铁路隧道工程缺陷整治控制研究

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摘要：结合新建瑞昌至九江铁路吴家铺隧道缺陷整治处理工程实例，分析铁路隧道工程缺陷形成原因，针对隧道脱空及空响、衬砌厚度不足、仰拱（底板）底空洞及虚砟、衬砌钢筋保护层厚度不足、衬砌钢筋和施工缝止水带外露、衬砌裂缝和渗漏水、衬砌砼不密实、拱顶掉块及蜂窝麻面和错台等缺陷提出整治处理措施。

关键词：隧道；缺陷整治；裂纹；脱空；二次衬砌；渗水；蜂窝麻面

铁路隧道工程属地下构筑物，不确定因素较多，隐蔽工程较多，存在的缺陷较多，若处理整治不好，安全风险极大，将导致在联调联试和开通运行中事故频发，严重威胁运营列车的通行安全，隧道缺陷整治成为亟待解决的工程问题之一。该文以新建瑞昌至九江铁路吴家铺隧道为例，通过现场研究及分析，提出缺陷整治处理方案，为同类铁路隧道工程缺陷整治处理提供借鉴。

1工程概况

吴家铺隧道位于江西省九江市，全长930．27m，隧道最大埋深约75m。隧址区为丘陵地貌，地形起伏，山体连绵，地面标高50～159m，相对高差约110m。坡体植被发育，多为乔木夹少量灌木丛。山体自然坡度20°～30°，自然山体稳定。隧道出口段净埋深12～18m，地形左侧较高、右侧较低，属于浅埋偏压隧道。丘坡表面为第四系全新统坡残积层粉质黏土及细角砾土，黄褐色，稍密，稍湿，角砾主要为砂岩碎块，厚度11．8～19．2m；下伏基岩为石炭系船山组灰岩，青灰色，黑色，隐晶质结构，薄～中层构造，岩溶极为发育。隧道中段为泥盆系五通组砂岩与石炭系船山组灰岩的交界地段，两者呈不整合接触，岩石多破碎。地表水、地下水不发育，主要为岩溶水，受大气降雨补给，季节变化大。除明洞采用整体式衬砌外，其余暗洞均采用复合式衬砌结构，拱墙初期支护与二次衬砌间设防水板（加土工布），模筑衬砌拱墙环向设计背贴式止水带及中埋式橡胶止水带，仰拱设置中埋式橡胶止水带，纵向施工缝设置中埋式橡胶止水带＋遇水膨胀橡胶止水条，二次衬砌背后以环向间距8～10m设置宽60cm的排水板；纵向设置贯通的直径100mm的打孔波纹管。该隧道在提前介入期间发现问题384条，其中：A类问题366条，B类问题18条（缺陷及病害问题等级划分为轻微C、较严重B、严重A）；二次衬砌开天窗处理8处，尺寸最大的为5．41m×4m，最小的为2m×1．5m。静态验收期间共发现问题107条，其中A类问题66条，B类问题41条。后期在联调联试期间又发现A类问题2条。出现的缺陷有拱顶和拱腰麻面、骨料疏松、敲击剥落掉块、施工缝闭环裂纹和错台、二次衬砌及仰拱厚度不足或不密实、衬砌背后空洞空响、长大裂缝、局部渗水、泄水孔堵塞、隧底虚渣等。

2缺陷形成原因分析

2．1工程地质条件差

该隧道为浅埋偏压隧道，地表覆盖层薄弱，围岩破碎，自承力低极，引起围岩松动、风化，整体沉降变形较大，导致出现二次衬砌砼表面裂纹及局部渗水、初期支护或二次衬砌侵限厚度不足、泄水孔堵塞。

2．2工程材料影响

砼原材料不合格、和易性差、拌和不均匀、运输过程中离析等，导致砼堵塞泵管、强度不足、漏筋、蜂窝麻面、局部掉块、色差大等。

2．3施工机具影响

常规二次衬砌台车很难一次浇筑到位，拱顶脱空及空响现象时有发生；砼浇筑过程中振捣不到位，导致蜂窝麻面；曲线段和加宽段由于二次衬砌台车受限，易导致错台现象严重；防水板铺挂焊机的选型直接影响防水效果等。

2．4施工方法和措施不当

施工方法与地质条件不相适应；地质条件发生变化，未及时改变施工方法；围岩暴露时间太长，变形难以控制；受工法限制，二次衬砌很难一次浇筑到位，势必在拱顶出现空洞，需对每板二次衬砌拱顶进行回填注浆，但往往被忽略。

2．5施工管理不到位

施工现场管理人员责任心不强，施工队偷工减料现象严重，隧道施工不符合施工技术规范要求，也是重要原因。常出现的施工质量问题有：仰拱（底板）底空洞及虚砟；超前注浆预支护施工不到位；锚杆长度不足、注浆不饱满、早期强度不足；钢筋网片焊接质量不合格，安装时未能与上循环进行有效搭接；初期支护背后局部脱空，拱脚未能置于稳定、坚固的基础上；钢筋定位不准确，钢筋保护层厚度不足，钢筋和施工缝止水带安装不规范，堵塞排水管等。

3缺陷整治处理措施

委托第三方对该隧道施工质量进行无损检测，对不同程度的隧道缺陷及病害进行量化，对于检测发现的缺陷部位，采用加密扫描和钻取芯样的方式进行验证，进一步确定缺陷范围和程度。按照缺陷等级情况采用监测、增设锚杆和钢筋、注浆、切槽引排等措施进行处理，考虑已施工结构的完整性，尽量减少拆换。

3．1缺陷类型

该隧道施工存在的缺陷主要为隧道脱空及空响、衬砌厚度不足、仰拱（底板）底空洞及虚砟、钢筋保护层厚度不足、钢筋和施工缝止水带外露、二次衬砌裂缝及渗漏水、衬砌砼不密实、拱顶掉块及蜂窝麻面和错台。

3．2整治处理措施

3．2．1隧道脱空及空响的处理（1）二次衬砌与初期支护间脱空处理。1）二次衬砌结构为素砼的脱空处理。环向空洞长度大于2m时，若因初期支护侵线造成衬砌厚度小于25cm，凿除至衬砌厚度不小于25cm，纵向宽度凿除至衬砌厚度不小于25cm且凿除宽度不小于0．5m，周边砼凿毛、植筋挂网补强后灌注砼，并预留注浆孔，砼达到设计强度后注浆填充；若因空洞造成衬砌厚度小于25cm，凿除至衬砌厚度不小于25cm，纵向宽度凿除至衬砌厚度不小于25cm且凿除宽度不小于0．5m，周边砼凿毛后灌注砼，并预留注浆孔，砼达到设计强度后注浆填充。环向空洞长度小于等于2m时，将空洞凿成倒梯形至衬砌厚度不小于25cm，周边砼凿毛、植筋后灌注砼并预留注浆孔，砼达到设计强度后注浆填充。2）二次衬砌结构为钢筋砼的空洞处理。将空洞凿成倒梯形，凿除至衬砌厚度不小于20cm，周边砼凿毛，灌注砼（砼标号比原设计提高一个等级）并预留注浆孔，砼达到设计强度后注浆填充。（2）初期支护背后脱空处理。对于检测发现的缺陷部位加密检测，进一步确定脱空范围。由于单纯注浆回填需穿透防水板，需进行拆换处理，拆换前先在脱空范围内拱墙部位采用自进式中空注浆锚杆对围岩进行注浆加固，然后对脱空范围内的整版二次衬砌进行拆换处理，重新浇筑衬砌前采用42钢花管对初期支护背后空洞进行注浆回填处理。注浆完毕后重新安装防水板，灌注砼（砼标号比原设计提高一个等级）并在拱顶预留回填注浆管道，砼达到设计强度后对初期支护与二次衬砌间的空洞进行回填注浆处理。

3．2．2衬砌厚度不足的处理（1）因拱部脱空导致衬砌厚度不足的处理措施同脱空处理。（2）因欠挖造成的拱墙二次衬砌厚度不足的处理。1）因欠挖导致二次衬砌厚度不足（二次衬砌有效厚度为：Ⅱ、Ⅲ级围岩大于30cm，Ⅳ、Ⅴ级围岩大于设计厚度80％），纵向不足的长度小于5m，衬砌背后无空洞，且衬砌表面无裂纹和渗漏水、衬砌背后无空洞和系统锚杆缺失、无不密实等叠加缺陷，监测稳定无变形时，通过标识、标记，按照长期观察＋监测进行处理。2）因欠挖导致隧道拱墙二次衬砌厚度不足，纵向不足的长度大于5m时，采用衬砌锚杆补强。3）因欠挖导致隧道拱墙二次衬砌厚度不足时，凿除重新施作，采用凿除、植筋、钢筋砼嵌补＋锚杆加固，重新施作的砼厚度满足原设计要求。（3）因欠挖造成仰拱及填充（底板）厚度不足的处理。1）仰拱及填充（底板）厚度大于设计厚度80％，基底无虚砟，砼强度满足设计要求，无裂缝及渗漏水时，通过标识、标记，按照长期观察＋监测进行处理。2）仰拱及填充（底板）厚度为设计厚度的70％～80％，基底无虚砟，砼强度满足设计要求时，采用22砂浆锚杆加固，锚杆长5m，间距0．8m（横向）×1．0m（纵向）。3）仰拱及填充（底板）厚度小于设计厚度70％时，返工处理。

3．2．3仰拱（底板）底空洞及虚砟的处理对于仰拱（底板）强度、厚度满足要求，隧道拱墙衬砌无脱空、开裂、施工缝张开，系统锚杆施工无缺失、仰拱（底板）无开裂和渗漏水的情况，采用钻孔注浆填充、锚杆加固处理。

3．2．4衬砌钢筋保护层厚度不足、钢筋和施工缝止水带外露的处理（1）对于施工期间遗留的外露非结构钢筋头，采取截断、拔出钢筋后使用环氧砂浆封闭钢筋孔进行处理。（2）对于二次衬砌结构钢筋外露和钢筋保护层厚度不足的情况，对外露钢筋进行除锈防锈处理后涂刷防碳化层（水泥基渗透结晶型材料），采用机械喷涂方式，喷涂厚度不小于2mm。（3）对于施工止水带外露，凿除外露止水带处砼，重新安装好止水带，并对凿除部分按空洞凿除处理原则进行修补。

3．2．5衬砌裂缝和渗漏水的处理（1）衬砌裂缝宽度小于0．3mm且无渗漏水，经观察裂缝稳定无发展，不影响结构安全时，涂刷水泥基渗透结晶涂料对裂缝进行修补。（2）对于施工缝、沉降缝处的月牙形裂缝，纵向宽度小于等于15cm，存在掉块风险时，采取凿除处理措施，凿除后比照空洞处理方法进行处理，并将二次衬砌结合部打磨平顺。（3）对于拱部砼环形裂缝，拱部裂缝造成砼独立成块时，先钻孔进行探测，若二次衬砌砼厚度满足设计要求、无空洞、面积小于0．3m2，凿除后比照空洞处理方法进行处理；若面积大于0．3m2，独立成块、砼背后有空腔，则按二次衬砌空洞处理方法处理；若面积大于0．3m2，未独立成块，则对裂缝进行注浆处理，并做好观测。（4）对于拱部环向裂纹，对裂纹范围内的砼进行全面检查，清除不稳定部分，对裂缝采用压注环氧树脂固结处理，并将裂缝表面打磨平顺后涂刷水泥基渗透结晶性防水涂料。（5）对于点漏、大面积渗漏水，先对缺陷部位进行加密探测，确定需处理范围；然后对渗漏水及缺陷部位进行注浆封堵，将水流集中，通过凿槽埋管（槽）直接引排。（6）对于施工缝渗漏水，先对渗漏水地段周边砼进行加密探测，有缺陷的作返工处理。处理前对施工缝周边砼进行注浆止水，然后对施工缝进行注浆封堵，注浆完毕后沿施工缝位置切槽埋管排水。（7）对于仰拱（底板）渗漏水，先凿除第二层仰拱填充，采用瞬变电磁法对仰拱渗漏水地段（出水点前后100m）进行排查，对隧道施工质量进行加密探测。根据探测情况对仰拱下渗漏水点、仰拱及仰拱填充施工缺陷进行注浆及锚杆加固处理，注浆完毕后沿施工缝位置切槽埋管排水，重新浇筑第二层仰拱填充。

3．2．6衬砌砼不密实、拱顶掉块及蜂窝麻面和错台的处理凿除有掉块、易脱落的砼，当剩余砼强度合格且厚度满足设计厚度的80％时，将凿除面打磨平整；当剩余砼强度合格但砼厚度不满足设计厚度的80％时，参照衬砌厚度不足的处理方案进行处理。对衬砌存在砼蜂窝麻面的部位进行回弹试验，若砼强度满足设计要求，则凿除松散砼并打磨平整，表面刷涂防水防锈涂料。水沟及电缆槽部位高度以下的仰拱及二次衬砌存在错台时，可不作处理。在保证拱部二次衬砌砼不侵入隧道建筑限界，且错台高度小于或等于3cm时，采用合理方式打磨平整；如错台高度大于3cm，则制订专项整治方案。

3．3施工注意事项

（1）成立现场生产及安全指挥机构，明确职责，落实责任，对施工人员进行培训。加强施工管理，每步施工均作记录，确保施工质量及运营安全。（2）隧道缺陷整治前制定相应预防、控制和救援措施，配备针对衬砌开裂加固、掉块、掉拱、坍塌、溃垮等风险进行应急抢险的机具、物资和技术准备；严重地段进行衬砌结构加固前采用钢架进行临时支护，确保隧道结构和施工安全。（3）施工前核对病害的具体里程，对病害区段进行现场调查和检测验证，对新发现的衬砌拱部背后空洞等缺陷或病害按相关措施进行处理。（4）注浆施工前进行注浆试验，严格按照试验配比进行施工，充分掌握浆液的凝胶时间，并使用机械搅拌，保证注浆材料的可灌性。注浆施工中经常监测压注量、注浆压力，做好注浆记录。注浆施工后，布设注浆检查孔检测注浆回填效果，未达到注浆要求的，重新注浆。压浆检查在第一次注浆后5～7d进行。（5）整治结束后，对整治地段进行检测，达不到要求的返工处理。

4结语

该文针对隧道后期缺陷整治处理措施进行梳理，根据隧道工程缺陷特性选择合适的整治方法，确保缺陷整治处理到位不留隐患，保证列车的安全运行。隧道施工中应重视过程控制、过程管理，防患于未然，以尽量少地出现工程缺陷，将损失降到最低。

参考文献：

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［5］田单，张炜．浅谈高速铁路隧道质量缺陷整治方法［J］．江西建材，2017（15）．

作者：燕永平 单位：中铁十六局集团