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1、中铁瑞威运营铁路隧道的病害整治技术及新材料应用目前我国约5000余座的运营铁路隧道中，有占总数65.7%的3433座隧道失格，存在各类病害如渗漏水、衬砌裂损、基底病害等，这些病害从不同程度上危及着行车安全、制约着铁路提速，因此如何利用成熟技术和新型材料，高效、便捷、安全地整治好各类病害，确保铁路运营隧道的耐久、畅通，是一个普遍、严峻而需亟待解决的问题。近年来，北京中铁瑞威基础工程有限公司与北京交大隧道中心及各铁路局在路内联合开展隧道病害整治工作，一直重视深入分析病害成因、优选整治方案、合理引用国外的和自行研发新材料等方面的工作，成功地完成了一些隧道的病害整治项目，取得了满意的工程效益。并得到了
2、用户和管理部门的好评。1. 运营铁路隧道的主要病害及成因我国铁路隧道的设计和施工经历了不同阶段，无论是支护形式还是开挖方式在不同历史阶段也各不相同，另外我国幅源辽阔，各地区的气候、水文和地质条件也复杂多样，因此，我国铁路隧道的病害现象有着以下特征：病害隧道数量多，病害种类丰富，病因复杂多样。同时各类病害又是并发存在的，互为原因、相互转化的，为便于研究和整治，拟作以下分类：1.1 渗漏水病害运营隧道的渗漏水是我国铁路隧道较为普遍的病害，对于非电气化的铁路区段，一般不直接妨碍行车，易被忽视，但长期不治的各类水害能使衬砌腐蚀、钢轨锈蚀、轨枕腐烂、路基翻浆冒泥；对于电气化隧道，可能危及行车安全，严寒地
3、区可能产生冻害或挂冰侵界等情况。造成隧道渗漏水病害的主要原因有：（1）衬砌的防排水系统失效；（2）衬砌混凝土自身密实度不够，泌水管路较通畅；（3）地下水对衬砌混凝土的化学腐蚀；（4）施工原因造成的衬砌混凝土缺陷，如拌和不均、有杂物、骨料污染、接缝处理不当、施工方法不当、拆模过早而开裂等；（5）衬砌裂损。1.2 衬砌结构性病害隧道衬砌结构性病害主要包括衬砌裂损、衬砌变形。主要表现为隧道衬砌的各类裂缝、勾缝脱落、压溃、错台、断面变形或缩小等。造成衬砌结构性病害的原因主要有：（1）地质的影响：当围岩压力过大或分布不均匀，超过衬砌实际强度和刚度时，衬砌就会产生裂缝、变形或位移，严重时会产生局部掉块、失
4、稳，甚至拱坍墙倒。（2）地形的影响：隧道在傍山临水时容易产生偏压，当洞顶覆盖层较薄时，易造成衬砌开裂。（3）地下水的影响：地下水的动静压作用、严寒地区的冻胀力、地下水作用于隧道体周围的软弱破碎岩层，导致衬砌周围出现空洞等约束不均匀，都有可能造成衬砌开裂。（4）衬砌结构形式的影响：由于衬砌计算时的假定与实际受力状态有一定差异，当差异较大时，容易引起衬砌开裂。（5）施工方法与施工质量的影响：由于施工方法不同、施工质量不好，造成围岩松动，压力增大，衬砌厚度不够、强度不足，衬砌背后回填不密实，运营后会出现结构的变形和裂损。（6）运营维护的影响：列车的振动、煤烟、蒸气等对衬砌强度影响，如果养护工作不及时
5、跟上，或病害整治效果差，也将会加剧或产生衬砌的裂损。1.3 衬砌混凝土病害运营铁路隧道的衬砌混凝土病害指由物理或化学等原因引起的衬砌混凝土强度下降、开裂、腐蚀、疏松、表面脱落或掉块等现象，从而降低了结构的耐久性，会诱发其它类型的病害，直接缩短隧道的使用寿命。引起这类病害的主要原因有：（1）衬砌混凝土受侵蚀性环境介质如各种酸、碱、盐以及大气中各种有害气体与混凝土中某些组分通过化学反应而产生的化学反应侵蚀。主要包括溶出性（或软水）侵蚀，分解性（或酸型）侵蚀，盐类（硫酸盐、析盐、苛性碱、碱溶液）侵蚀，油类侵蚀和生物侵蚀破坏等；（2）由于配制混凝土时原材料中含有一定数量的碱或“碱活性”骨料，而发生因反
6、应生成物吸水膨胀导致混凝土开裂的碱骨料反应。（3）由于碳化作用或氯盐污染而破坏混凝土中钢筋的钝化膜，即去钝化，如果混凝土中具有适当的湿度，钢筋开始锈蚀，进一步发展至混凝土顺筋胀裂、保护层及部分边角脱落；（4）衬砌混凝土的冻溶破坏是重要病害之一，由于混凝土微孔隙中的水，在温度正负交替作用下，形成冰胀压力和渗透压力联合作用的疲劳应力，在这种疲劳应力的作用下混凝土产生了由表及里的剥蚀作用，从而降低混凝土的强度；（5）此外，衬砌混凝土由于受温度、收缩、膨胀、不均匀沉降等因素而引起的变形裂缝都会降低混凝土的强度、结构的安全使用和耐久性。1.4 基底类病害运营铁路隧道的基床病害主要指由于隧道基底病害和渗漏
7、水等引起的道床下沉、开裂、翻浆冒泥等现象。基床病害容易导致线路几何状态难以保持，制约列车提速，危及行车安全，严重时能造成列车在隧道内脱轨倾覆。基床病害的成因主要包括：当基底为软弱层，如风化的基岩、断层破碎带、超挖部分为浮碴填充层等，由于其强度低、结构松散，容易被水浸泡软化或被水冲刷流失，列车动载的反复作用使基底泥水多沿边墙缝、人行道与道床的接缝或其他薄弱环节（如中心及侧水沟）等处涌向道床，形成翻浆冒泥，进而使基底局部淘空，造成道床断裂。另外，还有软岩膨胀底鼓等原因。1.5 其它病害 危及隧道运行安全，形成隧道病害的因素还有很多，包括：山体滑坡挤压隧道衬砌造成衬砌裂损、隧道穿越溶岩地层形成围岩空
8、洞、洞口处塌方、落石等等，不在此处一一赘述。2. 隧道病害的检测一、检测内容（一）隧道衬砌病害检测主要使用地质雷达法、回弹法、结合现场调查。主要检测内容如下：1、隧道二次衬砌厚度雷达检测；2、隧道二次衬砌背后回填密实度（有无空隙、空洞病害）；3、衬砌混凝土强度检测；4、隧道相关调查（渗漏水病害调查、衬砌残损调查等）。5、隧道限界检测；二、检测原理检测依据：铁路工程物理勘探规程TB10013-2010；铁路隧道衬砌无损检测规程TB10223-2004；铁路工程结构混凝土强度检测规程TB10426-2004；铁路运营隧道衬砌安全等级评定暂行规定铁运函【2004】174号。1、地质雷达检测原理本次隧
9、道衬砌厚度及背后密实程度检测，采用地质雷达探测方法进行。该方法通过地质雷达发射天线向地下连续发射脉冲式高频电磁波，当遇到有电性差异的界面或目标体（介电常数和电导率不同）时即发生反射波和透射波。接收天线接收反射波并经电缆传递给主机，在主机显示屏上形成实时的时间剖面。根据记录到的反射波的到达时间和求得的电磁波在介质中的传播速度，确定界面或目标体的深度；同时根据反射波的形态、强弱及其变化等因素来判定目标体的性质。三、检测仪器及方法：主要用到两种仪器：地质雷达仪（Sir-20型主机，配备400M天线）；用于衬砌检测。美国GSSI公司生产的SIR-20型地质雷达瑞士产的DIGI2000型全自动数字回弹仪
10、 用于衬砌强度检测四、检测布置：（一）隧道检测按设计要求，每座隧道布置5条雷达测线（即：拱顶、左右拱脚、左右边墙）进行检测，如右示意图；强度检测在隧道边墙布置测点，每50m一测点。限界检测按委托方要求，或每5米做一个断面。3 整治技术和新材料的应用3.1 衬砌渗漏水病害整治技术3.1.1 注浆防水（1） 衬砌壁后注浆对于由衬砌壁后围岩疏松、空洞、集水而造成的严重裂损渗漏水，尤其是单式衬砌的渗漏水病害整治，将专门的浆液注入到衬砌壁后，以加固和密实围岩，堵塞裂缝而治水，是比较普遍的方法。在衬砌壁后围岩有疏松或空洞漏水部位，布置间距为2m4m的注浆孔，先疏后密、中间插补，孔深以穿透衬砌厚度进入围岩约
11、1030cm为宜，孔径42cm。埋设注浆管，使用压力洗孔，然后采用防水型TGRM水泥基特种灌浆料进行注浆施工，注浆时孔口压力控制在0.40.6Mpa以下，并注意观察浆液的串孔和裂缝的跑浆情况，注意封堵，直至压满为止，如遇到吃浆量过大时，可暂停注浆，重新设孔隔天再注，以避免浆液扩散过大造成浪费。对于衬砌壁后的较大空洞，有条件时可先灌注不分散砂浆或混凝土，然后补灌防水型TGRM水泥基特种灌浆料；如果衬砌状态欠佳，可考虑采用轻质型TGRM水泥基特种灌浆料进行回填注浆，以减少衬砌负荷。图3-1-1 注浆示意图图3-1-2 注浆孔节点图（2）衬砌内防水注浆针对淌涌水形式的衬砌裂缝，如果衬砌背后没有大的空
12、洞，可根据渗漏水分布情况，在完成拱部衬砌裂缝封堵后，将浆液注入到衬砌体内或初、二衬之间，以加固和密实衬砌、堵塞裂缝，提高衬砌强度和抗蚀防水能力，同时分段赶水，集中由边墙排水槽排至边沟。注浆时，先按12m间距布设注浆孔，孔深应严格等于或小于各段的钢筋混凝土衬砌厚度，不能打透初期支护，孔径为42mm，埋设注浆管。先进行压水试验，确定渗透范围和合理孔间距。然后采用超细防水型TGRM水泥基特种灌浆料进行注浆施工，注浆时孔口压力控制在0.4Mpa以下，压浆时注意观察浆液的串孔和裂缝的发展情况，注意封堵和调整注浆参数，直至压满为止。衬砌内注浆适合于复合衬砌中因一、二衬之间有空隙或衬砌内混凝土疏松、有孔洞而
13、造成的大面积渗漏水。图3-1-3 注浆孔布置示意图图3-1-4 注浆断面示意图3.1.2 凿缝填充堵漏整治衬砌孔洞或比较规则、明晰的衬砌浅表裂缝的渗漏水病害，可采用凿缝填充堵漏措施，先凿除裂缝周围的腐蚀、松散混凝土，并用堵漏剂填塞，以达到治水和修补的双重效果。对于一般漏水点，用钢钎或手持式砼切割机在漏水点周围凿一U型坑，宽6cm深不小于4cm，用足够量的腻子状“W-21速凝堵水砂浆”瞬间堵漏剂一次填满压实。对于有压力水的漏水点，在漏水点处开宽6cm深不小于4cm的U型坑，在坑中央安放一根管径8mm12mm软塑管引水，然后用“W-21速凝堵水砂浆”从边缘向坑中央封堵，逐渐缩小漏水范围，最后将排水
14、软管扎住，并用“W-21速凝堵水砂浆”封堵严实。对于漏水裂缝，沿裂缝方向开U型槽，槽宽6cm深不小于4cm。用钢丝刷将槽缝内的碎石、浮浆、杂物全部清除掉，用高压水冲洗干净。用“W-21速凝堵水砂浆”堵，将腻子状“W-21速凝堵水砂浆”捏成合适形状，迅速填入U型槽内，挤压密实。遇到长裂缝需分段封堵时，“W-21速凝堵水砂浆”间的接茬要成反八字形相接。图3-1-5 漏淌水裂缝示意图图3-1-6 漏淌水裂缝堵水示意图图3-1-7 示意图3.1.3背水面内贴式防水用高效防水剂喷涂在有渗漫水等病害或修补后的衬砌背水面，以封闭表面，达到防水、防潮、防裂等目的。首先对拱部衬砌表面进行清理：用钢丝刷和高压水将
15、衬砌表面的灰尘、油污、泛碱、浮浆、松动碎块等杂物清除干净，确保露出砼结构新面。砼表面要平整，若有凹凸不平或孔洞等蜂窝麻面，可用UP2000或聚合物砂浆嵌填抹平，以保证防水材料均匀地覆盖。图3-1-8 拱部渗漏水病害平面示意图图3-1-9 衬砌内贴式防水平面示意图图3-1-10 衬砌内贴式防水剖面图图3-1-11 1点大样图喷涂“W-22聚合物改性水泥基防水砂浆”涂层前先将衬砌表面洒水润湿以利于喷涂，但不能有流淌水；然后用配制好的“W-22聚合物改性水泥基防水砂浆”浆液（呈浓奶油状）进行喷涂，喷涂次数不少于两遍，第一遍材料用量为1 kg/m2，第二遍材料用量不小于0.5 kg/m2；两次喷涂的时间间隔不小于12小时。对于修补过的部位适当增加材料用量和喷涂遍数，确保涂层有足够厚度，喷涂过的防水层可适当洒水养护。对隧道衬砌上的施工缝、变形缝要以缝两侧20cm范围为界喷涂“柔性W-22聚合物改性水泥基防水砂浆”，以提高防水保护效果。3.1.4 边墙盲沟排水对于拱部渗漏水严重的部位以及边墙淌水部位，应先在对应涌水点的
