既有线铁路隧道病害整治套衬施工技术研究应用

既有线铁路隧道病害整治套衬施工技术研究应用

巴望

中铁二十五局集团第四工程有限公司 广西柳州 545007

摘要：实践应用表明，对既有隧道衬砌背后空洞、厚度不足、渗漏水等病害采取以套衬为主的综合治理技术，不仅能起好良好的病害整治效果，还能有效控制了衬砌病害的进一步发展。确保了隧道衬砌的结构安全，延长了既有线铁路隧道的工程寿命。该工法取得了良好的经济及社会效益，推广应用效果显著。

关键词：隧道病害整治 套衬施工 化学锚栓 拱顶注浆 技术创新

0前言

过去20年我国铁路事业处于高速发展阶段，铁路干线规划布局从“五纵三横”发展至“八纵八横”，铁路交通建设里程不断刷新。由于过去隧道施工工艺、检测方法的不成熟，隧道衬砌质量控制水平差，导致目前运营中的铁路干线既有隧道暴露出系列质量缺陷及病害问题。以衬砌厚度不够、渗漏水、砼破损、背后空洞等尤为严重。随着渗水对隧道砌衬钢筋及砼侵蚀的加重，对隧道运营带来巨大的安全危害。多年的病害整治成果证明，在隧道内净穿足够时，增设套衬的技术对于处理衬砌厚度严重不足、衬砌破损过多的效果显著。但由于新旧砼界面连接、砼凝固后干缩及施工条件差等原因，套衬易出现与原有隧道衬砌的界面脱离、砼裂缝发育等问题，因而对既有线铁路隧道病害整治套衬施工进行技术创新研究显得十分必要。

1新型套衬施工技术简介

1.1工艺原理

当隧道的病害还不足以危及隧道结构的使用安全，经采取加固措施后及有较强的承载能力。且隧道净空足够，则可考虑施工套衬的加固措施，即在原有衬砌内再施作一定厚度钢筋混凝土层，与原有衬砌共同承载。套衬能够有效限制既有衬砌的继续变形与裂损，同时起到防水作用。

1.2技术创新点

本文作者经对既有线铁路隧道病害整治套衬施工开展技术、工艺及方法的不断攻关与技术创新，形成了全面、完整的既有线铁路隧道病害整治套衬施工新技术，主要的技术创新点如下：

（1）采用“格栅钢架+合理配筋”的衬砌加强技术。能有效增强套衬的整体强度及抗裂缝性能，避免出现干缩裂缝，提高了套衬的防渗漏性能及耐久性。

（2）充分利用原衬砌的承载能力，采取设置锚栓及扣件，使格栅钢架与原有衬砌牢固连接形成承载能力强的稳固整体，加劲补强衬砌强度。

（3）套衬采用25cm厚C40细石自密性模筑钢筋混凝土，避免套衬砌产生空洞，使砼结构均匀密实，提高其抗裂缝性能。采用专业的凿毛设备进行原衬砌砼面凿毛，并涂刷界面剂，有效保证新旧混凝土连接良好，解决了套衬与既有衬砌砼结合不良的问题，进一步提高了补强区域衬砌结构整体性与质量可靠性。

（4）采用套衬拱部空隙充填注浆技术。完成套衬砼浇筑，套衬拆模前，通过实施套衬拱顶充填注浆，很好的解决了套衬顶部与既有衬砌间出现空隙的问题。

1.3适用范围

本工法适用于既有铁路、公路隧道衬砌厚度不够、渗漏水、背后空洞及裂缝发育等质量缺陷及病害的整治与补强。

2应用实例

2.1增建遂渝铁路二线隧道整治

增建遂渝铁路二线为高铁线路，设计时速为250km/h。其中有34座隧道采用“格栅钢架+模筑钢筋混凝土+套衬拱部空隙充填注浆”组合技术处理衬砌背后空洞、厚度不足、渗漏水等病害，成功克服了“天窗”施工时间短、施工质量要求高、施工安全压力大等诸多不利因素。通过该工法成功整治了衬砌病害，确保既有隧道的结构安全，延长了既有线铁路隧道的工程寿命，达到了隧道衬砌整治补强的目的，表明该工法是一种安全可靠、效果显著的施工技术。

2.2应用效果

（1）经济效果：该工法采用吊模，施工不会造成营运线铁路停运，只需借用天窗时间进行施工作业，不会对既有铁路运营造成经济损失，能满足铁路运输部门运营要求；且该工法整治后的病害，衬砌整强度高、整体性更好，增强市场竞争力。

（2）质量效果：采用“格栅钢架+模筑钢筋混凝土+套衬拱部空隙充填注浆”组合技术处理隧道衬砌背后空洞、厚度不足、渗漏水等病害具有科学、合理、高效、实用等显著特点，特别是在运营繁忙的高速铁路上施工，质量更易得到保证，安全也易管控。经质量检测及后期回访，表明该工法达到了“一次根治，不留后患”的效果。

3施工技术及施工要点

以下以遂渝铁路二线隧道病害整治为例，详细说明“格栅钢架+模筑钢筋混凝土+套衬拱部空隙充填注浆”组合技术的施工过程及施工要点。

3.1施工工艺流程

衬砌表面凿毛→施工测量放样→架立格栅钢架→安装化学锚栓→钻孔定位钢筋→绑扎衬砌钢筋→安装吊模→浇筑套衬砼→套衬背后空隙纵向注浆。

3.2操作要点

3.2.1衬砌表面凿毛

对隧道衬砌病害整治区域进行定位，在衬砌上标记出病害整治区域、里程桩号。

为保证模筑砼与原衬砌砼面连接良好，套衬施做前需对原有衬砌砼表面进行凿毛处理。凿毛区域扩至缺陷整治范围0.2m以外。

砼面凿毛的质量决定了新旧砼连接的效果。要求凿毛深度≮10mm，凿露出新砼面积＞75%，砼面凹凸差≮6mm。本项目使用专用电动凿化机进行全面凿毛；然后用钢丝刷及高压水清洗干净，最后再涂刷界面剂，确保了新旧砼的良好连接。

3.2.2测量放样及栅格钢架、锚栓布设

根据设计放出格栅钢架与化学锚栓的施做孔位置，格栅钢架与化学锚栓布置如图1所示，锚栓孔环向间距按1.0m，纵向间距按0.8m。

图1 格栅钢架与化学锚栓布置

3.2.3架立格栅钢架

（1）实测隧道断面尺寸，以确定拱架加工尺寸，场外加工，待施工时运至施工现场。

（2）现场放样后，凿出拱架基础，成倒斜坡。当遇到原隧道钢筋时，尽量避免破坏，而是对其位置适当调整。

（3）架立格栅钢架。单榀先立左侧B型钢架→右侧B型钢架→左侧A型钢架→右侧A型钢→拱部A型钢架，拱脚增设锁脚锚杆和化学锚栓锚固。锁脚锚杆采用取芯机打引导孔，然后用风枪打自进式锚杆并注浆。

3.2.4安装化学锚栓

（1）在原衬砌上钻孔，安装化学锚栓，锚栓的布设根据现场情况适当调整，但环向间距不得大于1m。扣件钢板厚度不小于3mm。钢架锚固处如有不密贴衬砌的部位，则增设薄钢垫板，并将垫板与扣件焊接牢固，以确保钢架固定牢固，安全有效。化学锚栓安装及扣件固定钢架方法见图2所示。

图2 化学锚栓、扣件安装图

（2）化学锚栓采用M20型，有效埋深200mm，钻孔孔径d=24mm，锚栓钢材材质不得低于8.8级锚栓。锚栓锚固采用A级植筋胶。螺帽扭紧后与螺栓点焊，并将扣件与钢架可靠焊接。

3.2.5钻设定位钢筋

按设计图纸位置及深度钻孔、安装定位钢筋，采用A级植筋胶锚固于既有衬砌上，锚入衬砌20cm，注意不得打穿防水板，锚固胶性能应符合要求。

3.2.6绑扎衬砌钢筋

（1）按设计图纸位置，放样，确定环向钢筋位置，人工搭设支架，安装内、外层环向钢筋，环向钢筋连接采用搭接，搭接长度需满足规范要求，并将搭接段点焊在一起，环向钢筋与锚固钢筋点焊在一起，钢筋布设见图3所示。

（2）水平筋焊接在型钢拱架上，同时将纵向钢筋与环向钢筋绑扎固定。

图3 钢筋剖面布置图

（3）套衬两侧端头处的外侧纵向钢筋弯曲成R=18.5cm的倒圆角，和内侧纵向钢筋焊接连接，并在弯头内侧增加环向Ф6钢筋，防止端头混凝土掉块，端头钢筋布设如图4所示。

图4 端头钢筋大样图

（4）钢筋焊接过程中，严禁将电焊机接地线与接触网搭接；为避免焊渣损伤接触网，对接触网进行覆盖保护。

3.2.7浇筑套衬混凝土

（1）套衬混凝土采用组合模板吊模工艺分区浇筑(见图5所示)。套衬拱部144°范围须一次浇筑成型，严禁分次浇筑造成裂缝，其余部位尽量减少纵向施工缝。

采用Ф16钢筋作为吊模的吊杆，吊模吊杆按纵向0.5m，环向0.3m的间距布设。在衬砌上钻孔，利用植筋胶植入吊杆，吊杆的植入深度≥30cm。模板上对应吊杆位置开设孔洞，吊杆穿过模板，外垫[10 槽钢加固，吊杆外端车丝，装入螺母并拧紧。严格控制吊杆的外露长度，防止侵限。

图5 套衬砼分区浇筑断面图

（2）砼浇筑前，将模板内部的杂物、砼碴等清干净。通过泵送管将砼从隧道口处泵至模内。采用插入式振捣棒进行砼的振捣，需注意振捣棒不得触碰预埋的注浆管、模板及钢筋等，专人进行振捣，确保砼均质、密实。

（3）完成一个区块的套衬砼浇筑后，在砼面布设一排长度＞60cm，埋深30cm的Ф16mm接茬钢筋，接茬钢筋间距≯25cm。

（4）拱部砼浇筑采用小型输送泵布料。

在拱顶模板上开设间距2m的布料孔，同时设置排气管，排气管顶部距原衬砌2cm。当有水泥浆从排气管排出时，表明砼已浇筑至顶，停止砼泵送，关闭排气管球阀。

3.2.8套衬背后空隙纵向注浆

（1）在套衬顶部全长范围内预埋φ30mm的PVC注浆花管，PVC管固定点间距≤80cm。注浆管表面钻设溢浆孔，孔径20～30mm，孔间距15～2Ocm，呈梅花型布置。注浆管外露端200mm连接注浆机。紧贴注浆管布设排气、溢浆管。

（2）压注纯水泥浆，当注浆压力达到设计终压，并持续稳定超5min，不吸浆，或是吸浆量很少时，即可结束注浆，完成注浆后切除注浆管及排气、溢浆管，打磨平整，做表面封闭处理。

3.2.9质量控制要求

（1）锚杆：附有球形螺母，碗形垫板的Φ25中空注浆锚杆（含涨壳式或快凝式）。

（2）钢筋：材质符合规范要求，规格Ф25、Ф18、Ф14、Ф12、Ф10、Ф8钢筋。模筑混凝土：微膨胀细石混凝土或自密实混凝土，强度等级C40，抗渗等级P8。

（3）水泥：P.O.42.5的普通碳酸盐水泥；细骨料：细度模数不低于2.6的中粗砂；粗骨料：母材为火山岩或灰岩，碎石为反击破方式生产，粒径5～10mm，级配连续。

（4）注浆材料：水灰比低于0.38的单液水泥浆，结石率98%以上。

（5）预埋管压浆管：以非金属的PE、PVC、橡胶、塑料、橡塑管材为宜。

（6）既有设备的防护。注浆时，为了防止接触网立柱及导线受拱部或边墙可能产生的冒浆污染，采取注浆前彩条布覆盖的防护措施。当冒浆有可能污染道床及轨道时，也采取覆盖措施。如出现污染现象，及时清理干净。进行隧道拱部作业时，禁止一切作业人员踩踏接触网导线或吊柱等电力设备。

4结语

该工法通过设置格栅钢架、合理配筋、模筑钢筋混凝土、套衬拱部空隙充填注浆等多种措施相结合对既有衬砌病害进行综合治理，很好的解决了既有衬砌运营期各种病害对衬砌结构的侵蚀，对衬砌结构进行了补强，达到了隧道衬砌病害综合治理的目的。同时该工法针对电气化铁路整治时间很短的运营特点，采用洞外加工，洞内拼装的施工方案，操作便捷、安全可靠，对铁路运营影响较小，取得了良好的社会经济效益。

参考文献

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