玄真觀隧道水平圍巖病害處置

毛井玉

（中鐵十九局集團第七工程有限公司，廣東珠海 519000）

0 引言

玄真觀隧道地處廣元市元壩區(qū)，該隧道跨越了區(qū)域內(nèi)的太公鎮(zhèn)以及張家鄉(xiāng)，所處地區(qū)地形為標志性的四川盆地地形。該隧道全長共7447 m，隧道表現(xiàn)為輕微的-4.5‰縱坡，工程預計可通車時速為200 km/h，內(nèi)部雙線單洞式設(shè)計可以滿足貨車與客車的通行。道床結(jié)構(gòu)采用的是雙塊式無碴道床，對應高度515 mm。其中DK625 km+150 m～DK627 km+929 m段由第五作業(yè)隊完成施工，對應施工長度為2779 m，內(nèi)部含有Ⅲ級、IV級圍巖。

經(jīng)實地勘察后，發(fā)現(xiàn)隧道內(nèi)有裂縫的現(xiàn)象，其中以微觀型裂縫為主。裂縫的分布大多沿水平方向展開，同時表現(xiàn)出一定程度的自愈傾向。在實地進一步勘察后，獲得了病害的各類信息。裂縫具體位置所占比例，洞口9%，洞身91%；裂縫狀態(tài)所占比例，縱向裂縫20%，斜向裂縫11%，環(huán)向裂縫69%；裂縫部位所占比例，中墻43%，拱部26%，邊墻29%。

1 鐵路隧道病害成因分析

1.1 水害及其成因

受隧道大規(guī)模施工的影響，區(qū)域內(nèi)穩(wěn)定的水系平衡狀態(tài)被迫受到影響，原本賦存于隧道周邊的水隨之出現(xiàn)遷移，從而大量向圍巖聚集，水害事故由此而生[1]。此外，即便襯砌本就具有防水系統(tǒng)，當圍巖與含水層之間不存在任何阻隔時，其防水性能也將大打折扣。水害對于隧道內(nèi)的濕度影響較大，甚至會影響線路的正常運行，極大降低了通行安全性。伴隨著水害的出現(xiàn)，還將引發(fā)一系列問題，常見的有襯砌開裂等。如果此時尚未對水害做以及時處理，將會進一步擴大裂縫的面積。

案例中隧道所處地區(qū)氣候濕潤，年均降雨量達到931 mm。一年之中6-9月份雨量最多，占全年雨量的3/4。區(qū)域內(nèi)最高溫度可達41.7℃，而冬季最低溫度則驟降至-6.6℃?？傮w來說，隧道受地形因素的影響程度較大。

1.2 襯砌裂損及其成因

隧道裂損類型眾多，此處以裂損形式與程度為劃分依據(jù)，可以將其總結(jié)為變形、開裂、腐蝕以及空洞等類型。事實上，出現(xiàn)襯砌裂損現(xiàn)象的原因頗多，一方面受襯砌自身的影響，另一方面則受水害以及土體擠壓等因素的影響。伴隨著裂損現(xiàn)象的出現(xiàn)，地下水外滲現(xiàn)象隨之出現(xiàn)，甚至會加劇侵蝕程度，給隧道安全性造成直接影響。

1.3 襯砌侵蝕

襯砌侵蝕的產(chǎn)生通常具有很強的隱藏性，這也對日常檢測工作提出了更高的要求[2]。通過實地深孔探測可知，隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)存在天然氣逸出現(xiàn)象，而這與隧道底層地質(zhì)結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)聯(lián)。資料顯示，區(qū)域3000 m以下表現(xiàn)為含煤地層，從而形成游離狀態(tài)的天然氣，并具有流量低、隨機性等特點。因此，當隧道開挖至裂隙區(qū)域時，將會致使天然氣出現(xiàn)隨機涌出現(xiàn)象。

隧道內(nèi)部洞身地形具有明顯的起伏特征，同時地面坡度較大，普遍＞15°。部分區(qū)域呈現(xiàn)陡崖狀特征，內(nèi)部相對高差為405 m。隧道洞身所在區(qū)域內(nèi)的土質(zhì)類型較為豐富，含量較多的有洞身泥巖以及砂巖，二者的厚度比例達到了6∶1。此外，強風化帶的對應厚度普遍超過2 m，最厚處達到6 m。

在進行泥巖段開挖作業(yè)時，極容易出現(xiàn)風化現(xiàn)象，一旦遇水還容易造成軟化坍塌。由于局部層間擠壓破碎帶內(nèi)含大量的裂隙水，因此在展開開挖作業(yè)時容易引發(fā)大規(guī)模涌水現(xiàn)象，甚至造成坍塌。在實地勘察后，預計隧道在正常狀態(tài)下的用水量達到了2700 m3/d，當處于雨季時涌水量將增加一倍[3]。

2 鐵路隧道病害治理措施

2.1 錨桿加固

隧道開挖形成新的空洞后，破壞了巖體原有的相對平衡狀態(tài)，使隧道周圍部分巖體應力重新分布，引起圍巖的變形、破壞和坍塌，為了及時有效地控制圍巖變形，防止坍塌，必須采用工程措施進行支護。首先應遵循“ 短開挖，強支護，勤量測，緊襯砌”的薄板狀水平巖層施工原則，根據(jù)新奧法的設(shè)計原理，隧道采用噴、錨、網(wǎng)及鋼拱架對圍巖進行支護，即盡可能保持圍巖的原始狀態(tài)，最大限度地發(fā)揮圍巖的自承能力，把隧道圍巖和各種支護結(jié)構(gòu)作為一個共同作用的承載體系，控制圍巖變形的發(fā)展，避免巖體塌方，防止過大的松弛壓力出現(xiàn)。錨桿在初期支護中有懸吊、結(jié)合梁、加固作用。噴射混凝土具有充填裂隙加固圍巖、封閉圍巖表面防止風化、與圍巖組成共同承載結(jié)構(gòu)。針對瓦店子隧道拱部所遇到的不同巖性的水平層，支護要靈活采取錨、噴、網(wǎng)及鋼架組合成不同的支護形式。

薄板狀水平巖層圍巖，其巖體一般以層狀結(jié)構(gòu)為主。錨桿防止大的“圍巖塊”松弛、脫落，噴射混凝土封閉開挖面，防止圍巖變形過大，以及時防止因為應力釋放而形成的圍巖的移動、彎曲、拉裂和折斷等現(xiàn)象形成的小塊圍巖的脫落。在瓦店子隧道薄板狀水平巖層的特定地質(zhì)條件下，給錨桿的施工帶來一定的困難。錨桿垂直于巖面效果最佳，但在隧道實際施工中由于采用臺架施工，隧道拱部范圍內(nèi)的錨桿多是順層錨入或和巖層面極小角度錨入，這樣以來，喪失了新奧法錨固圍巖的實際意義，因此，在支護時，拱部要加強錨桿的作用，采用改進施工臺架，采用自進式錨桿機施作，確保錨桿角度，以提高錨固力。

2.2 隧道水害防治

（1）優(yōu)化材料選取。優(yōu)良的材料可以顯著提升隧道水害防治效果，因此在選材上應多加篩選，通常以級配較高的石料為佳，同時還可在其中增添適量的抗剝外加劑。

（2）結(jié)構(gòu)防治措施。對防排水系統(tǒng)加以優(yōu)化，條件允許時可以增設(shè)排水暗管，從而避免水體對隧道造成侵蝕的現(xiàn)象。

（3）切實加強養(yǎng)護。日常工作至關(guān)重要，應制定完備的養(yǎng)護方案，同時將養(yǎng)護工作落實到實處，通過日常的檢查可以從源頭上控制水害現(xiàn)象，從而增強隧道的安全性。

2.3 拱背注漿

如果拱背出現(xiàn)空洞，或是損壞程度較深時，此時應當采取注漿措施。注漿的好處，一方面可以提升襯砌與圍巖的結(jié)合程度，從而起到均勻載荷的效果，并增強圍巖抵抗水平；另一方面還可以優(yōu)化襯砌約束條件，并提升隧道防排水系統(tǒng)的運行效率。在實際施工時，注漿管道通常以小導管為佳，其對應長度應在（2.5～4.5）m范圍；以實際空隙大小為依據(jù)，進而設(shè)定出合理的環(huán)向與縱向間距。根據(jù)實際經(jīng)驗可知，該間距大多超過1 m，最大可達到3 m，并以梅花形進行布局。所使用的漿液類型有3種，對于本工程而言最佳材料應為水泥砂漿。根據(jù)工程現(xiàn)狀制定出合理參數(shù)：孔徑規(guī)格50 mm，對應注漿壓力0.75 MPa。

2.4 碳纖維粘貼

在展開碳纖維粘貼作業(yè)時，可選用的最佳材料為樹脂材料，它可以形成高強度的復合材料。加之混凝土的作用，兩類材料可以彼此兼容，從而達到裂縫封閉的效果，并顯著提升受力性能，所帶來的效果較為顯著，通過大量實驗以及實際經(jīng)驗表明，此方法能夠達到結(jié)構(gòu)補強的效果，在很大程度上提升了補強結(jié)構(gòu)的承載能力。此外，從材料本身考慮，碳纖維具有優(yōu)良的抗腐蝕特性，同時強度較高，因此在隧道病害防治工程中極為適用，具有明顯的實際意義。

2.5 裂縫處治

（1）表面涂抹。當裂縫寬度＜0.5 mm并且尚未出現(xiàn)任何滲漏水現(xiàn)象時，對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響微乎其微，在工程中只需要采取表面涂抹措施即可。

（2）鑿槽封縫。當裂縫寬度＞0.5 mm時，應采取鑿槽措施。在結(jié)束鑿槽作業(yè)后需要隨即展開沖洗與風干操作，同時進行封縫處理，此過程所使用的材料通常為環(huán)氧樹脂。

2.6 加強隧道監(jiān)控量測

若現(xiàn)場環(huán)境允許，可以在隧道內(nèi)具有針對性地布設(shè)監(jiān)控裝置，從而實現(xiàn)隧道內(nèi)狀況的實時監(jiān)控。具體來說，在監(jiān)控裝置的作用下，技術(shù)人員能夠遠程獲悉最新的結(jié)構(gòu)層狀況，確保隧道處于穩(wěn)定工作狀態(tài)，從而提升隧道的使用壽命。此外，在監(jiān)控裝置的輔助下，可以在第一時間發(fā)現(xiàn)隧道病害，并隨即展開治理，既縮短了病害出現(xiàn)到防治工作之間的空檔時間，又杜絕了更為嚴重的病害現(xiàn)象的出現(xiàn)。依托于現(xiàn)代信息技術(shù)，可以匹配一個報警系統(tǒng)，全方位提升隧道安全管理的效率性。

3 結(jié)束語

鐵路隧道受地質(zhì)環(huán)境的影響較大，同時施工環(huán)節(jié)復雜，現(xiàn)場條件多變，隧道難免會出現(xiàn)各類病害。對此，首先應當做好病害成因分析工作，明確病害的類型；而后制定合理的防治措施，加之現(xiàn)代監(jiān)控系統(tǒng)的作用，可將降低病害影響程度，提升隧道的安全性與穩(wěn)定性。