鐵路隧道工程缺陷整治控制研究

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摘要：結合新建瑞昌至九江鐵路吳家鋪隧道缺陷整治處理工程實例，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、拱頂掉塊及蜂窩麻面和錯臺等缺陷提出整治處理措施。

關鍵詞：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，安全風險極大，將導致在聯調聯試和開通運行中事故頻發，嚴重威脅運營列車的通行安全，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。隧址區為丘陵地貌，地形起伏，山體連綿，地面標高50～159m，相對高差約110m。坡體植被發育，多為喬木夾少量灌木叢。山體自然坡度20°～30°，自然山體穩定。隧道出口段凈埋深12～18m，地形左側較高、右側較低，屬于淺埋偏壓隧道。丘坡表面為第四系全新統坡殘積層粉質黏土及細角礫土，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巖，青灰色，黑色，隱晶質結構，薄～中層構造，巖溶極為發育。隧道中段為泥盆系五通組砂巖與石炭系船山組灰巖的交界地段，兩者呈不整合接觸，巖石多破碎。地表水、地下水不發育，主要為巖溶水，受大氣降雨補給，季節變化大。除明洞采用整體式襯砌外，其余暗洞均采用復合式襯砌結構，拱墻初期支護與二次襯砌間設防水板（加土工布），模筑襯砌拱墻環向設計背貼式止水帶及中埋式橡膠止水帶，仰拱設置中埋式橡膠止水帶，縱向施工縫設置中埋式橡膠止水帶＋遇水膨脹橡膠止水條，二次襯砌背后以環向間距8～10m設置寬60cm的排水板；縱向設置貫通的直徑100mm的打孔波紋管。該隧道在提前介入期間發現問題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、較嚴重B、嚴重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。靜態驗收期間共發現問題107條，其中A類問題66條，B類問題41條。后期在聯調聯試期間又發現A類問題2條。出現的缺陷有拱頂和拱腰麻面、骨料疏松、敲擊剝落掉塊、施工縫閉環裂紋和錯臺、二次襯砌及仰拱厚度不足或不密實、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、風化，整體沉降變形較大，導致出現二次襯砌砼表面裂紋及局部滲水、初期支護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、運輸過程中離析等，導致砼堵塞泵管、強度不足、漏筋、蜂窩麻面、局部掉塊、色差大等。

2．3施工機具影響

常規二次襯砌臺車很難一次澆筑到位，拱頂脫空及空響現象時有發生；砼澆筑過程中振搗不到位，導致蜂窩麻面；曲線段和加寬段由于二次襯砌臺車受限，易導致錯臺現象嚴重；防水板鋪掛焊機的選型直接影響防水效果等。

2．4施工方法和措施不當

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

2．5施工管理不到位

施工現場管理人員責任心不強，施工隊偷工減料現象嚴重，隧道施工不符合施工技術規范要求，也是重要原因。常出現的施工質量問題有：仰拱（底板）底空洞及虛砟；超前注漿預支護施工不到位；錨桿長度不足、注漿不飽滿、早期強度不足；鋼筋網片焊接質量不合格，安裝時未能與上循環進行有效搭接；初期支護背后局部脫空，拱腳未能置于穩定、堅固的基礎上；鋼筋定位不準確，鋼筋保護層厚度不足，鋼筋和施工縫止水帶安裝不規范，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量進行無損檢測，對不同程度的隧道缺陷及病害進行量化，對于檢測發現的缺陷部位，采用加密掃描和鉆取芯樣的方式進行驗證，進一步確定缺陷范圍和程度。按照缺陷等級情況采用監測、增設錨桿和鋼筋、注漿、切槽引排等措施進行處理，考慮已施工結構的完整性，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、拱頂掉塊及蜂窩麻面和錯臺。

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間脫空處理。1）二次襯砌結構為素砼的脫空處理。環向空洞長度大于2m時，若因初期支護侵線造成襯砌厚度小于25cm，鑿除至襯砌厚度不小于25cm，縱向寬度鑿除至襯砌厚度不小于25cm且鑿除寬度不小于0．5m，周邊砼鑿毛、植筋掛網補強后灌注砼，并預留注漿孔，砼達到設計強度后注漿填充；若因空洞造成襯砌厚度小于25cm，鑿除至襯砌厚度不小于25cm，縱向寬度鑿除至襯砌厚度不小于25cm且鑿除寬度不小于0．5m，周邊砼鑿毛后灌注砼，并預留注漿孔，砼達到設計強度后注漿填充。環向空洞長度小于等于2m時，將空洞鑿成倒梯形至襯砌厚度不小于25cm，周邊砼鑿毛、植筋后灌注砼并預留注漿孔，砼達到設計強度后注漿填充。2）二次襯砌結構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（砼標號比原設計提高一個等級）并預留注漿孔，砼達到設計強度后注漿填充。（2）初期支護背后脫空處理。對于檢測發現的缺陷部位加密檢測，進一步確定脫空范圍。由于單純注漿回填需穿透防水板，需進行拆換處理，拆換前先在脫空范圍內拱墻部位采用自進式中空注漿錨桿對圍巖進行注漿加固，然后對脫空范圍內的整版二次襯砌進行拆換處理，重新澆筑襯砌前采用42鋼花管對初期支護背后空洞進行注漿回填處理。注漿完畢后重新安裝防水板，灌注砼（砼標號比原設計提高一個等級）并在拱頂預留回填注漿管道，砼達到設計強度后對初期支護與二次襯砌間的空洞進行回填注漿處理。

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級圍巖大于設計厚度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錨桿缺失、無不密實等疊加缺陷，監測穩定無變形時，通過標識、標記，按照長期觀察＋監測進行處理。2）因欠挖導致隧道拱墻二次襯砌厚度不足，縱向不足的長度大于5m時，采用襯砌錨桿補強。3）因欠挖導致隧道拱墻二次襯砌厚度不足時，鑿除重新施作，采用鑿除、植筋、鋼筋砼嵌補＋錨桿加固，重新施作的砼厚度滿足原設計要求。（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）厚度大于設計厚度80％，基底無虛砟，砼強度滿足設計要求，無裂縫及滲漏水時，通過標識、標記，按照長期觀察＋監測進行處理。2）仰拱及填充（底板）厚度為設計厚度的70％～80％，基底無虛砟，砼強度滿足設計要求時，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）厚度小于設計厚度70％時，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構鋼筋頭，采取截斷、拔出鋼筋后使用環氧砂漿封閉鋼筋孔進行處理。（2）對于二次襯砌結構鋼筋外露和鋼筋保護層厚度不足的情況，對外露鋼筋進行除銹防銹處理后涂刷防碳化層（水泥基滲透結晶型材料），采用機械噴涂方式，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行修補。

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，經觀察裂縫穩定無發展，不影響結構安全時，涂刷水泥基滲透結晶涂料對裂縫進行修補。（2）對于施工縫、沉降縫處的月牙形裂縫，縱向寬度小于等于15cm，存在掉塊風險時，采取鑿除處理措施，鑿除后比照空洞處理方法進行處理，并將二次襯砌結合部打磨平順。（3）對于拱部砼環形裂縫，拱部裂縫造成砼獨立成塊時，先鉆孔進行探測，若二次襯砌砼厚度滿足設計要求、無空洞、面積小于0．3m2，鑿除后比照空洞處理方法進行處理；若面積大于0．3m2，獨立成塊、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，未獨立成塊，則對裂縫進行注漿處理，并做好觀測。（4）對于拱部環向裂紋，對裂紋范圍內的砼進行全面檢查，清除不穩定部分，對裂縫采用壓注環氧樹脂固結處理，并將裂縫表面打磨平順后涂刷水泥基滲透結晶性防水涂料。（5）對于點漏、大面積滲漏水，先對缺陷部位進行加密探測，確定需處理范圍；然后對滲漏水及缺陷部位進行注漿封堵，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行注漿止水，然后對施工縫進行注漿封堵，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（出水點前后100m）進行排查，對隧道施工質量進行加密探測。根據探測情況對仰拱下滲漏水點、仰拱及仰拱填充施工缺陷進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、拱頂掉塊及蜂窩麻面和錯臺的處理鑿除有掉塊、易脫落的砼，當剩余砼強度合格且厚度滿足設計厚度的80％時，將鑿除面打磨平整；當剩余砼強度合格但砼厚度不滿足設計厚度的80％時，參照襯砌厚度不足的處理方案進行處理。對襯砌存在砼蜂窩麻面的部位進行回彈試驗，若砼強度滿足設計要求，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臺時，可不作處理。在保證拱部二次襯砌砼不侵入隧道建筑限界，且錯臺高度小于或等于3cm時，采用合理方式打磨平整；如錯臺高度大于3cm，則制訂專項整治方案。

3．3施工注意事項

（1）成立現場生產及安全指揮機構，明確職責，落實責任，對施工人員進行培訓。加強施工管理，每步施工均作記錄，確保施工質量及運營安全。（2）隧道缺陷整治前制定相應預防、控制和救援措施，配備針對襯砌開裂加固、掉塊、掉拱、坍塌、潰垮等風險進行應急搶險的機具、物資和技術準備；嚴重地段進行襯砌結構加固前采用鋼架進行臨時支護，確保隧道結構和施工安全。（3）施工前核對病害的具體里程，對病害區段進行現場調查和檢測驗證，對新發現的襯砌拱部背后空洞等缺陷或病害按相關措施進行處理。（4）注漿施工前進行注漿試驗，嚴格按照試驗配比進行施工，充分掌握漿液的凝膠時間，并使用機械攪拌，保證注漿材料的可灌性。注漿施工中經常監測壓注量、注漿壓力，做好注漿記錄。注漿施工后，布設注漿檢查孔檢測注漿回填效果，未達到注漿要求的，重新注漿。壓漿檢查在第一次注漿后5～7d進行。（5）整治結束后，對整治地段進行檢測，達不到要求的返工處理。

4結語

該文針對隧道后期缺陷整治處理措施進行梳理，根據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，保證列車的安全運行。隧道施工中應重視過程控制、過程管理，防患于未然，以盡量少地出現工程缺陷，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