铁路隧道仰拱缺陷整治技术分析

2022-08-18翟春林

运输经理世界 2022年13期

翟春林

（中交一公局西北工程有限公司，陕西西安 710000）

1 研究背景

某隧道为单洞双线铁路曲线隧道，曲线半径为6997.500m，设计时速为350km/h，进口里程为DK134+981，出口里程为DK136+037，隧道全长1056m。采用斜切式洞门（斜切面1∶1，仰坡1∶1.25）、斜切开孔式缓冲结构（L=24m）设计。DK136+001—DK136+013 段为隧道出口原洞门斜切段，由于隧道变更明洞延长DK136+001—DK136+013 段原斜切段采用凿毛植筋工艺，与上部衬砌结构相接，DK136+013—DK136+025 段属于明洞延长段。

工务段对隧道预介入检查时，发现DK136+001—DK136+025 处出现裂缝，通过现场取芯查看，发现孔内裂缝呈偏线路左侧发展趋势。二次取芯后，取芯沿裂缝发展方向钻孔至仰拱底部，其中，DK136+001—DK136+013 段仰拱裂缝处于中心靠左位置（无中心水沟）裂缝通长，裂缝宽6～8mm，裂缝呈现上部大、下部小的特征，且已基本贯穿仰拱结构。

同时经长轨精调对DK136+001—DK136+025 段检测，数据结果显示，实测轨顶高程低于设计，最大高差15.9mm。

原因分析：其一，仰拱及仰拱填厚度验证。芯样长度＞设计厚度，隧道仰拱及仰拱填厚度满足设计要求。其二，仰拱施工质量验证。根据混凝土试件抗压强度试验报告以及芯样情况显示，仰拱施工质量满足设计要求。其三，CFG 桩施工资料验证。CFG 桩基桩完整性检测结果显示，均为I 类桩。

经多家单位分析研讨得出：

第一，根据沉降评估单位对冠梁、山体、隧道边仰坡及洞内变形监控量测成果分析，确定冠梁、山体及隧道沉降变形均已呈稳定状态。

第二，结合施工过程及结构受力特点，仰拱局部开裂的主要原因为：

原设计为斜切式洞门，通过斜切面植入接茬钢筋与后续接长明洞结构相连接，受力体系由整体式环形结构转换为非整体式椭圆环形结构，在相同荷载的作用下，仰拱底部弯矩大幅增大，导致仰拱局部变形、开裂。

2 隧道处理方案

对裂缝段落内板式无砟轨道、电缆沟槽进行填充拆除，对仰拱及拱墙进行钢花管注浆、植筋、加设钢筋混凝土填充。具体设计如下：

2.1 整治步骤

布置监控量测点位—锯轨、运轨—CRTSIII 型板式无砟轨道揭板、运板—电缆沟槽凿除—底座板凿除—填充混凝土凿除—双侧钢花管钻孔注浆—仰拱裂缝注射环氧树脂—填充层植筋—填充层钢筋绑扎—填充层混凝土浇筑—底座板施工—电缆沟槽施工—自密实混凝土施工—运轨、焊轨。

2.2 布设监控量测点位

在隧道DK136+010 两侧边墙上30cm 处分别设置一个监测点，在DK136+002 布设三个点（隧道中设置一个，距隧道中左、右各2m 处分别设置一个）；动力学开口两端各设置一个观测点；DK136+025 位置布设三个点（隧道中设置一个，距隧道中左、右各2m 处分别设置一个）。

正常监测频率为1 次/2 天，DK136+001—DK136+025 轨道板揭板前和揭板完成后各加测一次；DK136+001—DK136+025 底座板凿除前及凿除完成后各加测一次；仰拱填充表面处理前及处置完成后各加测一次。监测数据无突变时，监测频率为1 次/2 天；监测数据出现明显变化或出现突变时，按照现场情况分时段监测，直至稳定为止。

2.3 锯轨

锯轨队伍由铺轨单位协调提供，应为专业的施工队伍。

2.4 揭板、运板

由于现场钢轨已经铺设、接触网架线已经完成施工，致使揭运板施工条件受限，车辆无法通行，大型吊装设备无法使用。因此，结合现场情况，采用工字钢制作吊板台架并在台架底部设置钢轨轮，在轨道板两侧设置临时钢轨，形成简易的轨道板运输系统。

吊板台架上配置四个10t 手拉葫芦，对称分部在台架上方四角处，用于揭轨道板。在揭板时，在轨道板四角各配置1 人拽动拉链，并保证四条拉链方向准确，力度、速度均匀、一致。

2.5 电缆沟槽混凝土凿除

在混凝土凿除前，用棉被覆盖破除范围外相邻的轨道板及电缆槽，防止混凝土凿除过程中混凝土块飞溅砸伤轨道板；在距离电缆槽上方80～100cm 处植入膨胀螺栓，间距1m，长度范围为电缆槽凿除范围前后各5m，用棉被将电缆沟槽内的电缆线进行全面包裹，再用膨胀螺栓固定在拱墙上，使电缆完全脱离电缆沟槽，并保持80～100cm 的距离。现场施工范围前、后5m 进行封闭防护，非施工作业人员不得往来穿行。

电缆沟槽采用破碎锤进行破碎。凿除前，先用风镐将伸缩缝两端位置凿开50cm，切断预留钢筋，保证后续新、旧电缆槽的钢筋搭接长度。

2.6 底座板混凝土凿除

底座板混凝土采用机械凿除，并按整单元进行凿除。前、后相邻单元底座相接位置的50cm 处，由人工使用风镐进行凿除。

2.7 填充混凝土凿除

将仰拱填充全部凿除，凿除方式为机械凿除。凿除深度为距离仰拱顶面5～10cm，避免破碎深度过大，伤及仰拱。

仰拱顶面5～10cm 处，采用风镐进行破碎并进行人工修整。

2.8 钢花管钻孔注浆

钢花管钻孔注浆的施工步骤为：钻孔—清孔—加工、安装钢花管—再次清孔—注浆管路检查—注浆。

填充层凿除完成后，立即进行钢花管钻孔工作，钻孔采用潜孔钻，钻孔为φ121 圆孔，钻孔位置应避开钢筋。共设置三类钢花管注浆孔，边墙侧孔共3 排、斜孔2 排、垂直孔1 排，每排孔纵向间距1.5m，最外侧孔深6m。在仰拱中部设置4 排钻孔，每排孔间距3m，孔深12m：

1孔深6m，倾角60，每间距1.5m 设置1 根，布置于结构外侧;

2孔深12m，倾角75，每间距1.5m 设置1 根，布置于结构外侧,与1孔间隔布置;

3孔深12m，倾角90，每间距3m 设置1 根，布置于结构内侧。

孔内设φ108 钢花管，钢花管内设置3 排φ25 钢筋束，通长布设。

钻进达到设计深度后，稳钻1～2min，防止孔底尖灭、达不到设计孔径。钻孔孔壁必须清理干净，不得有沉渣及水体黏滞。钻孔完成后，使用高压空气（风压0.2～0.4MPa）将孔内的土粉全部清除出孔外，以免降低水泥砂浆与孔壁的黏结强度，但不得采用高压水冲洗。

钢花管采用φ108mm×6mm 热轧无缝钢管，注浆孔为φ10 圆形孔，孔间距11cm，两侧边墙钢花管间1m 范围内不设注浆孔，中间钢花管间2m 范围内不设注浆孔。由于隧道内接触网架线已安装，为避免穿管时空间受限，可采用4m/节的钢管。

清孔完成后，根据孔深对照安装对应尺寸的钢花管，钢花管的安装位置为底部距离孔底10cm 处。

对完成钢花管安装的孔位再次进行清孔并对注浆管路进行检查，清孔要求同成孔时的清孔要求。

检查无误后及时制浆、注浆。采用水泥浆，水灰比1∶1，初压0.5MPa，终压1～1.2MPa。

2.9 仰拱裂缝注环氧树脂

2.9.1 工艺流程

打磨—冲洗—贴嘴—封缝—压风检查—灌浆—清理注浆嘴。

2.9.2 施工方法

（1）打磨

采用砂轮机沿裂缝的两边各打磨3cm 的宽度，除去混凝土表面的水泥浆皮、碳酸钙沉淀物，以免影响注浆嘴的黏结及封缝效果。

（2）冲洗

打磨后，用冲毛机沿裂缝开口向两侧冲洗，以保证缝口敞开、无杂物，裂缝两边无粉尘和其他有损封盖黏结的物质。

（3）安装注浆嘴及封缝

按间距30cm 布嘴。贴嘴施工前，在裂缝处涂两道快干型封缝胶，封缝胶固化后再拆除胶带，安设注浆嘴。封缝完成后，按照灌浆的顺序给每个孔编号。

（4）压风检查

封缝完成并养护2h 后即可进行压风检查各孔的贯通情况，压风压力小于0.3MPa。检查前，先将各注浆嘴接上塑料软管，检查1孔时，将2孔软管的另一端插入水中，其他孔封闭。

当对1孔压风，插入2孔软管的水中出现气泡时，表示1孔是贯通的。按此方法检查每一个孔的贯通情况。

（5）注浆

注浆的顺序及原则：从一边至另一边，同步多点，逐步推进，以浆赶水，保持足够的压力和足够的进浆时间，稳压闭浆时间充分(裂缝越深，该时间越长)；灌浆压力为0.5～0.8MPa。

开始注浆时，先将1孔接上灌浆管，打开2孔，其他孔封闭。当浆液从1孔灌入时，观察从开启的2孔流出的液体，同时测出进浆时的孔口压力，调整空压机的输出压力，直到孔口压力达到要求。

（6）清除注浆嘴

灌浆结束48h 时后，铲除注浆嘴，将不平整的部位及孔洞用环氧胶泥封堵平整。

2.10 仰拱植筋

仰拱填充凿除完成后，开始进行仰拱植筋钻孔，植筋采用风镐钻孔，钻孔孔径为φ32。利用空压机进行风力清孔。仰拱结构位置采用φ25 钢筋，植筋深度为0.35m，顶端与钢筋网片相接；边墙位置采用φ28钢筋，植筋深度为0.35m，顶端与钢筋网片相接。植筋间距为500mm×500mm。植筋前进行试验孔施工，并对植入钢筋进行拉拔试验，满足设计及规范要求后方可进行钻孔植筋工作。

钻孔完成之后，应及时清孔，将风力压强控制在0.2～0.4MPa，清孔完成后，再次进行检查，确认各项指标均合格后进行植筋，植筋采用A 级植筋胶，植筋用胶量应满足设计规范要求。植筋完成后，与钢花管相邻的钢筋用φ20 钢筋进行连接。

2.11 仰拱填充处绑扎钢筋

仰拱填充的钢筋在绑扎前，先在仰拱顶面布设环纵向排水盲管（打孔外包土工布），环向管径50mm，每间隔4m 一环，两端设置于侧沟内，中部与纵向盲管连接，纵向盲管管径100mm，与中心水沟联通。

对仰拱填充面进行绑扎钢筋处理，采用3 排φ28钢筋网片，均布置于上表面，最上排钢筋间距100mm，其他2 排钢筋间距200mm；纵向钢筋采用φ16 钢筋网片，均布置于上表面，最上排钢筋间距100mm，其他2排钢筋间距200mm，钢筋网片上保护层为5cm。钢筋连接方式为搭接焊。单面焊搭接尺寸不小于10d，要求焊缝饱满，焊缝宽度满足规范要求。

钢筋安装前，应对仰拱顶面进行清扫并用清水清洗，清洗后，仰拱面应清洁无杂物、无积水。混凝土垫块设置不得少于4 个/m，且确保绑扎牢固，无脱落。

对电缆沟槽竖向钢筋进行预埋，钢筋型号为HRB400φ16 钢筋，间距20cm。

在无砟轨道底座板位置预埋HRB400φ28 钢筋，钢筋长度40cm，埋入20cm,外漏20cm。根据现场情况，考虑超高段结构尺寸，保证底座板内轨侧不得露筋。

2.12 仰拱填充混凝土浇筑

混凝土采用C35 混凝土一次浇筑成型；混凝土分层振捣，每层30cm 为宜，不得超过50cm，振捣时采取快插慢拔的方式进行。

混凝土拌和：混凝土采用自动计量搅拌站集中搅拌的方式。混凝土原材料严格按照施工配合比要求进行准确称量。搅拌混凝土前，应严格测定粗、细骨料的含水率。搅拌时，先向搅拌机投入细骨料、水泥、矿物掺和料和专用复合外加剂，搅拌均匀后，再加入适量的水，待砂浆充分搅拌后再投入粗骨料，并继续搅拌至均匀为止。上述每一阶段的搅拌时间应不少于30s，总搅拌时间不少于2min，不超过3min。

采用6m混凝土运输罐车运送混凝土。在运输过程中应避免出现离析、漏浆，并在浇筑时具有良好的和易性，确保坍落度损失减至最小或损失不至于影响混凝土的浇筑与捣实。当有漏浆或离析发生时，在进入输送泵前应启动罐车重新拌和，确保入模混凝土的质量。

混凝土的浇筑采用混凝土输送泵（地泵）。混凝土施工完成后，待混凝土初凝后，及时用土工布对其进行覆盖和洒水养护。