鐵路隧道工程缺陷整治控制研究

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摘要：結(jié)合新建瑞昌至九江鐵路吳家鋪隧道缺陷整治處理工程實(shí)例，分析鐵路隧道工程缺陷形成原因，針對隧道脫空及空響、襯砌厚度不足、仰拱（底板）底空洞及虛砟、襯砌鋼筋保護(hù)層厚度不足、襯砌鋼筋和施工縫止水帶外露、襯砌裂縫和滲漏水、襯砌砼不密實(shí)、拱頂?shù)魤K及蜂窩麻面和錯(cuò)臺等缺陷提出整治處理措施。

關(guān)鍵詞：隧道；缺陷整治；裂紋；脫空；二次襯砌；滲水；蜂窩麻面

鐵路隧道工程屬地下構(gòu)筑物，不確定因素較多，隱蔽工程較多，存在的缺陷較多，若處理整治不好，安全風(fēng)險(xiǎn)極大，將導(dǎo)致在聯(lián)調(diào)聯(lián)試和開通運(yùn)行中事故頻發(fā)，嚴(yán)重威脅運(yùn)營列車的通行安全，隧道缺陷整治成為亟待解決的工程問題之一。該文以新建瑞昌至九江鐵路吳家鋪隧道為例，通過現(xiàn)場研究及分析，提出缺陷整治處理方案，為同類鐵路隧道工程缺陷整治處理提供借鑒。

1工程概況

吳家鋪隧道位于江西省九江市，全長930．27m，隧道最大埋深約75m。隧址區(qū)為丘陵地貌，地形起伏，山體連綿，地面標(biāo)高50～159m，相對高差約110m。坡體植被發(fā)育，多為喬木夾少量灌木叢。山體自然坡度20°～30°，自然山體穩(wěn)定。隧道出口段凈埋深12～18m，地形左側(cè)較高、右側(cè)較低，屬于淺埋偏壓隧道。丘坡表面為第四系全新統(tǒng)坡殘積層粉質(zhì)黏土及細(xì)角礫土，黃褐色，稍密，稍濕，角礫主要為砂巖碎塊，厚度11．8～19．2m；下伏基巖為石炭系船山組灰?guī)r，青灰色，黑色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄～中層構(gòu)造，巖溶極為發(fā)育。隧道中段為泥盆系五通組砂巖與石炭系船山組灰?guī)r的交界地段，兩者呈不整合接觸，巖石多破碎。地表水、地下水不發(fā)育，主要為巖溶水，受大氣降雨補(bǔ)給，季節(jié)變化大。除明洞采用整體式襯砌外，其余暗洞均采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，拱墻初期支護(hù)與二次襯砌間設(shè)防水板（加土工布），模筑襯砌拱墻環(huán)向設(shè)計(jì)背貼式止水帶及中埋式橡膠止水帶，仰拱設(shè)置中埋式橡膠止水帶，縱向施工縫設(shè)置中埋式橡膠止水帶＋遇水膨脹橡膠止水條，二次襯砌背后以環(huán)向間距8～10m設(shè)置寬60cm的排水板；縱向設(shè)置貫通的直徑100mm的打孔波紋管。該隧道在提前介入期間發(fā)現(xiàn)問題384條，其中：A類問題366條，B類問題18條（缺陷及病害問題等級劃分為輕微C、較嚴(yán)重B、嚴(yán)重A）；二次襯砌開天窗處理8處，尺寸最大的為5．41m×4m，最小的為2m×1．5m。靜態(tài)驗(yàn)收期間共發(fā)現(xiàn)問題107條，其中A類問題66條，B類問題41條。后期在聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間又發(fā)現(xiàn)A類問題2條。出現(xiàn)的缺陷有拱頂和拱腰麻面、骨料疏松、敲擊剝落掉塊、施工縫閉環(huán)裂紋和錯(cuò)臺、二次襯砌及仰拱厚度不足或不密實(shí)、襯砌背后空洞空響、長大裂縫、局部滲水、泄水孔堵塞、隧底虛渣等。

2缺陷形成原因分析

2．1工程地質(zhì)條件差

該隧道為淺埋偏壓隧道，地表覆蓋層薄弱，圍巖破碎，自承力低極，引起圍巖松動(dòng)、風(fēng)化，整體沉降變形較大，導(dǎo)致出現(xiàn)二次襯砌砼表面裂紋及局部滲水、初期支護(hù)或二次襯砌侵限厚度不足、泄水孔堵塞。

2．2工程材料影響

砼原材料不合格、和易性差、拌和不均勻、運(yùn)輸過程中離析等，導(dǎo)致砼堵塞泵管、強(qiáng)度不足、漏筋、蜂窩麻面、局部掉塊、色差大等。

2．3施工機(jī)具影響

常規(guī)二次襯砌臺車很難一次澆筑到位，拱頂脫空及空響現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生；砼澆筑過程中振搗不到位，導(dǎo)致蜂窩麻面；曲線段和加寬段由于二次襯砌臺車受限，易導(dǎo)致錯(cuò)臺現(xiàn)象嚴(yán)重；防水板鋪掛焊機(jī)的選型直接影響防水效果等。

2．4施工方法和措施不當(dāng)

施工方法與地質(zhì)條件不相適應(yīng)；地質(zhì)條件發(fā)生變化，未及時(shí)改變施工方法；圍巖暴露時(shí)間太長，變形難以控制；受工法限制，二次襯砌很難一次澆筑到位，勢必在拱頂出現(xiàn)空洞，需對每板二次襯砌拱頂進(jìn)行回填注漿，但往往被忽略。

2．5施工管理不到位

施工現(xiàn)場管理人員責(zé)任心不強(qiáng)，施工隊(duì)偷工減料現(xiàn)象嚴(yán)重，隧道施工不符合施工技術(shù)規(guī)范要求，也是重要原因。常出現(xiàn)的施工質(zhì)量問題有：仰拱（底板）底空洞及虛砟；超前注漿預(yù)支護(hù)施工不到位；錨桿長度不足、注漿不飽滿、早期強(qiáng)度不足；鋼筋網(wǎng)片焊接質(zhì)量不合格，安裝時(shí)未能與上循環(huán)進(jìn)行有效搭接；初期支護(hù)背后局部脫空，拱腳未能置于穩(wěn)定、堅(jiān)固的基礎(chǔ)上；鋼筋定位不準(zhǔn)確，鋼筋保護(hù)層厚度不足，鋼筋和施工縫止水帶安裝不規(guī)范，堵塞排水管等。

3缺陷整治處理措施

委托第三方對該隧道施工質(zhì)量進(jìn)行無損檢測，對不同程度的隧道缺陷及病害進(jìn)行量化，對于檢測發(fā)現(xiàn)的缺陷部位，采用加密掃描和鉆取芯樣的方式進(jìn)行驗(yàn)證，進(jìn)一步確定缺陷范圍和程度。按照缺陷等級情況采用監(jiān)測、增設(shè)錨桿和鋼筋、注漿、切槽引排等措施進(jìn)行處理，考慮已施工結(jié)構(gòu)的完整性，盡量減少拆換。

3．1缺陷類型

該隧道施工存在的缺陷主要為隧道脫空及空響、襯砌厚度不足、仰拱（底板）底空洞及虛砟、鋼筋保護(hù)層厚度不足、鋼筋和施工縫止水帶外露、二次襯砌裂縫及滲漏水、襯砌砼不密實(shí)、拱頂?shù)魤K及蜂窩麻面和錯(cuò)臺。

3．2整治處理措施

3．2．1隧道脫空及空響的處理（1）二次襯砌與初期支護(hù)間脫空處理。1）二次襯砌結(jié)構(gòu)為素砼的脫空處理。環(huán)向空洞長度大于2m時(shí)，若因初期支護(hù)侵線造成襯砌厚度小于25cm，鑿除至襯砌厚度不小于25cm，縱向?qū)挾辱彸烈r砌厚度不小于25cm且鑿除寬度不小于0．5m，周邊砼鑿毛、植筋掛網(wǎng)補(bǔ)強(qiáng)后灌注砼，并預(yù)留注漿孔，砼達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后注漿填充；若因空洞造成襯砌厚度小于25cm，鑿除至襯砌厚度不小于25cm，縱向?qū)挾辱彸烈r砌厚度不小于25cm且鑿除寬度不小于0．5m，周邊砼鑿毛后灌注砼，并預(yù)留注漿孔，砼達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后注漿填充。環(huán)向空洞長度小于等于2m時(shí)，將空洞鑿成倒梯形至襯砌厚度不小于25cm，周邊砼鑿毛、植筋后灌注砼并預(yù)留注漿孔，砼達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后注漿填充。2）二次襯砌結(jié)構(gòu)為鋼筋砼的空洞處理。將空洞鑿成倒梯形，鑿除至襯砌厚度不小于20cm，周邊砼鑿毛，灌注砼（砼標(biāo)號比原設(shè)計(jì)提高一個(gè)等級）并預(yù)留注漿孔，砼達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后注漿填充。（2）初期支護(hù)背后脫空處理。對于檢測發(fā)現(xiàn)的缺陷部位加密檢測，進(jìn)一步確定脫空范圍。由于單純注漿回填需穿透防水板，需進(jìn)行拆換處理，拆換前先在脫空范圍內(nèi)拱墻部位采用自進(jìn)式中空注漿錨桿對圍巖進(jìn)行注漿加固，然后對脫空范圍內(nèi)的整版二次襯砌進(jìn)行拆換處理，重新澆筑襯砌前采用42鋼花管對初期支護(hù)背后空洞進(jìn)行注漿回填處理。注漿完畢后重新安裝防水板，灌注砼（砼標(biāo)號比原設(shè)計(jì)提高一個(gè)等級）并在拱頂預(yù)留回填注漿管道，砼達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后對初期支護(hù)與二次襯砌間的空洞進(jìn)行回填注漿處理。

3．2．2襯砌厚度不足的處理（1）因拱部脫空導(dǎo)致襯砌厚度不足的處理措施同脫空處理。（2）因欠挖造成的拱墻二次襯砌厚度不足的處理。1）因欠挖導(dǎo)致二次襯砌厚度不足（二次襯砌有效厚度為：Ⅱ、Ⅲ級圍巖大于30cm，Ⅳ、Ⅴ級圍巖大于設(shè)計(jì)厚度80％），縱向不足的長度小于5m，襯砌背后無空洞，且襯砌表面無裂紋和滲漏水、襯砌背后無空洞和系統(tǒng)錨桿缺失、無不密實(shí)等疊加缺陷，監(jiān)測穩(wěn)定無變形時(shí)，通過標(biāo)識、標(biāo)記，按照長期觀察＋監(jiān)測進(jìn)行處理。2）因欠挖導(dǎo)致隧道拱墻二次襯砌厚度不足，縱向不足的長度大于5m時(shí)，采用襯砌錨桿補(bǔ)強(qiáng)。3）因欠挖導(dǎo)致隧道拱墻二次襯砌厚度不足時(shí)，鑿除重新施作，采用鑿除、植筋、鋼筋砼嵌補(bǔ)＋錨桿加固，重新施作的砼厚度滿足原設(shè)計(jì)要求。（3）因欠挖造成仰拱及填充（底板）厚度不足的處理。1）仰拱及填充（底板）厚度大于設(shè)計(jì)厚度80％，基底無虛砟，砼強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，無裂縫及滲漏水時(shí)，通過標(biāo)識、標(biāo)記，按照長期觀察＋監(jiān)測進(jìn)行處理。2）仰拱及填充（底板）厚度為設(shè)計(jì)厚度的70％～80％，基底無虛砟，砼強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，采用22砂漿錨桿加固，錨桿長5m，間距0．8m（橫向）×1．0m（縱向）。3）仰拱及填充（底板）厚度小于設(shè)計(jì)厚度70％時(shí)，返工處理。

3．2．3仰拱（底板）底空洞及虛砟的處理對于仰拱（底板）強(qiáng)度、厚度滿足要求，隧道拱墻襯砌無脫空、開裂、施工縫張開，系統(tǒng)錨桿施工無缺失、仰拱（底板）無開裂和滲漏水的情況，采用鉆孔注漿填充、錨桿加固處理。

3．2．4襯砌鋼筋保護(hù)層厚度不足、鋼筋和施工縫止水帶外露的處理（1）對于施工期間遺留的外露非結(jié)構(gòu)鋼筋頭，采取截?cái)唷纬鲣摻詈笫褂铆h(huán)氧砂漿封閉鋼筋孔進(jìn)行處理。（2）對于二次襯砌結(jié)構(gòu)鋼筋外露和鋼筋保護(hù)層厚度不足的情況，對外露鋼筋進(jìn)行除銹防銹處理后涂刷防碳化層（水泥基滲透結(jié)晶型材料），采用機(jī)械噴涂方式，噴涂厚度不小于2mm。（3）對于施工止水帶外露，鑿除外露止水帶處砼，重新安裝好止水帶，并對鑿除部分按空洞鑿除處理原則進(jìn)行修補(bǔ)。

3．2．5襯砌裂縫和滲漏水的處理（1）襯砌裂縫寬度小于0．3mm且無滲漏水，經(jīng)觀察裂縫穩(wěn)定無發(fā)展，不影響結(jié)構(gòu)安全時(shí)，涂刷水泥基滲透結(jié)晶涂料對裂縫進(jìn)行修補(bǔ)。（2）對于施工縫、沉降縫處的月牙形裂縫，縱向?qū)挾刃∮诘扔?5cm，存在掉塊風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，采取鑿除處理措施，鑿除后比照空洞處理方法進(jìn)行處理，并將二次襯砌結(jié)合部打磨平順。（3）對于拱部砼環(huán)形裂縫，拱部裂縫造成砼獨(dú)立成塊時(shí)，先鉆孔進(jìn)行探測，若二次襯砌砼厚度滿足設(shè)計(jì)要求、無空洞、面積小于0．3m2，鑿除后比照空洞處理方法進(jìn)行處理；若面積大于0．3m2，獨(dú)立成塊、砼背后有空腔，則按二次襯砌空洞處理方法處理；若面積大于0．3m2，未獨(dú)立成塊，則對裂縫進(jìn)行注漿處理，并做好觀測。（4）對于拱部環(huán)向裂紋，對裂紋范圍內(nèi)的砼進(jìn)行全面檢查，清除不穩(wěn)定部分，對裂縫采用壓注環(huán)氧樹脂固結(jié)處理，并將裂縫表面打磨平順后涂刷水泥基滲透結(jié)晶性防水涂料。（5）對于點(diǎn)漏、大面積滲漏水，先對缺陷部位進(jìn)行加密探測，確定需處理范圍；然后對滲漏水及缺陷部位進(jìn)行注漿封堵，將水流集中，通過鑿槽埋管（槽）直接引排。（6）對于施工縫滲漏水，先對滲漏水地段周邊砼進(jìn)行加密探測，有缺陷的作返工處理。處理前對施工縫周邊砼進(jìn)行注漿止水，然后對施工縫進(jìn)行注漿封堵，注漿完畢后沿施工縫位置切槽埋管排水。（7）對于仰拱（底板）滲漏水，先鑿除第二層仰拱填充，采用瞬變電磁法對仰拱滲漏水地段（出水點(diǎn)前后100m）進(jìn)行排查，對隧道施工質(zhì)量進(jìn)行加密探測。根據(jù)探測情況對仰拱下滲漏水點(diǎn)、仰拱及仰拱填充施工缺陷進(jìn)行注漿及錨桿加固處理，注漿完畢后沿施工縫位置切槽埋管排水，重新澆筑第二層仰拱填充。

3．2．6襯砌砼不密實(shí)、拱頂?shù)魤K及蜂窩麻面和錯(cuò)臺的處理鑿除有掉塊、易脫落的砼，當(dāng)剩余砼強(qiáng)度合格且厚度滿足設(shè)計(jì)厚度的80％時(shí)，將鑿除面打磨平整；當(dāng)剩余砼強(qiáng)度合格但砼厚度不滿足設(shè)計(jì)厚度的80％時(shí)，參照襯砌厚度不足的處理方案進(jìn)行處理。對襯砌存在砼蜂窩麻面的部位進(jìn)行回彈試驗(yàn)，若砼強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，則鑿除松散砼并打磨平整，表面刷涂防水防銹涂料。水溝及電纜槽部位高度以下的仰拱及二次襯砌存在錯(cuò)臺時(shí)，可不作處理。在保證拱部二次襯砌砼不侵入隧道建筑限界，且錯(cuò)臺高度小于或等于3cm時(shí)，采用合理方式打磨平整；如錯(cuò)臺高度大于3cm，則制訂專項(xiàng)整治方案。

3．3施工注意事項(xiàng)

（1）成立現(xiàn)場生產(chǎn)及安全指揮機(jī)構(gòu)，明確職責(zé)，落實(shí)責(zé)任，對施工人員進(jìn)行培訓(xùn)。加強(qiáng)施工管理，每步施工均作記錄，確保施工質(zhì)量及運(yùn)營安全。（2）隧道缺陷整治前制定相應(yīng)預(yù)防、控制和救援措施，配備針對襯砌開裂加固、掉塊、掉拱、坍塌、潰垮等風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行應(yīng)急搶險(xiǎn)的機(jī)具、物資和技術(shù)準(zhǔn)備；嚴(yán)重地段進(jìn)行襯砌結(jié)構(gòu)加固前采用鋼架進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，確保隧道結(jié)構(gòu)和施工安全。（3）施工前核對病害的具體里程，對病害區(qū)段進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查和檢測驗(yàn)證，對新發(fā)現(xiàn)的襯砌拱部背后空洞等缺陷或病害按相關(guān)措施進(jìn)行處理。（4）注漿施工前進(jìn)行注漿試驗(yàn)，嚴(yán)格按照試驗(yàn)配比進(jìn)行施工，充分掌握漿液的凝膠時(shí)間，并使用機(jī)械攪拌，保證注漿材料的可灌性。注漿施工中經(jīng)常監(jiān)測壓注量、注漿壓力，做好注漿記錄。注漿施工后，布設(shè)注漿檢查孔檢測注漿回填效果，未達(dá)到注漿要求的，重新注漿。壓漿檢查在第一次注漿后5～7d進(jìn)行。（5）整治結(jié)束后，對整治地段進(jìn)行檢測，達(dá)不到要求的返工處理。

4結(jié)語

該文針對隧道后期缺陷整治處理措施進(jìn)行梳理，根據(jù)隧道工程缺陷特性選擇合適的整治方法，確保缺陷整治處理到位不留隱患，保證列車的安全運(yùn)行。隧道施工中應(yīng)重視過程控制、過程管理，防患于未然，以盡量少地出現(xiàn)工程缺陷，將損失降到最低。

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作者：燕永平 單位：中鐵十六局集團(tuán)