京原铁路隧道衬砌渗漏水病害整治施工技术

张同保，王志刚

（1.中铁电气化局集团有限公司 铁路工程公司，北京 100036；2.中国铁路北京局集团有限公司 北京工程项目管理部，北京 100038）

1 病害成因

总结京原铁路隧道病害缺陷主要有渗漏水、冬季挂冰、衬砌腐蚀、衬砌裂缝、衬砌空洞不密实、衬砌厚度及强度不足、基底翻浆冒泥等［1-2］：

（1）渗漏水。由于隧道防排水系统不完善、年久失修，且隧道所在区域地下水丰富，雨水或地下水渗进隧道裂缝，极易产生渗漏水。对京原铁路隧道病害整治施工发现，衬砌腐蚀剥落、衬砌裂缝、衬砌背后空洞不密实、衬砌厚度及强度不足、衬砌结构及围岩结构内部有裂缝病害等，都可造成渗漏水病害。

（2）冬季挂冰。由于隧道位于较寒冷地区，渗漏水若得不到有效整治，可能造成冬季隧道冻害，引发拱部挂冰、边墙结冰、围岩冻胀、衬砌涨裂、隧底冰锥等病害。

（3）衬砌腐蚀。该病害与地下水经地层的岩性及其所含侵蚀性物质有关。在某些环境地质条件下，溶于水中的侵蚀性介质沿衬砌施工缝、变形缝、裂缝、毛细孔等路径，对衬砌混凝土产生物理、化学反应，机车长时间喷出的煤烟等也在衬砌内侧留下腐蚀痕迹。

（4）衬砌裂缝。由于部分隧道衬砌厚度不足，且存在衬砌有空隙、不密实现象，使隧道衬砌产生受拉或受压，导致衬砌裂缝。

（5）衬砌空洞不密实、衬砌厚度及强度不足。隧道超挖，塌方未及时回填、压注浆，衬砌浇注局部脱空、振捣不密实，衬砌背后水土流失等，均易引发相关隧道缺陷。

（6）基底翻浆冒泥。由于隧道内渗漏水严重、排水不畅或地下水浸泡，导致隧道基底围岩软化，在列车动荷载反复作用下，引发翻浆冒泥病害。

2 病害分析

2.1 病害等级评定

渗漏水病害是影响京原铁路电气化开通的主要因素。基于京原铁路电气化改造工程存在的隧道渗漏水病害影响行车安全、结构安全、电化挂网等问题，对影响程度达一定等级的衬砌渗漏水病害进行综合整治，对其他等级病害加强监测并结合日常养护维修解决。隧道设计建筑限界采用GB 146.2—2020《标准轨距铁路限界：第2部分：建筑限界》“隧限-2A”，整治工程不得侵入隧道建筑限界［3］。

隧道衬砌状态分为完好、缺陷和病害等3类。根据《铁路运营隧道衬砌安全等级评定暂行规定》（铁运函〔2004〕174号），隧道衬砌渗漏水病害指隧道交付运营时已存在的或运营期间出现的影响衬砌使用寿命或行车安全的劣化状态［4］。根据铁运函〔2004〕174号，隧道衬砌渗漏水病害量化指标见表1；隧道衬砌安全等级评定标准见表2。根据TB/T 2820《铁路桥隧建筑物劣化评定标准》［5］，隧道结构渗漏水劣化等级评定标准见表3；隧道冻害劣化等级评定标准见表4。

表1 隧道衬砌渗漏水病害量化指标

表2 隧道衬砌安全等级评定标准

表4 隧道冻害劣化等级评定标准

根据TB/T 2820和铁运函〔2004〕174号，对既有隧道劣化等级划分：

（1）AA（极严重）。结构功能严重劣化，危及行车安全，应立即采取措施进行整治。

（2）A1（严重）。结构功能严重劣化，进一步发展危及行车安全，应尽快采取措施进行整治。

（3）B（较严重）。劣化继续发展会升级至A级，应加强监视，必要时采取措施进行整治。

（4）C（轻微）、D（完好）。无需整治，但工务段应加强检查及巡检，正常维修保养。

2.2 重点病害整治

京原铁路隧道衬砌渗漏水病害是根据病害等级分析、评定的结果，对需要整治的重点病害进行确定，具体如下：

（1）拱部滴水呈线、边墙淌水流泥、隧底涌水、结冰侵限。

（2）拱部漏水直击接触网，影响正常运营。

（3）水、沙突然涌入隧道，淹没轨面，危及行车安全。

（4）电力牵引区段，拱部漏水直滴接触网。

（5）隧底冒水，拱部滴水成线，严寒地区边墙淌水，造成严重翻浆冒泥，道床下沉，不能保持正常轨道几何状态，危及列车正常运行。

（6）冰溜、冰柱、冰锥等不断发展，侵入限界，危及行车安全。

（7）接触网及电力、通信、信号的架线挂冰，危及行车安全及洞内作业人员安全。

（8）道床结冰（冰柱、冰锥），覆盖轨面，严重影响行车安全。

（9）冰楔和围岩冰胀反复作用，使衬砌变形、开裂并构成纵横交错的裂缝。

3 病害整治技术

隧道渗漏水整治采取“拱部以堵为主、边墙以排为主、堵排结合、因地制宜、多道设防、综合治理”原则，针对衬砌渗漏水不严重（季节性滴水）或仅从单一裂缝渗水情况，可先进行衬砌裂缝渗水整治，而衬砌渗漏水严重部位（线状或大面积渗漏），采用局部径向注浆堵水。隧道渗漏水应结合隧道结构加固、衬砌背后回填注浆等措施进行综合整治，确保电化挂网和运营安全［6-7］。

3.1 衬砌裂缝渗漏水处理流程

（1）压浆孔沿渗漏水缝左右两侧交错布置，偏移距离10～25 cm，倾角约45°，间距30～50 cm，长度应保证穿过渗水缝，钻孔完成后清孔，确认是否有水从压浆孔流出，流出即表明钻孔合格（见图1、图2）。

图1 渗漏水裂缝压浆堵水平面图

图2 渗漏水裂缝压浆堵水剖面图

（2）安装压浆嘴，压浆嘴为直径20 mm的钢管，前端为开孔花管。压浆完成后，用水泥基修补砂浆封口，待砂浆凝固后，将压浆嘴凸出部分切除，再用防水砂浆抹平。

（3）压浆前应用环氧胶泥将渗水缝表面封堵，防止跑浆，封堵宽度5 cm。

（4）压浆采用化学注浆堵漏材料丙烯酸盐灌浆料，压浆压力为0.1～0.2 MPa，施工时应严格按照施工配合比及注浆压力进行施工［8］。

（5）压浆结束后，沿渗水缝刷涂1层水泥基结晶型防水涂料，再抹压1层聚合物水泥防水砂浆，宽度为渗水缝两侧左右各20 cm。

（6）压浆应连续作业，一次完成，并从低处向高处作业。

（7）单孔注浆结束标准。注压力逐步升高、流量逐渐减少，至终压0.2～0.4 MPa或至浆液不能注入，稳定10～15 min停止注浆，进行封孔作业。

（8）实际施工时，应先进行试验，检查效果，并作及时调整。

衬砌裂缝渗漏水处理流程见图3。

图3 衬砌裂缝渗漏水处理流程

3.2 衬砌渗漏水径向注浆处理

针对衬砌渗漏水严重、个别衬砌裂缝渗漏水处理后整治效果不佳的位置，采用衬砌渗漏水局部径向注浆堵水处理措施进行整治，从而将整个衬砌背后进行固结，实现防、堵水效果。具体如下：

（1）注浆采用径向埋管注浆，注浆管采用钢花管，即直径42 mm、壁厚3.5 mm的热轧无缝钢管（见图4），注浆孔采用风钻钻孔，孔径45～50 mm，注浆管长3 m，钻孔后清孔，埋设注浆管。注浆钻孔按梅花形布置，横、纵向间距1～2 m。注浆孔平面布置示意见图5，具体根据现场渗漏水情况及注浆效果调整。

图4 钢花管构造示意图

图5 注浆孔平面布置示意图

（2）注浆时应设置排气孔，分层注浆时在拱顶设观察孔，以观察空洞注浆情况，观察孔间距2 m。衬砌渗漏水径向注浆断面示意见图6。当3号孔注浆，1、5号孔有浆液冒出，即达到第1层注浆厚度，停止注浆、封堵注浆管；再进行第2层注浆，2、4号孔有浆液冒出，停止注浆、封堵注浆管；再进行最后1层注浆。每层注浆厚度依据现场情况而定，每层厚度基本相等为宜，第1层厚度≤50 cm。

图6 衬砌渗漏水径向注浆断面示意图

（3）注浆材料采用水灰比为0.6∶1.0的水泥基特种灌浆材料，注浆压力0.4～0.6 MPa，注浆前进行配合比试验，强度、流动度及注浆堵漏效果合格后，方可进行施工。在注浆过程中，也可根据实际情况适当调整注浆参数［9］。

（4）单孔注浆结束标准：注压力逐步升高、流量逐渐减少，至终压0.2～0.4 MPa或浆液无法注入，稳定10～15 min，即可停止注浆，进行封孔作业。

（5）封孔作业：停泵后立即封闭孔口阀门，拆卸和清洗管路，待浆液凝固后（由于灌浆料配比不同，凝固时间应根据现场实际试验进行确定）割掉注浆管外露部分，并采用水泥基修补砂浆进行注浆孔封堵。

（6）注浆施工注意事项：

①注浆钢管及阀门不得脱落，外露总长度不超过10 cm，多余部分切除，以防侵限，该隧道设计建筑限界采用《标准轨距铁路限界》［3］“隧限-2A”，整治工程不得侵入隧道建筑限界。

②沿隧道轴线分左右分层均衡注浆，由两端向中央、低处向高处依次注浆。

③注浆是一项连续作业，不得任意停歇，以防堵塞管路。

④注浆时，应时刻注意注浆压力、衬砌变形。若注浆时间较长且不升压，可能为浆液流窜，应缩短浆液初凝时间或停注，若跑浆严重可间歇注浆。

⑤注浆期间，应有专人记录浆液消耗量、注浆时间、注浆压力等数据；注浆过程中，应密切注意衬砌情况，一旦出现变形，应立即停止注浆并采取相应措施。

衬砌渗漏水径向注浆处理流程见图7。

图7 衬砌渗漏水径向注浆处理流程

3.3 边墙引排

在隧道病害整治施工中，边墙渗漏水采取以排为主原则，通过环向施工缝凿槽埋管进行引排，具体措施如下：

（1）以“先堵后排”为原则，先进行拱部衬砌渗漏水处理，拱部渗漏水处理完成后，往往将水引至边墙拱脚处，因此需要检查隧道边墙渗漏水现象，再根据《铁路桥隧建筑物劣化评定标准》与《铁路运营隧道衬砌安全等级评定暂行规定》进行评定，评定结果达AA、A1级的位置，可进行下一步凿槽埋管引排处理。

（2）排水槽一般设于边墙环向施工缝处，对于边墙单一里程点渗漏水病害，或渗漏水面积仅限于局部时，通过竖向排水槽将水流引入隧道内侧沟，排出洞外（见图8）。对单侧无水沟的，通过直径100 mm过轨钢管将水引入另一侧水沟。

图8 边墙局部渗漏水引排处理平面图

（3）采用切割机，将排水槽切割为内宽外窄倒梯形结构，根据渗漏水的严重程度，在槽内斜向上45°凿出φ40 mm引水孔，孔深3 m；将水引入排水槽，通过排水管引入水沟。

（4）在起拱线附近沿隧道方向漏水较严重处，按边墙局部渗漏水T形方式进行引排处理（见图9）。凿槽埋设φ80 mm排水半管（PVC管），并与边墙排水槽中φ80 mm排水半管连通，凿槽引排措施与边墙凿槽埋管引排措施相同。排水槽内埋设φ80 mm排水半管，放置后用钢丝加φ10 mm钢钎钉固定安装。

图9 边墙漏水T形引排示意图

（5）排水半管安装完成后用遇水膨胀腻子、防水砂浆、水泥基修补砂浆填缝、抹平，冻害段边墙外层敷设保温板，排水半管外加设地热管［10］，以防止冻害。

边墙引排处理流程见图10。

图10 边墙引排处理流程

4 结束语

京原铁路隧道衬砌渗漏水病害整治施工是该线路隧道病害整治的难点，也是其他病害劣化的诱因，因此，隧道衬砌渗漏水病害整治施工技术的应用成为该工程的重中之重。通过选定隧道进行对比试验，得出最优施工技术，并成功整治了京原铁路白涧站—大涧站54座隧道，包括曾经塌方渗漏水严重的“铁岭隧道”，且整治效果较优。目前，京原铁路白涧站—大涧站所有隧道已无AA、A1级别的渗漏水病害，基本消除其结构自身与行车安全隐患，可确保京原铁路电气化正常开通。实践表明，在铁路隧道衬砌渗漏水病害整治施工中，只有选择合理的施工技术，才能安全、高效、有针对性地整治病害，消除安全隐患。