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1、3铁路隧道衬砌病害整治若干问题的研究李永才(广梅汕铁路有限责任公司 ,广东 梅州 510000)摘 要 :概述已建和运营铁路隧道衬砌常见病害 ,分析其产生的原因 ,提出切实可行的检测和整治措施 ,为提高隧道支护结 构的质量 ,保证隧道的安全和后续隧道的建设 、 维护与整治积累经验 。 关键词 :铁路隧道 ;衬砌 ;病害整治在社会经济日益发展的今天 ,交通运输越来越发挥着举 足轻重的作用 ,它是国家经济快速发展的重要标志 ,而隧道作 为交通线上的重要建筑物 ,尤其在山区线路或长大交通干线 上 ,隧道避免了线路的绕行 ,大大地缩短了线路的总长度 , 在 有些地区比明线行车更安全和快速 。但是 ,
2、从目前我国已建 成的隧道来看 ,有相当一部分出现了衬砌开裂和漏水等病害 , 严重威胁着铁路和公路的正常运营和行车安全 。 笔者就常见的铁路隧道衬砌病害及其产生原因和整治措 施等方面 ,进行分析和探讨 。 一 、 常见的隧道衬砌病害 常见的隧道衬砌病害有衬砌裂损 、 衬砌渗漏水 、 衬砌腐蚀 等三种 。 1 . 衬砌裂损 衬砌裂损主要有衬砌变形 、 衬砌移动和 衬砌开裂三种类 型 。衬砌变形有横向变形和纵向变形两种 。其中横向变形是 主要变形 ,是指衬砌受围岩应力的作用引起拱轴形状的改变 , 其结果是造成衬砌开裂 ,严重的可导致部分衬砌侵入限界 ,甚 至引起隧道坍塌 。衬砌移动是指衬砌的整体或其
3、中一部分出 现转动 (倾斜) 、 平移 、 上抬 (或下沉) 等变化 。衬砌开裂是指衬 砌表面出现裂缝 。包括张裂 、 压溃 、 错台三种形态 。根据广梅 汕公司管内既有病害隧道衬砌裂损情况统计 ,大多为衬砌开 裂 ,即衬砌裂缝 。常见的隧道裂缝有单缝 、 双缝 、 环形缝 、X 形 缝 、 树枝斜缝 、 龟裂等等 。按裂缝走向及其与隧道纵向的相互 关系 ,大致可分为纵向裂缝 、 环向裂缝 、 斜向裂缝三种 。 纵向裂缝平行于隧道轴线 , 其危害最大 。其发展可引起 隧道掉拱 ,边墙断裂甚至整个隧道的塌方 。其分布有如下特 点 :拱腰比拱顶多 ,双线隧道多在拱腰 , 单线 隧道主要产生在 边墙
4、部位 。 环向裂缝主要由纵向不均匀荷载 、 围岩地质变化 、 沉降缝 等处理不当所引起的沉降所造成 。其分布特点如下 : 多发生 在洞口或不良地质地带以及不同围岩段的交接处 。且约占裂 缝总长的 30 %40 % 。 斜向裂缝一般和隧道纵轴呈 45左右 ,常因混凝土的环向 应力和纵向受力组合而成的拉应力所造成 。危害性仅次于纵 向裂缝 ,多发生在拱腰中部 ,是最常见的裂缝 。 2 . 衬砌渗漏水 隧道渗漏水有拱部渗水 、 滴水 、 漏水和成股射流四种 ; 边 墙有渗水 、 淌水两种 ;少数隧道有隧底涌水 。 隧道渗漏水对隧道稳定 、 洞内设施 、 行车安全 、 地面建筑和隧 道周围水环境产生诸
5、多不良影响甚至威胁铁路运营安全 。 3 . 衬砌腐蚀 衬砌背后的腐蚀性环境水 ,容易沿衬砌的毛细孔 、 工作缝 、 变 形缝及其他孔洞渗流到衬砌内侧 ,成为隧道渗漏水 ,对衬砌混凝土和砌石 、 灰缝产生溶出性或化学性的侵蚀作用造成衬砌腐蚀 。 严重缩短隧道的使用寿命 ,危及行车安全 。 二 、 隧道衬砌病害产生的原因 笔者认为 ,隧道衬砌病害是由以下五方面原因产生的 。 1 . 设计方面的原因 设计单位在设计前的勘测不准确或有误 。如对衬砌结构 影响很大的地 质 构 造 、 地 貌 判 断 不 准 确 , 或 调 查 不 够 全 面 细 致 。导致设计时围岩分类不准确 ,使隧道结构 衬砌厚度计
6、算 不足而造成衬砌裂损 ; 另外 ,由于设计往往重视结构计算 , 忽 视对防排水的专项设计 ,对结构防渗 、 防腐蚀未作具体要求 , 使一般隧道混凝土设计标号偏低 ,抗渗 、 抗蚀能力较差 , 因此 使用一段时间后 ,出现渗漏水以及衬砌腐蚀的病害现 象 。严 重影响衬砌质量和隧道使用寿命 。 2 . 施工技术方面的原因 施工方法选择不当 施工方法的选择主要取决于隧道所处 地区的地质构造 、 围岩情况以及施工单位的施工工艺水平 、 施 工机械等 。由于施工工艺 、 施工设备等方面的原因 ,往往限制 了施工方法的选择 。所以在特定条件下修建的隧道 , 难免会 产生病害 。 施工工艺不当 良好的施工
7、工艺是确保实现设计意图 、 质 量达标的前提 。不当的施工工艺往往造成质量缺陷 。如支护 是隧道的关键环节 ,衬砌的施工和有关参数的选择也是重要 因素 。若毛洞开挖不够平整 ,衬砌背后与围岩 不密贴或回填 不密实 ,甚至空洞 ,那么运营之后 ,由于列车的 频繁振动和水 的侵入 ,使围岩软化 ,使受力不均的衬砌结构遭到破坏 , 从而 出现衬砌裂损 。 另外 ,由于施 工 单 位 过 于 追 求 施 工 进 度 , 忽 视 了 施 工 质 量 ,导致衬砌结构存在质量缺陷 。如混凝土不密实 ,衬砌表面 蜂窝麻面 ,衬砌施工缝处理不当或未按规定设置防排水设施 , 等等 ,造成衬砌渗漏水或衬砌腐蚀 ,不
8、但严重影响隧道的使用 寿命 ,而且影响衬砌结构的安全 。 特殊地段 ,如地质变化地段或围岩分级处 未进行有效加 固或采取特殊措施处理 。也会导致隧道运营过程中的衬砌产 生病害 。 3 . 运营方面的原因 由于列车运行频繁的振动和所排放烟气以及地下水对衬 砌的侵蚀 ,造成衬砌开裂和漏水 ,使支护结构强度降低 , 影响 衬砌的质量和隧道的使用寿命 。 4 . 养护维修方面的原因 隧道作为一个大型长期使用的 建筑物 , 若 不进行定期的 维修和养护 ,必然会出现隧道衬砌开裂和漏水 。 5 . 人为破坏和突发荷载方面的原因 对偏压隧道和浅埋隧道而言 , 大面积开挖 山体或在隧道收稿日期 :2005 -
9、 10 - 30 作者简介 :李永才 (1961 - ) ,男 ,黑龙江海伦人 ,广梅汕铁路有限责任公司工程师 。3218李永才 :铁路隧道衬砌病害整治若干问题的研究第 1 期顶部进行非法建筑等使隧道遭受超出承载力的突发荷载 ,导 致衬砌结构的破坏 。 自然方面的突发荷载 ,如设计未考虑到的地震 、 泥石流等 也会造成支护结构的破坏 。 三 、 衬砌病害的检测和整治 对已发生病害的隧道 , 建立观测系统 , 进行跟踪量测 , 定 期或不定期观测衬砌变形情况 ,详细记录重点 ( 纹) 的宽度和 长度 ,以及所处的位置 ,分析其发展变化规律 。裂纹加大变长 的 ,说明病害在发展 ,应重视之 ,对变
10、化较迅 速的地方应及时 采取有效的措施进行加固 , 阻止其继续发展 , 恶化 。另外 , 要 根据渗漏水情况 ,判断结构的安全度 ,以决定是否采取措施 。 对裂缝进行观察仅能发现已 开裂至衬砌表面的裂缝 , 而 对衬砌内部 的 裂 缝 以 及 衬 砌 背 后 的 空 洞 和 回 填 不 密 实 的 情 况 ,却无法及时发现 。这往往是危及隧道结构安全 ,威胁行车 安全的最大隐患 。 利用地质雷达可以精确的检测衬砌内部裂纹 ,有关脱空 、 空洞 、 衬砌密实度和有无积水等现象 ,并能准确反映病害存在 的具体部位和范围 。 裂损衬砌的修补与整治是一 项复杂而艰巨的工程 , 首先 要正确判断造成衬砌
11、裂损的原因 ,然后才能制订一个切实可 行 、 安全高质的整治措施 。原则是以加固围岩为主 ,同时加固 衬砌结构 ,两者相结合进行综合治理 。并尽 可能从源头上加 以整治 ,及早进行 。 目前国内所采取的整治方法主要有 : 注浆加固 ,结构补强 和拆除重建三种 。 注浆加固主要用于加固稳定围岩 ,改善衬砌受力状况 ; 结 构补强主要目的是加固衬砌结构 ,以提高衬砌结构的承载能 力 ;拆除重建主要是拆除病害严重的二次衬砌 ,重新作新的钢 筋混凝土结构 。如何选用整治方法 , 要考虑衬砌裂损原因 、 裂损程度 、 隧 道净空 、 对运营干扰限度 ( 封锁时间) 、 整治费用等因素 , 通常 采用围岩
12、加固与结构补强综合整治方案 。根据广梅汕公司管 内病害隧道整治实践 ,对衬砌裂损原因为衬砌背后空洞 、 混凝 土施工质量差 、 回填不密实 、 围岩破碎的情况 , 首先采用回填 注浆充填空洞 ;然后采用深孔注浆加固围岩 、 疏散地下水对围 岩的浸泡与渗入衬砌 ,对裂缝较多地段加打注浆锚杆 ,最后封 闭裂缝的办法可以取得较满意的效果 。 对裂损严重地段的衬砌则应拆除重建 。拱 、 墙注浆完毕后 , 利用控制爆破的方法拆除病害严重地段的二次衬砌和水沟外边 墙 。然后架设钢支撑 ,绑扎双层钢筋 ,在墙底沿隧道纵向设置钢 筋混凝土地梁 ,边墙钢筋焊接在地梁钢筋上 ,以形成整体 。钢筋 绑扎完毕 ,最后
13、喷射混凝土 ,达到使用强度的要求 。 对衬砌渗漏水的整治 ,拱部宜采取以堵为主 ,堵排结合的 综合整治措施 ;边墙则采用以引排为主 ,局部伴有泥沙者以堵 为主的整治方案 。 总之 ,整治衬砌的渗 漏水 , 一定 要根据渗漏水的形式 、 水 量和渗漏水的部位 ,同时考虑隧道衬砌的裂损情况 ,灵活采取 不同的整治方法 。 常见的措施有 :衬砌 背后压注水泥浆液 、 水泥砂浆 、 或化 学浆液 ,以阻隔地下水或裂隙水 ;衬砌裂缝采用防水材料如环 氧树脂砂浆 、 立止水等封堵 ;而衬砌表面则视需要采取防水涂 料如优止水等进行封闭 。参考文献 : 1 杨新安 ,等. 隧道病害与防治 M . 同济大学出版
14、社. 2 孙国瑛 ,等. 铁路工务 M . 西南交通大学出版社.(上接第 213 页) 在同升湖山庄里 ,有优美的自然风光 ,也有其内在的精神 内核 ,源于自然 ,高于自然 ,所有的这一切打 造了这一高品质 的别墅区 。 二 、 以人为本 、 公众参与的规划设计过程 在同升湖山庄 ,业主们的生活状态和方 式成为了别墅规 划与建筑设计的主导 。为真正体现人的自然需求 , 设计打破 过去的设计师与消费者脱节的模式 ; 用户与建筑师直接的对 话关系 ,给建筑师带来了挑战 ,同时也让建筑师的设计更贴切 用户需求 ,这也成为同升湖山庄的一大亮点 。 与其他类型得居住建筑比较 , 别墅最具 备追求自我和个
15、 性化的条件 。高档公寓也好 、 小高层也罢 ,都是规模化批量生 产 ,户型难以改变 , 塔楼更是如此 。而别墅则完全不同 , 由于 它是各自独立的 ,人们完全可以按自己的愿望 ,从结构设计到 建筑材料的选取都有很大的 “自主” 条件 。别墅户型设计的时 间一般都比较长 ,甲方不断的根据市场反馈和专家意见提出 调整方案 。别墅的所有者不是开发商 ,也不是设计师 ,因此消 费者的最终介入降低了了开发商的风险 ,同时也有利于设计 的进行 。尤其对大户型的别墅来讲非常重要 , 易于体现业主 的个性和品位 。有的业主对自己参与设计的兴趣非常浓厚 , 有的业主甚至想自己设计 。 同升湖山庄 的 别 墅
16、设 计 基 本 采 取 一 种 个 性 化 服 务 的 模 式 ,提供三种个性化方案 。一是自行设计 、 自由发挥 。即在规 划批好的地块内 ,根据地块大小 、 批准的容积率大小 , 由用户 自由进行别墅外观和内部的设计 ; 二是在现有户型的基础上 进行修改 。如果客户基本认可某一方案 , 可 以在现有设计基 础上修改 。同时多位高级工程师和高级设计人员可以参与进 来 ,为客户提供指导与服务 ; 三是对于那些不懂设计的客户 , 提供数种基本户型和外观方案供客户选择 ,按指定方案为其 建设 。在别墅设计过程当中 ,因为各人使用 需求和居住模式 的不同 ,可能出现很多个性化的改变 :有的从室内装饰装修上 突出个性化 ,有的是从建筑结构上来实现户型空间个性化 ; 设 计的过程由此变得复杂起来 ,这样也必然会给建筑师带来更加繁重的工作任务 。如 : 同升湖别墅 C - 49 户型的方案设计 就花了近两年的时间才进入到施工图阶段 。又如 : 马田广场 大门正对
