新型特種材料在既有鐵路隧道襯砌修補(bǔ)中的應(yīng)用

袁善文，李 賀

（1.中鐵二局股份有限公司，成都，610031 2.北京眷誠鐵道工程技術(shù)有限公司，北京，100055）

追溯我國鐵路隧道修建歷史已有一百年之久，對(duì)于一般混凝土結(jié)構(gòu)，隧道平均壽命約為50年，我國隧道已進(jìn)入高維修管理階段。我國鐵路隧道數(shù)量眾多，而且存在很多老舊隧道，這些隧道存在不同程度的各種病害，其中隧道拱頂破損、開裂掉塊屢見不鮮，甚至出現(xiàn)過拱頂?shù)魤K砸中列車的情況，嚴(yán)重危及到列車的安全運(yùn)行。隧道拱頂?shù)艨飕F(xiàn)象出現(xiàn)頻繁，特別是那些運(yùn)營時(shí)間較長的老線、舊線，隧道拱頂?shù)魤K問題更為明顯而且尤為集中和突出。老舊隧道數(shù)量較大，突然掉塊很難預(yù)知，如何整治這些隧道成為鐵路工程技術(shù)人員面臨的難題。

本文通過葉赤線石腦鐵路隧道加固維修工程，介紹新型特種材料JC-41結(jié)構(gòu)修補(bǔ)劑、JC-12快速堵漏劑在既有鐵路隧道襯砌修補(bǔ)加固中的應(yīng)用。

1 工程概況

葉赤線石腦鐵路隧道（K14+403）位于葉赤線石腦站-沙海站間，本隧道始建于1934年，全長636m。隧道內(nèi)線路為直線及R=400m半徑曲線，普通路線，混凝土軌枕，碎石道床。

全隧道襯砌材質(zhì)為混凝土。斷面根據(jù)圍巖狀態(tài)采用不同厚度的曲墻式襯砌。據(jù)工務(wù)段反應(yīng)隧道內(nèi)線下均未設(shè)置仰拱，且襯砌厚度較薄，限界小，排水系統(tǒng)不完善，隧道內(nèi)未設(shè)豎排水和中心排水溝。隧道內(nèi)無照明、通風(fēng)設(shè)備。

2 病害現(xiàn)狀及分析

據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，該隧道襯砌質(zhì)量較差，襯砌厚度較薄，隧道襯砌多處已嚴(yán)重腐蝕，邊墻襯砌表面多處出現(xiàn)麻面和空洞，拱頂襯砌沉降縫部位出現(xiàn)多處空洞。該隧道存在的主要病害有：

（1）隧道大面積襯砌表面腐蝕、剝落、掉塊，如圖1所示。

（2）隧道拱頂、邊墻襯砌腐蝕、剝落，形成空洞，如圖2、圖3所示。

（3）隧道拱頂襯砌腐蝕、剝落，混凝土失效，形成透頂，修建隧道時(shí)既有支撐原木裸露，如圖4所示。

圖1 隧道襯砌表面剝落

圖2 隧道拱頂襯砌剝落、空洞、掉塊

圖3 邊墻襯砌嚴(yán)重腐蝕、剝落、空洞

圖4 隧道拱頂襯砌剝落、吊空、透頂

經(jīng)過綜合分析，我們認(rèn)為該隧道襯砌病害主要原因?yàn)椋?/p>

（1）隧道修建時(shí)間比較久遠(yuǎn)，長期運(yùn)營中隧道襯砌老化、腐蝕；

（2）隧道修建時(shí)材料緊缺，襯砌質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不高。

3 整治原則及方案

現(xiàn)有整治隧道襯砌破損、開裂和掉塊的方法，主要是較為傳統(tǒng)的掛網(wǎng)噴錨工藝，即采用錨桿掛鋼筋網(wǎng)片噴射混凝土的加固方式，該方法由于需要隧道具有足夠限界富余量，很多老舊隧道很難實(shí)施。鑒于此隧道情況，不能采用掛網(wǎng)噴錨方式，并且由于不能中斷行車，更換襯砌的方案也很難實(shí)施，所以我們建議對(duì)該隧道進(jìn)行保守整治，盡量在不擾動(dòng)、破壞隧道原有結(jié)構(gòu)的前提下，對(duì)隧道襯砌進(jìn)行局部的修補(bǔ)和修復(fù)，以恢復(fù)隧道襯砌結(jié)構(gòu)的完整性，改善襯砌受力，達(dá)到加固襯砌效果。

整治方案主要有：

（1）對(duì)隧道襯砌表面出現(xiàn)的局部剝落、空洞采用JC-41結(jié)構(gòu)修補(bǔ)劑進(jìn)行修復(fù)；

（2）隧道拱部透頂滲水部位先采用JC-12堵漏劑進(jìn)行堵漏，透頂圍巖預(yù)埋Φ25錨桿，既有襯砌后背鑲嵌3cm厚鋼板，襯砌厚度1/2處增設(shè)Φ12鋼筋網(wǎng)片，鋼板、鋼筋網(wǎng)均與錨桿固定。鋼板與鋼筋網(wǎng)之間以Φ16短鋼筋連接。襯砌厚度范圍采用JC-41結(jié)構(gòu)修補(bǔ)劑逐層修復(fù)至既有襯砌表面。

（3）隧道拱頂透頂部位先在裸露原木表面分層涂刷JC-41結(jié)構(gòu)修補(bǔ)劑至襯砌外表面（圍巖側(cè)），達(dá)到強(qiáng)度后打入Φ25錨桿和Φ16牽釘，襯砌厚度1/2處掛Φ12鋼筋網(wǎng)片，繼續(xù)使用JC-41結(jié)構(gòu)修補(bǔ)劑修補(bǔ)至襯砌內(nèi)表面。

（4）其余襯砌表面腐蝕較重處采用JC-41結(jié)構(gòu)修補(bǔ)劑修復(fù)；零星局部漏水處采用JC-12快速堵漏劑進(jìn)行堵漏，然后采用JC-41結(jié)構(gòu)修補(bǔ)劑修復(fù)。

4 所用材料介紹

4.1 JC-41結(jié)構(gòu)修補(bǔ)劑

JC-41結(jié)構(gòu)修補(bǔ)劑是一種新型滲透結(jié)晶型修補(bǔ)材料，本產(chǎn)品適用于立面和頂部的結(jié)構(gòu)物修補(bǔ)，尤其是進(jìn)行薄層修補(bǔ)時(shí)不宜空鼓和開裂，本產(chǎn)品具有滲透結(jié)晶性能，修補(bǔ)后本產(chǎn)品能夠在水化作用下滲入既有混凝土結(jié)構(gòu)，與既有混凝土結(jié)構(gòu)形成完好的整體，另外，本產(chǎn)品具有一定的自我修復(fù)功能，也可以用于微裂紋的修補(bǔ)。

本產(chǎn)品是單組分產(chǎn)品，直接加清水?dāng)嚢韬笫褂?，與被修補(bǔ)結(jié)構(gòu)的粘合力強(qiáng)，可以與原結(jié)構(gòu)成為完整的一體。

本產(chǎn)品適用于混凝土橋梁、墩臺(tái)、承重柱、橋面板及露天薄板等表面開裂掉塊的修補(bǔ)；用于鐵路或公路隧道襯砌開裂掉塊的修補(bǔ)，恢復(fù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；用于混凝土蜂窩、孔洞、掉塊、風(fēng)化受損的修補(bǔ)；可用于對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)表面的微裂紋的修復(fù)。

本產(chǎn)品的特點(diǎn)：易調(diào)制，只需加水?dāng)嚢杓纯?；施工簡易，既可濕噴，也可用刮刀、灰刀一類泥瓦工具操作；涂層粘著力?qiáng)，抗壓強(qiáng)度高，耐霜凍和硫酸鹽腐蝕，無毒，無腐蝕性；具有較好的抗下垂性能，適合立面和頂面操作；對(duì)鋼筋具有保護(hù)性能，耐久性好，兼有密實(shí)良好的防水抗?jié)B性；能在潮濕基層和潮濕環(huán)境下使用，可作為搶修材料；滲透結(jié)晶特性，能恢復(fù)受損結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和完整性，自我修復(fù)功能能夠修復(fù)內(nèi)部微小缺陷。

4.2 JC-12快速堵漏劑

JC-12快速堵漏劑，新一代“立止水”產(chǎn)品，是在原有“立止水”的基礎(chǔ)上，針對(duì)既有鐵路施工工藝進(jìn)行改良而生產(chǎn)的凝結(jié)時(shí)間快、高強(qiáng)度、高粘結(jié)、微膨脹、滲透結(jié)晶型快速止水堵漏材料。

JC-12快速堵漏劑由多種物質(zhì)組成，呈干粉狀，它可以在2～5分鐘之內(nèi)堵住正在漏水的混凝土或磚石墻體的孔洞，并形成速凝強(qiáng)力永久止水栓。

本產(chǎn)品適用于：封堵隧道、涵洞或其他混凝土、磚石結(jié)構(gòu)中洞、縫的漏水；用來彌合結(jié)構(gòu)接縫，修補(bǔ)結(jié)構(gòu)的缺陷；快速灌注和密封各種管道、錨固地腳螺栓以及混凝土、磚石基面的接縫；特別推薦應(yīng)用于既有線運(yùn)營鐵路隧道的漏水整治。

本產(chǎn)品特點(diǎn)：止水迅速、方便：只需用清水調(diào)和，可以迅速完成止水堵漏工作；強(qiáng)度高，粘結(jié)性好：該產(chǎn)品與既有結(jié)構(gòu)較易粘結(jié)，硬化后強(qiáng)度高；微膨脹：該產(chǎn)品硬化后體積微膨脹，避免了由于干縮引起的接縫處再次漏水；滲透結(jié)晶、永久止水：該產(chǎn)品不收縮、強(qiáng)度高，通過滲透結(jié)晶性能可以與既有結(jié)構(gòu)形成為完好整體，具有自我修復(fù)功能，只要結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化，就不會(huì)失效；抗?jié)B壓力高：可以輕松止住150米以上的水頭壓力，一旦堵漏產(chǎn)品被高壓擊穿，在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境下可以自我修復(fù)，重新具有抗?jié)B能力；健康環(huán)保：無毒無害，對(duì)既有結(jié)構(gòu)無任何傷害，可以用于飲用水系統(tǒng)等工程。

5 施工方案

本項(xiàng)目為既有線，須采用要點(diǎn)施工，所以需要工務(wù)段提供駐站和現(xiàn)場防護(hù)人員進(jìn)行施工防護(hù)和要點(diǎn)等配合工作。

隧道出口有一塊空地，可以臨時(shí)存放機(jī)具、材料。由于隧道內(nèi)避車洞較小，無法存放大型工具，施工所需機(jī)具、設(shè)備均在天窗點(diǎn)開始時(shí)，用平板車運(yùn)入隧道內(nèi)，施工作業(yè)完畢后，在天窗結(jié)束之前運(yùn)回洞外存放。施工時(shí)所用小型工具或零星材料，在確保安全的情況下可在隧道內(nèi)存放。

該隧道拱部施工，由于需要搭設(shè)施工作業(yè)平臺(tái)，施工所需時(shí)間較長，所以拱部施工應(yīng)在封鎖點(diǎn)內(nèi)進(jìn)行。邊墻施工，可由少量人員攜帶較小工具，在做好各項(xiàng)安全措施和防護(hù)的前提下，利用列車間隔時(shí)間進(jìn)行。

由于施工現(xiàn)場沒有水源，因此，施工用水，需要通過運(yùn)水車從遠(yuǎn)處將水運(yùn)至隧道口進(jìn)行分裝，然后再通過平板車運(yùn)至施工地點(diǎn)。

隧道內(nèi)無施工、照明用電源，施工時(shí)配備發(fā)電機(jī)一臺(tái)提供施工和照明用電。

6 施工方法和技術(shù)措施

6.1 拱部透頂處理

該處病害位于隧道右側(cè)拱腰，施工時(shí)需要在施工天窗內(nèi)進(jìn)行。施工前準(zhǔn)備好施工所需的各種材料、機(jī)具等，待天窗前最后一趟列車通過后，將所需材料、機(jī)具裝到平板車上運(yùn)送到施工地點(diǎn)，并迅速搭設(shè)施工平臺(tái)開始施工，天窗結(jié)束前、施工完畢后，迅速拆卸施工平臺(tái)，采用平板車將施工用具運(yùn)出洞外保存。施工具體工序：

6.1.1 該處拱部透頂，先對(duì)其進(jìn)行清理、加固。清理透頂部位襯砌接口表面灰塵，襯砌背后圍巖表面松動(dòng)碎石等。清理完畢后采用堵漏劑等材料對(duì)透頂部位背后進(jìn)行初步的填塞加固和處理。清理、加固時(shí)應(yīng)小心謹(jǐn)慎，由于該處隧道透頂面積較大，而且能夠看到襯砌背后施工所遺留下來的原木，清理時(shí)應(yīng)盡可能少擾動(dòng)背后原木等，以免打破現(xiàn)有平衡狀態(tài)而造成坍塌。

6.1.2 按照設(shè)計(jì)圖紙并結(jié)合實(shí)際情況確定錨桿位置，采用小型鉆機(jī)鉆孔。選擇錨桿位置的時(shí)候應(yīng)盡量避開所遺留原木，鉆孔時(shí)應(yīng)小心進(jìn)行，剛開始鉆孔時(shí)應(yīng)緩慢進(jìn)行，之后逐漸增加速度。

6.1.3 制作內(nèi)嵌鋼板。根據(jù)透頂形狀，先用薄模板等臨摹出所需內(nèi)嵌鋼板形狀以及錨桿孔位置，以此按照設(shè)計(jì)要求加工鋼板并焊接Φ16短鋼筋。

6.1.4 安裝內(nèi)嵌鋼板。將錨桿穿入錨桿孔，并用少許力量打入一定深度，臨時(shí)固定錨桿，待所有錨桿打入后，將鋼板和錨桿進(jìn)行連接，擰緊螺絲固定。

6.1.5 安裝鋼筋網(wǎng)片。內(nèi)嵌鋼板安裝完畢后綁扎Φ12鋼筋網(wǎng)片，并與鋼板上短鋼筋進(jìn)行連接。

6.1.6 采用JC-41結(jié)構(gòu)修補(bǔ)劑逐層修復(fù)至既有襯砌表面。

6.1.7 考慮襯砌背后含水，對(duì)修復(fù)后襯砌表面鉆孔排水，避免冬季背后水上凍對(duì)襯砌造成凍脹。

圖5 （a）為隧道拱頂襯砌透頂處理過程 圖5（b）為處理后的拱頂

6.2 襯砌破損出水點(diǎn)

該處病害位于隧道邊墻或拱頂，施工時(shí)可安排少量人員攜帶小型工具，在防護(hù)人員的帶領(lǐng)下利用列車間隔進(jìn)入施工地點(diǎn)進(jìn)行施工。施工時(shí)應(yīng)確保防護(hù)安全到位，作業(yè)人員所攜帶的工具、材料有安全存放地，所有施工人員預(yù)先找好避車地點(diǎn)，在列車經(jīng)過時(shí)提前下道。具體施工工序：

（1）表面清理：清理襯砌表面灰塵，以及腐蝕、松動(dòng)襯砌。

（2）采用JC-12堵漏劑對(duì)滲漏水處進(jìn)行堵漏，堵漏時(shí)以表面無明水流出為宜。施工時(shí)應(yīng)根據(jù)情況增設(shè)排水通道。

（3）采用JC-41結(jié)構(gòu)修補(bǔ)劑修復(fù)襯砌至原樣。

6.3 拱頂襯砌剝落、空洞、掉塊處理

該處病害位于隧道拱頂，施工時(shí)需要在施工天窗內(nèi)進(jìn)行。施工前準(zhǔn)備好施工所需的各種材料、機(jī)具等，待天窗前最后一趟列車通過后，將所需材料、機(jī)具裝到平板車上運(yùn)送到施工地點(diǎn)，并迅速搭設(shè)施工平臺(tái)開始施工，天窗結(jié)束前、施工完畢后，迅速拆卸施工平臺(tái)，采用平板車將施工用具運(yùn)出洞外保存。施工具體工序：

6.3.1 該處拱部剝落、掉塊，先對(duì)其進(jìn)行清理。清理透頂部位襯砌接口表面灰塵，襯砌背后圍巖表面松動(dòng)碎石等。

6.3.2 按照設(shè)計(jì)圖紙并結(jié)合實(shí)際情況確定錨桿位置，采用小型鉆機(jī)鉆孔，鉆孔時(shí)應(yīng)小心進(jìn)行，剛開始鉆孔時(shí)應(yīng)緩慢進(jìn)行，之后逐漸增加速度。

6.3.3 安裝鋼筋網(wǎng)片。按照設(shè)計(jì)打入牽釘，之后綁扎Φ12鋼筋網(wǎng)片。

6.3.4 安裝錨桿，并將錨桿托盤置于網(wǎng)片下方，起到托起網(wǎng)片的作用。

6.3.5 采用JC-41結(jié)構(gòu)修補(bǔ)劑逐層修復(fù)至既有襯砌表面。

圖7 （a）為隧道拱頂襯砌剝落、掉塊處理過程 圖7（b）為處理后的拱頂

6.4 其余襯砌表面腐蝕、零星局部漏水處理

該病害類型比較分散，應(yīng)根據(jù)情況，逐一進(jìn)行處理。施工具體工序?yàn)椋?/p>

（1）確定腐蝕、漏水位置。

（2）對(duì)腐蝕和漏水位置進(jìn)行清理、鑿除。

（3）采用JC-12堵漏劑或JC-41結(jié)構(gòu)修補(bǔ)劑進(jìn)行堵漏或修復(fù)。

圖8 （a）隧道拱頂襯砌表面腐蝕、剝落處理后的效果圖8（b）邊墻襯砌腐蝕空洞處理后的效果

7 結(jié)論與建議

圖6 （a）為隧道拱頂襯砌破損出水處理過程 圖6（b）為處理后的拱頂。

我國現(xiàn)存大量老舊隧道，這些隧道大多年代久遠(yuǎn)、超期服役，且缺少設(shè)計(jì)、竣工資料，特別是東北現(xiàn)存大量日偽時(shí)期修建的隧道，這些隧道不但大多設(shè)計(jì)資料丟失，而且設(shè)計(jì)理論和標(biāo)準(zhǔn)與我國大不相同，這些給我們今日維修加固帶來了不少困難。這些老舊隧道，在某些特定條件下，常規(guī)加固或者更換措施無法實(shí)施時(shí)，新型材料的引進(jìn)給我們帶來了新的選擇。本文所討論的新型材料，在既有鐵路石腦隧道實(shí)施后，取得了不錯(cuò)的效果，值得我們推廣和借鑒。

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