隧道发现缺陷及病害时，应首先收集地质情况、设计文件及施工日志等，在全方位分析基础上才能有效制定整治措施。在整治过程中，要减少施工对既有结构的破坏和干扰，避免对隧道的二次损伤。隧道病害整治后期，要制定长期监测计划，持续跟踪治后隧道的稳定性与安全性。

另外在新建铁路隧道施工过程中，为预防防水板切割衬砌及衬砌后脱空问题，要求初支平顺，同时铺设防水板时务必无伤焊接牢固，避免防水板过于紧绷和松弛；在隧道光面爆破开挖阶段，要由专业爆破队伍编制爆破专项方案，精确控制装药量、钻孔深度及爆破振速等，出现超挖后，第一时间采用同等级混凝土回填封闭，将病害隐患消除在施工期间，减少运营期风险[3]。