中铁隧道集团二处有限公司河北燕郊065201
摘要：本文通过对严寒地区铁路营业线隧道常见质量缺陷进行研究和分析，合理确定缺陷整治措施并进行严格实施，为减少和消除各类缺陷的产生，对营业线上隧道衬砌缺陷和病害提出综合整治原则及具体整治措施，通过对衬砌缺陷和病害整治处理，达到预期的加固效果，为类似工程加固处理提供参考。
关键词：严寒地区；营业线隧道；质量缺陷；整治
0引言
从我国已建成的隧道经过多年运营情况来看，普遍存在衬砌裂缝及渗漏水等病害，对于这些病害的形成，有多方面的原因。其中，先天存在缺陷而未及时整治；加上后期地层中地下水长期侵蚀，衬砌防水层年久老化等因素，都是产生隧道衬砌有关病害的主要原因，尤其在北方严寒地区，如衬砌出现渗漏水情况，从而形成结冰冻涨，产生裂缝，严重影响到衬砌质量及运营安全。
在这种情况下，隧道如存在衬砌厚度不足、衬砌背后有空洞、脱空或不密实等质量缺陷，极易形成水腔并结冰冻涨，将直接影响隧道的安全性能。这样会给隧道运营安全造成极大隐患，尤其是铁路隧道在目前高速动荷载作用下，安全隐患将更加突出。
鉴于此，隧道衬砌质量缺陷病害整治及预防就显得尤为重要。该文以此为出发点，根据隧道施工情况，分析、总结二次衬砌缺陷和病害产生的原因，对缺陷和病害提出综合整治原则及具体整治措施，以起到减少或消除隧道衬砌缺陷的作用，确保隧道运营安全。
1工程概况
（1）工程地质
隧址区位于布尔哈通河低山丘陵地区，地形起伏大，通过地层主要为华力西晚期第二、三期花岗岩。先期喷发的华力西晚期第二期花岗岩受第三期花岗岩侵入影响。
（2）水文地质
地下水主要为华力西晚期花岗岩风化层孔隙潜水及基岩裂隙水，本区大气降水丰富，工点处植被良好，花岗闪长岩节理裂隙较发育，岩性具一定的透水性，用大气降水入渗法估算正常涌水量为600m3/d，最大涌水量1200m3/d。
（3）气象特征
线路通过地区属北亚温带湿润半湿润大陆性季风气候。按照对铁路工程影响的气候分区，该区为严寒地区，最冷月月平均气温-15.2℃。年平均气温为4.6℃，极端最高气温为36.5℃，极端最低气温为-37.1℃，最大积雪深度为50cm，最大冻结深度为171cm。
2缺陷类型及处理方法
现场通过无损检测、钻芯取样、外观检查、人工敲击等多种检测方式，该隧道共发现以下几种衬砌缺陷，经多方论证、研究，分别采取对应整治措施，得到了有效的整治，效果良好，现对各类缺陷的整治方法进行阐述。
（1）混凝土裂缝
隧道衬砌混凝土裂纹的类型有干缩裂纹、外部荷载作用产生的变形裂纹、施工缝位置处理不当引起的裂缝；以及拆模过早、混凝土强度不足、台车关模时顶升油缸造成靠近施工缝位置的混凝土环向开裂等。
由于冬季气候寒冷，如裂缝处存在渗漏水，极易造成结冰冻涨，导致裂缝持续延伸，影响运营安全。本文主要针对裂缝宽度大于1mm，未形成闭环的情况进行阐述，整治原则为拱部140°范围混凝土裂缝采用锚杆+勾缝补强加固，裂缝密集区域增加W型钢带加固。
（2）隧道衬砌渗漏水
隧道渗漏水整治是一个长期的过程，并不能一蹴而就。因此要因地制宜，根据渗漏部位、渗漏状态的不同采取堵排相结合的方式综合治理。
根据各方多次排查记录或渗漏水印对隧道渗漏的部位分别进行注浆堵水。主要特征有：拱部渗水、施工缝渗水、裂缝（冷缝）渗水、点状渗漏水、边墙渗水等，采用径向注浆方式注浆堵水。
（3）隧道衬砌背后脱空
主要针对初支与防水层之间的空洞或防水层与衬砌之间不密实或脱空进行整治，避免冬季遇水冻涨造成混凝土受损破坏。
整治原则为衬砌背后主要采取注浆回填。
3缺陷整治的原则及目的
为减少和弱化后期因素对隧道衬砌和结构的影响，制止和延迟隧道后期病害的继续发生，对已发现的质量缺陷采用“以注浆加固为主，结合局部加设锚杆及W型钢带等结构补强的综合治理原则，同时对个别地段的渗漏水采用排堵结合的处理措施”。
在确保结构安全和条件允许的前提下，通过整治提高隧道结构的整体性和安全型，进而保障列车运营安全。
4整治方案实施
针对以上排查出的各类缺陷，针对性采取治理方案进行实施。
4.1混凝土裂缝
混凝土裂缝处理结合局部加设锚杆及W型钢带等结构补强方式整治。
（1）施工工艺
施工准备→砼表面上标注孔位→钻孔→清孔→组装杆体、安装锚杆→注浆→安装垫板、螺母→锚杆拉拔实验→结束。
（2）具体施工参数
①Φ25中空锚杆：长度3.0m，锚杆材质为Q345钢；
②垫板规格：Q345钢，尺寸为150mm×150mm×6mm；
③钻孔深度：大于锚杆长度10cm；
④灌浆材料：采用管道压浆料，灌浆饱满密实。
（3）施工方法
①锚杆孔定位
根据现场定位，使用油漆清晰标注出具体孔位，定位允许偏差为±5cm。
②锚杆钻孔及清孔
锚杆钻孔采用手持式凿岩机，用Φ42钻头施钻，钻孔深度大于锚杆长度10cm；
施钻时钻孔方向与衬砌结构面垂直，钻眼深度允许偏差为±5cm；
成孔后用高压风吹净钻孔，现场技术人员验孔，钻孔应圆而直；
锚杆安装前，检查杆体注浆孔和钻头的水孔是否通畅，若是异物堵塞，及时清理。
③锚杆组装安装
锚杆在厂家购买，使用前检查杆体质量，将合格的锚杆运至施工现场；
组装锚头、中空锚杆体、排气管、止浆塞；
清孔完成后，使用风钻带动中空锚杆将RM30型建筑化学锚栓顶推入孔中，转速640～750转/分，带动锚栓旋转搅拌，并将锚栓匀速推进至孔底为止，在承载前不要移动或晃动杆体。
④锚杆注浆
注浆前先做好材料、机具和场地的准备工作；
注浆材料采用凝胶时间相对较短，结石体强度较高，结石率高的TGM管道压浆料。浆液的水灰比为0.28（根据现场温度试验调定），终凝时间控制在30min以内。具体参数根据现场试验适当调整。
注浆时由两侧起拱线向拱顶，由低处向高处顺序进行注浆，并连续进行。浆液拌和均匀，现场拌制、随拌随用。
当注浆压力达到设计终压，持续注浆15min压力不降低时，可结束注浆，并把排气管封闭严密。
注浆以定压和定量作为注浆结束控制标准，以定压控制为主。注浆终压控制在0.2～0.3Mpa。
注浆完成后，进行局部钻孔注浆效果检查，确保衬砌与围岩间不留空隙，否则进行补孔注浆。注浆合格后，方可整理注浆机具，并及时清洗注浆管，以利于下次使用。
⑤锚杆垫板及螺母安装
浆液强度满足要求后，开始安装锚杆垫板和紧固螺栓，垫板安装与衬砌面密贴。
⑥锚杆拉拔试验
当浆液强度达到75%以上后，通知试验人员做锚杆拉拔试验，锚杆拉拔力不低于8MPa，现场锚杆做100%拉拔试验，拉拔不合格及时补强，直至试验合格。
⑦W型钢带制作安装
W型钢带弯曲备用→锚杆钻孔下锚→钢带根据锚杆间距钻孔→锚杆注浆、拉拔试验合格后→安装钢带→紧固螺栓、焊接牢固。
a.将W型钢带按照隧道断面弯曲备用，钢带长度按现场需求确定；根据现场锚杆的布设位置在钢带上开孔，孔中心位置距钢带端头的距离不小于1/2钢带宽度；
b.锚杆拉拔检查合格后，由人工安装钢带，钢带预留孔穿过锚杆端头，使用垫片及螺栓紧固，锚固螺栓采用双螺栓，焊接（或螺丝固定剂）牢固，确保钢带锚固牢固；
c.钢带如需搭接，两片钢带搭接的长度不小于10cm。
⑧锚杆封端、防锈处理
当锚杆拉拔试验合格后，紧固锚杆垫板及螺栓，垫板的安装应与衬砌面密贴，采用双螺母紧固并焊接牢固，并对锚杆、螺栓及垫板等外露构件进行防锈处理。
4.2隧道衬砌拱部脱空
（1）隧道衬砌拱部脱空原因
①隧道初支面不平顺，局部存在较大的凹坑，防水板在铺设时松弛度不够，局部紧绷，在防水板与喷射混凝土面形成空腔。
②防水板铺设时松弛度过大，形成褶皱，造成二次衬砌混凝土背后脱空。
③拱部混凝土浇筑时，由于泵送压力，致使拱顶位置混凝土浇筑不到位，留下空洞。
（2）隧道衬砌拱部脱空处理措施
采用钻孔一次性注浆回填进行处理，在钻孔内安设注浆管，然后直接将注浆管路和注浆管连接进行注浆施工。
（3）施工方法及工艺
①施工台架搭设：在隧道拱部脱空处搭设施工台架，施工台架采用门式组合脚手架。
②钻孔：钻孔前，先打设探孔，探明混凝土的实际厚度情况。钻孔采用Φ42风钻进行钻孔，在钻孔过程中要边钻孔边测量，防止破坏防水板。钻孔要通畅、圆顺、规则。
③注浆管安装：注浆管采用Φ40带丝扣并配有阀门的镀锌钢管，注浆管顶端紧挨防水板。在镀锌钢管旁边固定一根直径1cm的软塑料管做注浆排气管，镀锌钢管及排气管安装后，在孔口缝隙位置用环氧树脂砂浆进行密封。
④注浆管连接：将注浆管路和注浆管进行连接，安装注浆设备，并进行注浆有无漏浆漏水实验，确保注浆过程畅通。
⑤注浆料的搅拌：注浆料搅拌采用砂浆搅拌机进行搅拌，水灰比为0.28。
⑥注浆：注浆压力控制在0.2～0.3Mpa以内，注浆结束标准以达到注浆压力后，恒压10～15min，以不进浆或排气管有浆液流出为准。
4.3隧道衬砌渗漏水
（1）目前隧道衬砌渗漏水主要存在状况：
根据全线隧道排查情况，渗漏水主要位于拱顶裂纹、拱腰、拱腰至拱墙、施工缝、边墙裂纹等位置。
（2）隧道衬砌渗漏水处理措施
隧道渗漏水治理原则为：渗水量小的位置以堵为主，局部渗水量大的位置堵排结合；先堵后排，循环进行。
（3）具体施工方法及工艺
对于渗水量小的位置采用注浆法堵水，通过注浆设备将水泥浆压入混凝土的孔隙中，待水泥浆硬化后与混凝土形成一个整体，从而起到封堵加固的目的。注浆分两步骤进行，第一步先注普通水泥浆，普通水泥浆注浆结束后，再进行超细水泥浆二次注浆。
①凿眼及钻孔：先以渗漏点为中心凿一直径约为10cm，深度约4cm的凹坑，再用冲击钻或专业打孔设备，自渗漏点向混凝土内打φ20mm的孔，孔深250～300mm（不能超过衬砌设计厚度）。
②埋设注浆管：采用φ20mm钢管（带丝扣连接阀门）埋设，管口中心对正钻眼位置。然后采用凝结快（初凝8min，终凝15～20min）粘结好的环氧树脂砂浆封管。封管时将表面凿除部分全部封堵。
③注浆：注浆管埋设1小时后进行注浆。首先进行普通水泥浆注浆，结束后再进行超细水泥浆注浆，水灰比为1：2，注浆压力为0.2～0.3MPa。
注浆开始后，逐渐升压，待压力值达到规定压力值时，停泵，让灰浆慢慢渗入，到表面压力下降到0.1MPa时，二次开泵升到规定压力值，如此反复进行，直到压力稳定在规定压力值不再下降为止。普通水泥浆注浆结束后，进行超细水泥浆注浆，方法与普通水泥浆相同。该处注浆完毕后，移到下一注浆孔进行注浆。
4.4控制要点
①注浆前应进行压水试验，检查机械设备是否正常，管路连接是否正确。
②注浆过程中，应作好记录，时刻注意注浆压力和流量的变化，对于吸浆量很小，但压力突然升高；吸浆量很大，但注浆压力长时间不上升、串浆、跑浆等异常情况，应查明原因，及时进行处理。
③每次注浆必须打开注浆部位下游中心水沟的检查孔进行观察，并备有足够清水；注浆过程中一旦发现水泥浆液进入中心水沟立即加清水稀释，防止水泥浆液沉淀堵塞中心水沟。
④严格进行注浆效果检查评定，符合要求时才能结束注浆作业。当未达到注浆结束标准时，应进行补孔注浆。
⑤锚杆必须垂直打入围岩，打入长度必须达到要求。锚杆施作后，应进行抗拉拔试验，按照30KN/cm2控制。
4.5质量标准及检查措施
5结语
无论何种隧道病害，其整治工作都必须确保行车安全，保障整治部位耐久效果。隧道病害整治方法有多种，不能盲目采取整治措施，应该对病害情况进行全面调查，分析形成原因，制定相对应处理方法，才能取得最有效的整治效果。
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