探讨既有铁路隧道衬砌裂损的治理

1 概述

随着铁路建设大潮，我国运营的铁路隧道越来越多。经过数十年的运营，隧道大都不同程度地存在着影响铁路运营安全的诸如隧道衬砌裂损、渗漏水、衬砌腐蚀等类型的病害，尤其是衬砌裂损，是隧道较为多发的一种病害。由于大部分铁路需要维持正常运营，因此铁路隧道病害整治措施既要求安全可靠，又需要考虑在极短的天窗时间内是否具有可实施性。

2 工程概述

長梁山隧道为双线隧道，位于山西省宁武县与原平市交界处，在恒山山脉南段穿越桑干河和滹沱河的风水岭，南接吕梁山系的云中山脉，隧道走向为北东110°。隧道进口里程为K19+734.7，出口里程为K32+516.2，全长12.7815km。工程自1995年12月开工，至2000年3月工程完工，开通运营。

2.1 工程地质概况

长梁山隧道通过的地层成因以河流相为主，岩性变化频繁，细层理和交错层理十分发育，层间结合强度较低，尤其是砂岩夹的薄层泥岩，页岩，非常容易剥离。长梁山隧道岩层倾角一般为5°～20°，属缓倾岩层，层理十分发育，层面之间结合强度较低，在断层，节理的切割下，拱顶部位易形成形状、大小不同的锥形体或沿层理面，节理面发生剥落，而产生塌方掉块。

2.2 衬砌裂损情况

长梁山隧道范围内上、下行线衬砌存在不同程度的纵裂、斜裂、环裂、网裂、月牙形裂缝等病害，本文选取三处比较典型的裂缝、掉块作为分析对象。

2.2.1 K20+324下行拱顶月牙形裂纹、掉块。K20+324下行拱顶裂纹呈月牙形，长1.8m，最宽处0.3m，缝宽2～10mm，错牙3～5mm。

2.2.2 K26+431～436上行拱腰混凝土裂缝。K26+431～436上行拱腰混凝土裂缝长5m，缝宽超限，并错缝10mm，此处衬砌有脱皮现象（见图2）。2012.08.07现场工作人员对裂缝附近拱腰部位钻孔，结果显示衬砌背后密实，二衬厚度为43cm。

2.2.3 K27+924～930拱顶二衬大面积剥落。K27+924～930混凝土纵裂长6m，错牙50mm，2012.08.04日拱顶裂缝纵向长6m。裂缝严重超限，并有错牙50mm，并掉块0.6m*0.4m*0.1m。根据现场钻孔结果显示，衬砌厚度27cm，衬砌背后脱空20cm。2014.02.10拱顶K27+928～930段纵向两个模版二衬剥落，并剥落防水板，出露初支。K27+924～928段拱顶存在衬砌剥落掉块，局部严重点可见防水板（见图3）。剥落的衬砌厚度为8～20cm。2014.02.18对初支钻孔20cm左右，见初支钢筋网，初支衬砌坚硬。

3 病害原因分析

纵裂主要分布在拱顶及拱腰，多为张拉裂缝，主要由承受较大围岩压力或松散荷载所致，其发生处多伴有隧道衬砌厚度不足缺陷；环裂多为施工缝，非衬砌结构受力所致，但易引起渗漏水，现场调研也表明，隧道渗漏水多发生在环裂施工缝处；月牙形裂缝主要分布在隧道拱顶，月牙形裂缝主要是接缝处施工质量差，衬砌背后存在空洞，围岩松散体掉落，衬砌受集中冲击荷载造成的；斜裂缝主要分布在拱腰位置，其主要由软硬围岩过度造成，隧道衬砌存在较多厚度不足缺陷，也是导致斜裂缝的原因。

4 病害整治原则

既有隧道病害整治处理是非常复杂的系统工程，既涉及施工安全，又涉及运营管理安全，病害整治干扰行车正常运营，而短时间的天窗又不能进行大机械、大范

围施工。因此，既有隧道病害整治设计原则可归纳如下：（1）尽量不大拆大改，以补强结构和修补结构缺陷为整治手段；（2）对严重的病害应考虑一次性彻底治理，不留后患，对一般病害整治应确保结构安全和功能使用；（3）对隧道同一部位同时存在两种及以上病害的情况，应结合几种病害的处理措施，统筹考虑，综合治理；（4）病害整治前应全面、客观、准确地查明病害类型、原因、机理以及根据病害严重程度、病害类型、病害发展趋势研究处理措施；（5）隧道病害整治是一项系统工程，需建设、设计、施工、运营管理等单位紧密协调配合，根据现场实际优化设计和落实施工工艺，确保设计意图实现。

5 隧道衬砌裂损整治措施

5.1 K20+324下行拱顶月牙形裂纹、掉块和K45+450拱顶月牙形裂缝、掉块 采用聚合物改性水泥基修补砂浆+挂网修补处理措施，具体如下：（1）清除所有松动、腐蚀的衬砌部分，清除衬砌表层油污、油漆等杂质及污垢；（2）将该段砼表面凿除10cm，挂设间距为20cm×20cm的Φ8钢筋网一层，并用Φ16的钎钉固定；（3）用聚合物改性水泥基修补砂浆修补掉块和掉角的部位；（4）用抹刀在结构表面刮涂P-32混凝土防护底涂料；（5）将耐碱玻璃纤维网布粘铺在P-32防护底涂料上压平；（6）P-32防护底涂料和耐碱玻璃纤维网布施工48小时后进行P-33混凝土防护面涂料的涂装施工。

5.2 K26+431～436上行拱腰混凝土裂缝、K30+785～791下行拱脚至拱顶斜裂缝

采用锚杆+碳纤维布加固的处理措施，具体如下：（1）沿裂缝纵向约0.75m间隔施做Φ32自进式注浆锚杆，锚杆在裂缝两侧交错布置，锚杆深入坚硬围岩长度不小于1m；（2）沿裂缝延伸方向每隔150cm采用针管式注浆法，对裂缝进行注浆回填，注浆材料选用水灰比为0.4的加固型TGRM水泥基特种灌浆料，推荐注浆压力为0.3～0.5MPa。注浆前应用封堵胶对裂缝进行封堵，并采用堵漏修补剂进行修补；（3）注浆完毕后，对衬砌表面进行清理，刷水泥基渗透型结晶防水涂料，并贴碳纤维加固层；（4）碳纤维加固层宽度不小于60cm。

5.3 K27+924～930拱顶二衬整体剥落

采用嵌入钢拱架+聚合物改性水泥基修补砂浆回填修复二衬的处理措施，具体实施如下：（1）清除所有松动、腐蚀的衬砌部分，清除衬砌表层油污、油漆等杂质及污垢；（2）对衬砌损坏段落的拱部采取挂网修补，方案同衬砌掉块处理；（3）对钢架安装拱脚位置，凿出支撑孔洞，深度保证钢座及钢筋完全放进去为宜。拱部限界富余部分可不开凿；（4）每榀钢架分5段安装，安装前应对钢架进行防锈处理；（5）钢架纵向采用Φ22钢筋连接，环向间距0.5m，钢筋与钢架焊接牢固，凿槽部分通过锁脚锚杆将钢架固定到衬砌中，并采用聚合物改性水泥基修补砂浆回填，并对表面采取防护处理；（6）对外露钢架、扁钢刷氟碳漆两遍，再刷一层绝缘漆，且钢架应采取接地措施。

6 结语

由于长梁山隧道每天天窗时间为4个小时，因此需要在实施前做好充分的协调及准备工作，才能确保在较短的时间内提高施工效率，通过对长梁山隧道几处衬砌裂损的整治，消除了衬砌病害，达到了衬砌结构安全的目的，整治措施施工中具有可操作性，可为今后其他隧道裂损整治提供借鉴。

参考文献

[1] 铁路隧道设计规范（TB10003-2005）[S].北京：中国铁道出版社，2005. [2] 铁路混凝土结构耐久性设计规范（TB10005-2010）[S].北京：中国铁道出版社，2011.

[3] 铁路隧道施工技术指南（TZ 204-2008）[S].北京：中国铁道出版社，2011.