营运高铁隧道加固施工技术研究

盛 红 星

(中铁五局集团第四工程有限责任公司，广东 韶关 512000)

随着国民经济的迅猛发展，近年来高速铁路、客运专线建设实现跨越式大发展，建设里程、运营里程不断刷新，为广大人民群众提供了便捷、高效、准时、安全、舒适的出行方式，对经济发展起到了很好的拉动效应。

隧道施工技术复杂、隐蔽性强，验收检查中无法真实、全面反映隧道施工质量，造成部分质量缺陷漏检给铁路行车构成严重的安全隐患。铁路部门多次对运营铁路隧道进行重新排查[1]，加密测点、测线，根据排查出的运营铁路隧道不同缺陷，结合现场的情况，制定适宜的缺陷整治方案，确保“对症下药”彻底解决影响铁路运营安全的潜在威胁、确保人民生命财产安全。常见二衬缺陷有衬砌强度厚度不足、二衬背后脱空，整治措施主要有：二衬混凝土结构补强、锚杆加W波纹钢板加固、二衬局部拆除重做、二衬全环拆除重做、加设钢筋混凝土套衬、脱空部位注浆填充等[2,3]。结合西宁隧道缺陷整治，根据运营铁路安全管理相关规定，提出不中断铁路行车进行隧道二衬局部拆换、加钢筋混凝土套衬、脱空部位注浆填充等整治方案，安全、高效、彻底完成了隧道二衬整治施工，彻底消除了铁路隧道运营安全隐患，可以为类似工程提供参考。

1 工程概况

西宁隧道位于青海省西宁市，隧道起讫里程K1829+994.016～K1835+737.06，总长5 743 m。隧道进口段K1829+994.016～K1831+322.016位于西宁市区，穿行于湟水河阶地地表下，轨面埋深约16 m～33 m；自K1831+322.016左右进入北山山体，为低中山，地形起伏大，相对高差可达100 m以上。本隧道采用复合式衬砌，病害整治段围岩级别主要为Ⅳ级、Ⅴ级。

1.1 病害情况

兰新客运专线西宁高速场至大通西站区间，西宁隧道主要病害有空洞、厚度不足，对于空洞采取注浆处理，对于存在空洞和厚度不足的地段采取局部凿除和加钢筋混凝土套衬进行补强，病害情况和处理措施见表1。

表1 病害情况及处理措施

1.2 缺陷整治施工工艺

全隧共计施工套衬10处(共计30 m)、注浆2处，因本隧道为营运隧道，缺陷整治期间不能中断行车，必须按照既有线有关要求组织施工，施工顺序为：隧道出口处栅栏门拆除及恢复，通信、接触网线、电力过渡及恢复，限速牌安装及拆除，材料机具运输及撤离，发电机布线，风水管架设，吊柱改迁及恢复，隧道注浆及套衬施工。套衬施工采用吊模法分段、分层浇筑，以确保列车通行。

2 二衬缺陷整治施工技术[4-8]

2.1 施工准备工作

1)正式施工前，按照营业线施工的有关要求，完成施工方案报审、安全协议签订、施工计划申报等工作。

2)对相关人员进行培训取证，编制专项施工方案，对全员进行安全交底、技术交底和安全培训工作，驻站联络员、防护员、施工人员必须持证上岗。

3)按照施工进度要求，做好设备、材料、劳动力组织，设备配备要略有富余、状况完好，相关专用工具提前加工、定制。

4)做好铁路设备的保护、防护，有绝缘和防静电要求的，遵照有关要求做好防护。

5)风、水、电等管路进洞。

2.2 通信、接触网线、电力过渡施工及改移

开始套衬、注浆施工前，按照施工方案进行通信、接触网线、电力等的过渡施工，过渡施工完毕后对上述管路进行防护。

2.3 套衬施工

2.3.1拱脚混凝土凿除

为防止套衬侵入铁路限界并保证钢架架设要求，必须对既有二衬墙脚位置混凝土进行局部凿槽，以保证在钢架底部基础宽度30 cm。凿除混凝土时，不得切割破坏既有衬砌内主钢筋，钢架尽量布置在既有衬砌相邻主筋空隙间，严格按要求凿除，严禁多凿、欠凿，拱脚混凝土凿除采用风镐施工，既有二衬墙脚局部凿除见图1。

2.3.2既有衬砌与套衬接触面凿毛处理

凿毛前，先对衬砌表面做防尘预处理，凿毛深度不小于1 cm，凿毛完毕后，用水冲洗干净。

2.3.3植筋

1)沿钢架径向在原衬砌混凝土上植入Φ22固定钢筋，固定钢筋环向间距1.0 m，每处2根，在钢架两侧对称设置。

2)钢筋加工成“L”形，通过钻孔、锚固剂与原混凝土连接牢固，钻孔孔径不小于37 mm，单根钢筋长69 cm,其中嵌入原混凝土深度不小于25 cm。

3)植筋时采用电钻钻眼，高压空气清孔。固定钢筋长度可根据现场需要进行调整，以保证嵌入原混凝土和植入套衬混凝土深度。

4)植筋尾部外露的直弯钩与格栅钢架满焊。

2.3.4格栅钢架安装及固定

1)格栅钢架在洞外加工场集中制作，预拼装合格方可运输到洞内安装。

2)格栅钢架按设计分节制作，进洞前标明类型及单元号，堆放时下垫上盖。

3)格栅钢架在架立前对其位置进行施工放样，用红油漆在原二衬上环向每隔2 m做上详细标记，确保钢架的垂直度和环向弧度紧贴原衬砌面。

4)钢架安装前，预先按设计图纸位置，在最大跨及拱脚处打入R32N自进式锁脚锚杆，锁脚锚杆长4 m，每组2根，每榀钢架设置4组，锁脚锚杆与格栅钢架连接示意图见图2。

5)钢架通过R32N锁脚锚杆及植入的Φ22钢筋进行焊接定位；钢架间距原则上不大于50 cm，钢架间纵向采用Φ22钢筋连接，其环向间距0.4 m。在2榀钢架中间增设1根Φ22环向钢筋，钢架间的纵向、环向钢筋绑扎连接，并将锚固钢筋与钢架焊接牢固。

6)钢架按设计要求安装，安装尺寸允许偏差值为：横向和高程为±5 cm，垂直度±2°，格栅钢架必须与既有衬砌密贴，空隙处采用钢筋、钢板支顶密实，以保证钢架受力。

7)套衬综合接地施工。

套衬内的锚杆、钢拱架、连接筋与既有隧道的综合接地系统可靠焊接，保证综合接地系统的接地性能。

2.3.5二衬局部拆除施工

1)拆除先从拱顶位置开始，依次向两侧拆除，拆除二衬混凝土时要分块跳槽拆除，严禁爆破拆除，严禁大段落连续进行拆除作业。

2)拆除时，注意保护土工布与防水板，确有损坏时，在初支与待浇筑衬砌结合面涂抹2 cm厚水泥砂浆找平层，然后刮涂2 mm厚水泥基渗透结晶型防水涂料，铺挂土工布(≥350 g/m2)→防水板(≥1.5 mm)→土工布(≥350 g/m2)，并确保铺挂土工布与既有土工布搭接长度不小于40 cm，铺挂防水板与既有防水板搭接长度不小于30 cm。

3)原混凝土剔除时，槽口呈外小内大倒梯形，使新混凝土呈镶嵌状态，确保施工质量。

4)新旧混凝土的结合处表面进行凿毛处理，凿成凹凸差不小于6 mm的粗糙面，清理四周松动混凝土，将结合面冲洗干净。

2.3.6模板安装

1)采用特殊加工的建筑组合钢模板，分层交替支模、浇筑。每次浇筑高度1 m～5 m，纵向每次浇筑长度3 m，套拱混凝土浇筑分块示意图见图3，模板安装效果图见图4。

2)每块对应模板预留3个孔洞，模板采取悬吊法支立，吊筋露出部分吊筋加工为丝杆形式，穿过模板后，内部与格栅钢架以及纵环向钢筋焊接牢固，外垫8号槽钢进行加固，并用螺栓拧紧，内部支撑采用25 cm长定位钢筋，钢筋与钢筋焊接，模板安装平面示意图见图5，模板安装侧面示意图图6。

3)模板在安装前要在洞外进行除锈打磨，并涂刷脱模剂，以保证混凝土的外观质量和顺利脱模。模板间采用螺栓连接，模板与模板间隙、吊杆与模板间隙以及模板与原衬砌表面间隙用泡沫剂或双面胶粘贴牢固，接缝严密，避免漏浆。

4)安装模板时，按注浆要求，预留φ42注浆管及排气管，尾部安装止浆球阀，并用胶带对管口封堵。

5)安装模板时，严格控制外露吊筋长度，避免侵限。施工结束后，对隧道限界进行测量，并向工务段提交正式的隧道限位界测量数据及报告。

2.3.7混凝土浇筑

1)混凝土由商混凝土站直接提供，混凝土罐车运至隧道洞口，采用自制绝缘轨道平板车运至施工现场。

2)平板车上采用钢板焊接牢固制作混凝土料箱，料箱必须焊接良好，为防止运输途中混凝土洒落污染道床、钢轨、扣件等，混凝土料箱内装料不得超过2/3，并加盖密封严密，用插销锁牢车盖，小车行驶过程中保持匀速，以防砂浆外溢。

3)运输过程中平板车上安排专人看护，若沿途有混凝土洒落，立刻安排工人进行清理。

4)混凝土运至施工现场，人工铲至小型输送泵内，以泵送方式浇筑，平板振捣器配合插入式振捣棒捣固。使用插入式振捣棒时，避免触碰钢筋、模板、注浆管等构件，采取“快入慢出”的方法，振捣至表面无气泡排出为止，振捣密实，避免漏振或过振。

5)混凝土浇筑前，清理模板内杂物，对新旧接触面进行洒水浸润。

6)浇筑前检查模板的牢固性，经现场监理工程师检查合格后，浇筑C40钢纤维混凝土。

7)分段浇筑时，在混凝土顶面安插接槎钢筋，钢筋直径为16 mm，长度不小于60 cm，埋入30 cm，预留30 cm，布置间距不大于25 cm。

8)下次混凝土浇筑前，应对已硬化混凝土进行凿毛处理，清除松动石子及软弱混凝土层，并冲洗干净。

9)当套衬混凝土强度达到100%后，进行拱顶回填注浆。

2.4 注浆加固[2]

对于衬砌厚度不小于30 cm处的局部空洞进行注浆填充处理。

1)材料及配合比。微膨胀水泥浆，水灰比0.8∶1(质量)。

2)压力及结束注浆条件。注浆压力0.1 MPa～0.2 MPa，当达到下述条件之一即可结束注浆：a.注浆压力达到设计终压，并稳压10 min；b.注浆量达到或超过设计注浆量，排气管口出现冒浆情况。

3)施工要求。a.注浆管及排气管均采用φ42镀锌钢管制成，按0.75 m～1.5 m间距矩形布置；钢管长度为套衬厚度加200 mm外露长度，外露端为车丝端，车丝长度不小于40 mm。b.注浆管及排气管埋设采用手持钻机在衬砌开孔方式进行。打孔前，严格核对衬砌背后脱空深度及范围，采取限深措施，确保不损坏防水板。管身与衬砌间空隙采用锚固剂封堵，管口安装球阀及注浆管路。c.当漏浆严重时，可采取间歇性、低压、浓浆注浆，反复多次(3次以上)仍漏浆严重的，宜采取加入速凝剂的特殊方法结束注浆。d.注浆材 料应经试验检查合格后使用，配制好的浆液随拌随用。e.注浆过程中应严密观察衬砌状况，若发现衬砌有异常、变形、开裂或已到裂纹加速发展等，应立即停止注浆并上报。f.注浆结束后，采用微膨胀水泥将管口封填密实，并切除注浆管外露部分至衬砌内缘齐平。

2.5 通信、接触网线、电力恢复

在上述施工完毕后，清理现场，按照施工计划，将通信、接触网线、电力等进行恢复，撤除施工防护，恢复原状。在报铁路有关单位验收合格后，恢复常速通行。

2.6 注意事项

1)整治前应先核查清楚病害情况(类型、范围、程度等)，检测、施工及监理单位应共同对检测发现病害的部位，采用加密扫描及钻孔等方式进行验证，对病害地段衬砌观感质量进行检查和详细记录，并进行安全评价，再根据具体情况参照指导意见进行整治处理。

2)二衬结构缺陷处治是在检测数据、竣工图纸等基础资料真实有效的情况下开展的，施工前须对病害检测资料进行核对、检验，复查钻孔资料，确保检测资料的准确性。若实际情况与既有资料不符，应根据实际情况另行评判处治。

3)在整治前、整治施工过程中以及整治完毕后，均要求对病害段及相邻段进行全过程的实时监测，并搜集相关变形及病害数据，一旦出现异常，要求报请相关单位研究应对措施。

4)各项施工要严格按照既有线施工要求进行，切实做好安全防护工作，加强驻站联络沟通，严格按照施工计划组织施工。病害处理施工应先编制实施性施工组织，安排好进度、各工序衔接、机具配置、施工场地布置等，并应特别强调采取切实可行的安全防护措施，上工前要清点工具、器具数量，施工天窗点完毕撤离前核对工具、器具数量是否全部撤离，确保安全，施工中要切实保护好铁路设备。

5)施工前应对实际操作人员进行技术培训、在施工过程中加强监督，且应进行必要的施工工艺试验。

6)施工中产生的废砟、废料不得随意丢放，天窗结束前集中运出防护栅栏，做到工完料净、场地清。

7)搭建施工平台时，不能碰触接触网设施，脚手架需与接触网线保持250 mm的安全距离，接触网的接触线、承力索、AF线及PW线用海绵软管进行包裹防护。

8)施工钢拱架、模板等距离供电设备安全距离不足或地线未拆除时，不能通知电调消令送电。

9)因施工工艺原因需要留置施工缝时，用Ф16 mm钢筋作接槎筋，长度不小于60 cm，埋深30 cm，沿接缝纵向中心间距不大于25 cm。

3 结语

1)利用天窗时间，对隧道二衬局部缺陷进行整治，通过精心组织、细致策划、精密部署，以吊筋锚杆和小型钢模组合，避免了搭设支架影响行车的问题，采取套拱分段浇筑的方法缩短了每次混凝土浇筑时长，解决了无法在一个天窗点内完成全环套拱混凝土浇筑的难题，在不中断行车的情况下对隧道二衬进行了补强，消除了影响铁路运营的安全隐患。

2)对运营铁路隧道进行缺陷整治，为确保不中断行车，存在施工难度大、有效施工时间短、对行车干扰大、既有线施工安全压力大、施工成本高等缺点，因此应加强隧道施工过程监管，并加强隧道质量验收管理，确保质量缺陷不漏检，在投入运营前消除所有质量缺陷。

3)采用加套拱和局部拆除重做对运营隧道二衬进行加固，能做到“一次整治，不留后患”，具有安全性、耐久性、耐火性等优点，施工工艺成熟，施工质量可控，对于根治隧道二衬质量缺陷效果较好。在后期运营及监测中，整治效果达到了预期目标，隧道运营安全稳定，对类似工程具有很好的参考价值。