关于铁路隧道衬砌裂缝病害与整治技术研究

关于铁路隧道衬砌裂缝病害与整治技术研究

李启兵

中交一公局集团有限公司北京市朝阳区100024

摘要：本文对造成铁路隧道衬砌裂缝病害的主要原因以及裂缝的分布、扩展规律进行了分析，并针对这些因素对整治铁路隧道衬砌裂缝的相关工艺和技术进行了探究，希望能够为我国的铁路隧道工程的施工建设以及后期管理保养工作提供一些参考。

关键词：铁路隧道；衬砌裂缝；整治技术

引言

随着我国铁路事业的不断发展，我国铁路建设的规模也在不断的扩大，部分铁路在穿过山区时往往需要修建大量的隧道，然而由于受到多种因素的影响，在隧道中衬砌裂缝的发生十分常见，对于隧道结构的质量以及铁路行车安全造成了极大的影响。

1.铁路隧道衬砌裂缝病害的成因及分布规律

混凝土裂缝的产生通常是由于混凝土自身结构收缩以及结构荷载所导致的。而对于铁路隧道来说，衬砌裂缝病害的产生则主要与衬砌结构受到的外部围岩的压力有关。当隧道外围覆土厚度不同或不均匀时，就会对隧道衬砌结构产生偏压，导致围岩压力不对称，进而导致衬砌裂缝的产生。造成围岩压力不均匀的具体原因主要包括以下3个方面。

1.1隧道衬砌结构穿过地质断层或破碎带

当铁路隧道穿过或某一侧靠近地质断层、破碎带时，就会导致隧道局部位置的围岩压力明显升高，衬砌结构受力不对称或不均匀而出现变形、裂缝。其次，由于衬砌结构的变形程度受其靠近的节理、裂隙以及断层围岩压力大小以及倾角的影响，因此，衬砌裂缝通常会首先出现在节理、裂隙以及断层处，压力倾角大于45°附近，随着围岩压力的增加，裂缝会不断向其他部分扩展；

1.2隧道衬砌结构背后存在空洞

当衬砌结构某一位置的背后存有空洞时，就会导致该处产生凸向围岩一侧的结构变形，进而使该处集中出现大量的衬砌裂缝。由空洞导致的衬砌裂缝分布与空洞的大小有关，随着空洞的增加，衬砌结构变形增大，裂缝的深度、数量也会出现明显的上升。此外，当隧道拱顶衬砌结构背后出现空洞时，除了在空洞附近出现裂缝，在隧道左右两侧的墙角处也会出现衬砌裂缝；当空洞位于隧道衬砌结构某一侧拱腰位置时，则除空洞附近，在仰拱以及另一侧的墙角、过渡位置等处也会出现衬砌裂缝。如果空洞出现在隧道某一侧边墙位置，则仅在空洞附近出现衬砌裂缝。

1.3隧道衬砌结构厚度不达标

当隧道衬砌结构的拱顶厚度不足时，就会导致其发生的结构变形明显大于其他部门，进而导致裂缝的产生。随着拱顶厚度的减少，所产生的衬砌裂缝的数量、深度、密度等都会出现明确的增加，甚至会出现贯穿衬砌截面的现象。其次，当隧道衬砌结构拱腰部的厚度小于设计厚度的80%、边墙厚度小于设计厚度的90%时，也会在相应部位出现衬砌裂缝。

随着时间的推移，衬砌裂缝会不断的扩展，首先会在已有裂缝的部位附近出现新的裂缝，随后裂缝逐渐向衬砌结构混凝土较为薄弱的位置发展，并与旧的裂缝发生贯通、结合、扩大，最终对隧道混凝土造成宏观破坏。当列车驶入隧道时，列车行驶引起的空气压力波会使裂缝所受到的压力进一步提高，裂缝扩展速度进一步加快，从而导致衬砌结构失稳、裂缝贯穿衬砌截面，导致隧道发生严重变形甚至坍塌等事故。

2.铁路衬砌裂缝病害的整治技术

针对铁路衬砌裂缝产生的原因，对裂缝的整治主要是根据提高衬砌结构自身强度以及增强围岩稳定性两个方向来进行，在实际的裂缝整治工作中，主要使通过单独或结合采用有锚杆注浆加固、深孔压浆、碳纤维加固、注浆弥补、直接涂抹、骑缝注浆、凿槽嵌补、等工艺来进行。

2.1轻微裂缝

在对铁路隧道中出现的轻微裂缝进行整治时，主要是通过以下5个步骤来进行：（1）向衬砌结构背后进行压力注浆。（2）在裂缝延伸周围设置楔形槽，楔形槽内外口宽度分别为8cm、6cm，深度为8cm。（3）使用高压水或钢丝刷将楔形槽清洗干净。（4）按照1：0.1：0.12：0.05的比例混合环氧树脂、邻苯二甲酸二丁酯、丙酮、乙二胺制成环氧基液在槽壁内进行涂刷。（5）按照1：2的比例混合水泥与砂子制成砂浆，并掺加水泥重量10%的JP型膨胀剂掺合料，在楔形槽内进行嵌衬。

2.2较严重裂缝

对于发生了局部衬砌混凝土肃落的较为严重的衬砌裂缝，主要采取的整治方法有锚杆加固、钢筋网加固、喷射混凝土以及灌注细石膨胀混凝土等。（1）在衬砌结构拱后背处以0.5~1。0MPa的压力进行注浆，注浆孔按照梅花形状布置，间距为1.0×1.0m。（2）凿除14cm厚的原混凝土，并使用高压水或钢丝刷清洗干净。（3）施作砂浆锚杆，间距为1.0×1.0m，锚杆长2.5m，直径为22mm。（4）布设钢筋网，网格间距为20×20cm、环向主筋直径为12/16mm，纵向连接钢筋直径为8mm，并与锚杆焊接在一起。（5）向钢筋网喷射200#混凝土，在衬砌表面灌注细石膨胀混凝土，厚度均控制在6cm左右。

2.3严重裂缝

对于衬砌发生了严重开裂，但稳定性和承载力尚存的严重衬砌裂缝，主要通过钢架、网喷混凝土的方式来对裂缝进行整治。（1）按照1：1的比例将425#硅酸盐水泥和细砂配制成水泥砂浆，在衬砌结构拱后背处以0.5~1。0MPa的压力注入，注浆孔按照梅花形状布置，间距为2.0×2.0m，注浆方式为由上至下、先稀后稠。（2）凿除14cm厚的原混凝土，在裂缝延伸周围设置楔形槽，楔形槽内外口宽度＜8cm，槽深度大于裂缝深度。并使用高压水或钢丝刷清洗干净。（3）按照梅花形状施作砂浆锚杆，锚杆长3m，直径为22mm，间距为1.0×1.0m。（4）布设钢管架，钢管直径为58cm，在管内灌注200#水泥砂浆，钢架之间使用直径22mm的钢筋进行焊接，钢管间距为1m。（5）布设钢筋网，网格间距为25×25cm、环向主筋直径为20mm，纵向连接钢筋直径为8mm，并与锚杆、钢管架焊接在一起。（6）向钢筋网喷射200#混凝土，厚度为10cm，在衬砌表面灌注细石膨胀混凝土，厚度均控制在6cm左右。

结语

综上所述，铁路衬砌裂缝的产生主要与其所受的围岩压力有关，对于隧道衬砌结构的稳定性和承载力有着非常大的影响。因此，当铁路隧道出现衬砌裂缝时，相关部门要积极采取措施，通过科学、合理的工艺技术对裂缝进行有效的整治，从而为铁路隧道的行车安全提供有力的保障。

参考文献：

[1]陈世国.高速铁路隧道衬砌裂缝病害及其整治措施研究[J].环球市场，2016（32）：123-124.

[2]王薇，邓俊，尹俊涛.空间裂缝病害下铁路隧道衬砌结构安全性研究[J].中国安全生产科学技术，2016，12（1）：33-37.

[3]杨成勇.高速铁路隧道衬砌裂缝病害及其整治措施研究[J].建筑技术开发，2017，44（3x）：53-54.