铁路隧道二次衬砌缺陷处理施工技术

朱海涛

摘 要：从隧道二次衬砌的混凝土裂缝、渗漏水、欠厚等缺陷的成因进行系统分析，从而制定切实有效的缺陷处理措施，并且在相关工程中得到了验证，取得了良好缺陷整治效果，为隧道后期安全、稳定的运营打下坚实的基础，也可为相关工程施工提供一定的借鉴。

关键词：隧道；缺陷；处理

中图分类号：TU761                                 文献标识码：A                                文章编号：2096-6903（2024）02-0028-03

0引言

由于早期建成的隧道受设计标准和建设水平的限制，部分隧道建设周期短、工程质量不足，同时隧道因受施工等各种因素的影响，隧道衬砌厚度变异性大，造成隧道结构安全储备能力降低，影响隧道的使用安全和耐久性，导致隧道营运过程出现了衬砌裂损、变形、渗漏水和混凝土剥落等诸多缺陷[1，2]。

采取切实有效的技术手段对隧道缺陷进行整治，对隧道运营安全至关重要。本文通过南方某铁路隧道具体的工程实例，通过试验及实际应用总结了隧道缺陷整治的相关技术措施，从而为相关隧道工程治理提供一定的借鉴。

1 隧道缺陷种类及产生的原因分析

1.1 衬砌混凝土裂缝

可能有以下4种原因：①混凝土配合比控制不严、水灰比过大、外加剂种类选择不当等。②二次衬砌混凝土养护不到位，在水泥水化过程中，在混凝土内部和表面形成温度差而产生的温度裂缝[3]。③隧道初期支护变形未稳定就进行二次衬砌施工，以及二次衬砌模板拆模过早，在外力及混凝土自重作用下的产生的变形裂缝。④施工过程中因突发情况，造成混凝土中断，导致两次浇筑混凝土连接处产生施工冷缝[4]。

1.2 衬砌背后脱空

可能有以下4点原因：①光面爆破参数选择不当，超欠挖严重。②初期支护表面不平整。③混凝土收缩等原因[3]，导致二次衬砌混凝土泵送不密实。④二次衬砌混凝土水灰比控制不当，使混凝土本身产生较大收缩。

1.3 衬砌渗漏水

可能有以下2点原因：①沉降缝、施工缝混凝土振捣不密实。②防水板搭接焊接质量不合格，或出现焊漏、焊穿现象，未及时进行修补而失去防护效果产生的渗漏[3]。

1.4 衬砌欠厚

可能有以下3点原因：①预留沉降量不足[5]。②防水板松铺系数不当。③开挖尺寸控制不当等。

2 隧道缺陷整治处理措施

2.1 缺陷整治原则

若同一部位或同一板衬砌存在多种类型的缺陷，应根据实际缺陷情况采用最有效的处理手段。对于存在的缺陷，需要进行结构强化和加固。在整治過程中，必须确保防水系统得到妥善的修复和补充，以保证其能够发挥出真正有效的防水功能。

隧道缺陷整治前，应对缺陷的形成原因进行认真分析判断，只有确认结构安全没有受到根本影响，或缺陷不是由于地层应力超过结构承受能力造成的，方可进行缺陷整治，否则应会同设计单位进行结构评估，采取相应的技术处理。

2.2 隧道缺陷整治措施

2.2.1 衬砌混凝土裂缝

2.2.1.1 缺陷整治措施

把裂缝四周各5 cm宽范围内衬砌表面冲洗干净，并清除松散的混凝土。在裂缝两侧涂快干型封缝胶两至三道。在距裂缝250 mm的两侧钻注浆孔，间隔500 mm，斜向穿过裂纹，保持其垂直深度在设计衬砌厚度的1/3～1/2范围内，且孔的直径应小于20 mm。注浆口的倾斜角应保持在45°左右。

采用环氧树脂作为灌浆材料，注浆结束后封堵孔口，等待环氧树脂的硬度满足预定的标准之后，再使用砂轮机将灌浆口移除。注浆结束后，在裂缝两侧的20～30 cm区域内，对二次衬砌表面进行两次水泥基结晶型防水涂料的涂刷，涂刷厚度应控制在2.0 mm左右。裂缝处理断面图如图1所示。

2.2.1.2 注意事项

本处理措施适用于钢筋混凝土衬砌或素混凝土衬砌边墙部位，当裂缝位于素混凝土衬砌拱部时应采取换拱措施处理。注浆应从下到上的顺序进行，并根据实际情况调整注浆孔间距、注浆压力和注浆量等参数。注浆过程中应严控浆液配比，加强浆液拌合质量，切实提升注浆浆体与隧道二次衬砌的整体稳定性，从根本上解决衬砌裂缝病害[3]。

2.2.2 衬砌背后脱空

2.2.2.1 缺陷整治措施

对衬砌背后脱空一般采用注浆处理措施，注浆孔孔径φ42 mm，注浆孔间距为1.0 m×1.0 m，采用梅花型交错布置。

当衬砌背后空洞体积小于等于1.5 m3时，注浆材料采用水泥砂浆，砂浆标号不低于M20。当衬砌背后空洞体积大于1.5 m3时，注浆材料采用C35细石混凝土。注浆前应对地下水质取样检测，视情况掺入适量的防腐剂，以提高注浆材料的防腐性能。

对于素混凝土的衬砌区域，应将其限定在0.4 MPa之下。对于钢筋混凝土的衬砌区域，其压力应保持在0.8 MPa以下。

当注浆压力达到设计终压并稳定5 min以上，且注浆量明显减少方可结束注浆。在注浆完成后，在注浆孔的位置衬砌表面凿出一个长×宽为100 mm×100 mm、深80 mm、底部长×宽为130 mm×130 mm的楔形孔[6]，并将φ32的加强钢筋焊接于注浆钢管上，采用不小于M30的膨胀水泥砂浆封堵注浆孔，砂浆应高出衬砌表面1～2 cm。待水泥砂浆达到强度后，再用砂轮机打磨平整。

2.2.2.2 注意事项

注浆过程中，相邻注浆孔应设置阀门等封堵手段，并与注浆孔孔口管可靠连接，以免在注浆过程中出现跑浆现象。在施工前，应进行注浆试验，并根据试验结果调整注浆参数。衬砌背后注浆顺序为纵向应自下坡向上坡方向，环向先边墙，再拱顶。注浆过程中，应密切注意注浆压力变化情况，如出现注浆压力突然上升或下降，应立即停止注浆，查明原因后方可继续注浆，以确保原有衬砌结构安全。

2.2.3 衬砌渗漏水

2.2.3.1 缺陷整治措施

注浆管采用电钻或风枪钻孔后安装，钻孔直径不大于2 cm。钻孔深度限定在设计衬砌厚度的1/3～1/2范围内，最佳的范围是8～10 cm。

点漏处理：注浆管应布置在出水点；安装注浆管时，应清理钻孔孔壁并进行冲洗；注浆管外侧涂刷环氧树脂进行安装，以使注浆管安装牢固；注浆管应紧抵出水点[7]。

面漏处理：清除面漏区域内的2～3cm表面混凝土，找出主要的漏水点，并进行钻孔；然后在漏水面上均匀地布置注浆孔，间距控制在20～30 cm。

裂縫渗漏：将注浆孔错落地布置在裂缝两侧，单侧间隔500 mm左右，钻孔角度约为45°，并斜穿过裂缝。应将注浆管的外露长度设定为8～10 cm，以便于与注浆设备的连接。

注浆采用环氧树脂，浆液配制应根据隧道渗漏水情况进行试配，注浆压力控制在0.3～0.4 MPa。

注浆结束的准则为当吸浆量显著降低，或者接近设计的注浆量时，注浆压力保持稳定且满足设计要求，再继续压注3～5 min就可以中止注浆。注浆过程中应随时观察压力变化，当压力突然增高应立刻停止注浆。压力急剧下降时，应暂停该孔注浆，调整浆液的凝结时间及浆液浓度后继续注浆。

在完成注浆之后，将注浆孔封闭，待浆液完全凝固并达到强度后，切除外露的部分，并用封缝材料将孔口修平并打磨光滑，在渗水点两侧各20～30 cm范围内的二次衬砌表面刷涂两遍环氧树脂防水层，刷涂厚度控制在2.0 mm左右。

2.2.3.2 注意事项

需保证注浆管路有足够的强度且在注浆结束后立即拆除清洗。注浆时，操作人员必须穿戴必要的安全防护用品。应根据漏水量、水流速度以及混凝土裂缝的大小等因素来调整浆液的凝固时间。

为确保环氧树脂和原始混凝土的紧密结合，在涂抹环氧树脂之前，需要先在粘接表面上涂一层环氧基液，然后再进行环氧树脂的涂抹。环氧树脂的涂抹应该分两次进行，每一层的厚度控制在5 mm，而整体的厚度不要超过10 mm。施工时，按先引水、处理漏水缝，再进行注浆的顺序施工。

2.2.4 二次衬砌换衬处理

当隧道缺陷类型为欠厚或防水板切割衬砌混凝土等情况，并影响衬砌结构安全时需进行换衬处理。

2.2.4.1 缺陷整治措施

二次衬砌缺陷位于拱部的，无论环向长度多长，均需将拱部二次衬砌全部拆除进行换衬。当二次衬砌缺陷位于的边墙时，只需拆除缺陷部分即可，拆除纵向为缺陷处向外延伸至少1 m。若凿除边缘距离环向施工缝小于1 m时，应加长拆除长度至施工缝处。

凿除、切割二次衬砌时，其边缘应修整平顺，并形成内宽外窄的倒梯形，梯形与原衬砌表面交度宜为60°。切口表面应进行凿毛形成粗糙面后清理干净，涂刷水泥基渗透结晶型防水涂料，并安装止水条，以利于混凝土接茬及接缝的防水。

无论是拱部还是边墙进行换衬处理，均应按设计要求配置二次衬砌钢筋，以加强衬砌结构的整体稳定性。

凿除、切割后需要重新植入钢筋时，钢筋植入深度按30 cm、50 cm交替布置，植筋采用化学锚固剂进行锚固，且钢筋抗拉力应达到钢筋抗拉强度的85%以上。

拱部拆除换衬采用专用二次衬砌台车施工，边墙处以及运营线施工宜采用组合钢模板或大块钢模板。

采用微膨胀混凝土，其标号不得低于该段原设计二次衬砌混凝土标号，并振捣密实。

2.2.4.2 注意事项

在施工过程中，必须严格控制隧道的防排水系统的施工质量。一次浇筑的混凝土不得跨越原施工缝，以免因错缝产生衬砌裂缝。混凝土拆模后应对接缝表面进行打磨处理。

3 结束语

在衬砌缺陷整治前，应采用地质雷达、敲击等手段对缺陷范围进行探查，以确定缺陷处理范围。

在处理缺陷时，使用注浆方法时，根据注浆记录来评估注浆的效果。必要时进行补注浆，以保证衬砌背后的空洞得到充分填充。

当隧道二次衬砌渗水量较大，采用注浆止水难以达到预期效果时，此时应认真分析研判，必要时进行换拱处理，以免留下隐患。

在运营线上进行隧道的缺陷修时，必须强化与铁路部门的交流，确定天窗点时间。在每天的施工结束之后，必须对机器设备、工具和材料进行核对，绝对不能遗漏任何一项，这样才能避免对铁路的运营造成威胁[8]。

在隧道施工过程中，应加强隧道二次衬砌质量的控制，尽可能避免隧道出现质量缺陷，确保后期隧道运营安全。

参考文献

[1] 宋战平，张泽坤，程昀，等.既有公路隧道改扩建技术研究动态及展望[J].地下空间与工程学报，2023，19（4）1216-1234.

[2] 宋战平，荆敏，韩日美，等.基于强度安全系数概念的隧道衬砌结构优选设计[J].西安建筑科技大学学报（自然科学版），2010，42（4）：499-503+508.

[3] 王震.铁路隧道衬砌质量缺陷分析与整治措施[J].中文科技期刊数据库（文摘版）工程技术，2019（6）：360-361.

[4] 王芳，张磊，邸成.运营铁路隧道衬砌施工冷缝缺陷综合整治技术[J].高速铁路技术，2021，12（3）：106-110.

[5] 魏宝林.公路隧道二次衬砌厚度不足成因分析和治理[J].山西建筑，2017，43（28）：193-194.

[6] 刘建丰.浅谈铁路客运专线隧道衬砌质量缺陷处理施工技术[J].铁道建筑技术，2014（6）：61-64.

[7] 许晓静，宋战平，李辉，等.考虑拱效应的隧道管棚力学模型与参数分析[J].地下空间与工程学报，2023，19（1）：95-106+132.

[8] 邵东华.高速铁路营业线隧道衬砌缺陷整治技术研究[J].铁道建筑技术，2019（z1）：113-117.