高速铁路隧道工程拱顶空洞整治技术

高速铁路隧道工程拱顶空洞整治技术

来贝贝

四川葛洲坝巴通万高速公路有限公司 四川巴中 636024

摘要:高速铁路线路组成总体可分为路桥隧三大部分，其中隧道工程由于其结构特点和施工工艺，其结构可靠性对列车通行安全至关重要。本文着眼于高速铁路隧道运营安全，浅谈隧道工程拱顶结构空洞缺陷整治，为高速铁路隧道工程缺陷整治提供技术支持性参考。

关键词: 高速铁路 隧道 拱顶缺陷 整治技术

1 隧道拱顶空洞及其成因

常见隧道拱顶缺陷主要有拱顶脱空、衬砌混凝土厚度不足、渗水、钢筋保护层厚度不足等几个方面，其中拱顶脱空、厚度不足、渗水等缺陷的及时整治事关列车运行的安全，必须及时进行处理，本文着重对拱顶脱空及厚度不足进行论述。

造成拱顶脱空、厚度不足缺陷的原因，大多因为目前隧道衬砌结构施工工艺中，混凝土均采用“先墙后拱法”所导致。该工艺实施过程中，混凝土通过输送泵进入模板衬砌台车，先浇筑的为拱墙与仰拱接触部位，然后由下而上逐层浇筑至拱顶，由于重力作用影响及隧道纵坡的存在，加之人工、材料、机具等施工过程及环节的影响，往往造成每板衬砌混凝土在标高较高的一端拱顶出现拱顶脱空或厚度不足。其具体表现为混凝土结构与防水层之间存在空洞。如下图1所示。

图1 拱顶空洞示意图

2 整治思路

对于拱顶空洞，采用高标号水泥浆进行填充处理，必要时可添加水玻璃是常见的处理方法。高速铁路隧道衬砌混凝土均为C30以上抗渗混凝土，在对拱顶空洞进行整治时，应将充填物提高一个标号进行设计，且应充分考虑其流动性、不得离析、填充性、强度、收缩性小、粘稠度等具体指标，具体施工配合比必须经过相关单位确认后方可采用。

3 具体处理方法

进行隧道缺陷整治前，必须充分掌握缺陷部位的详细情况，包括缺陷部位设计厚度、实测厚度、范围大小等必要参数。这些具体参数的取得，一方面是通过查询设计资料，另一方面是通过地质雷达进行扫描取得。尤其是地质雷达扫描过程中，应及时对存在问题的部位进行标识，待取得扫描结果后对照进行整治。

整治措施为打眼注浆，特别需要注意的是，打眼不得损坏防水层结构。具体做法如下：

3.1 搭设施工台架。隧道拱顶部位由于高度大，在施工过程中的缺陷整治，可加工可移动台架进行处置；

3.2 缺陷部位钻孔。对照雷达扫描结果及标识，采用手提冲击钻在缺陷部位进行钻孔。特别要注意的是：钻孔过程中，钻杆不得触及防水层，以免造成防水层损坏而失效。

具体做法可对照雷达扫描结果，以厚度不足部位扫描厚度作为选择钻杆长度的依据，并在钻杆对应长度处作出标记甚至在钻杆上设置卡环进行控制。

钻设注浆孔时，必须在对应区域配套钻设透气孔，其作用一则为了方便空洞区域注浆过程中空气排除，二则用于观察空洞注浆是否完成。

3.3 埋设注浆管及透气管。在已经钻设好注浆孔的部位，埋入预先准备好的注浆管及透气管。注浆管及透气管可采用PVC管以方便注浆结束后在混凝土面部位予以截断，恢复隧道净空。注浆管及透气管与钻孔接触部位采用密封胶封堵严密，防止漏浆。

特别注意：注浆管及透气管不得触及防水层，应留有2-3cm距离，方便浆液流出注浆管和空气能顺利排除透气孔的同时，防止浆液过早淹没透气孔，进而发生堵管、流浆现象。

图2 注浆管及透气管埋置示意图

3.4 注浆。注浆采用1:1水泥浆液（必要时可参入水玻璃），注浆压力0.5-1.0MPa。注浆过程中，应密切注意透气孔情况，尤其在注浆快结束时，透气孔会有浆液流出，应待流出的浆液与原浆一致后方可停止注浆。

特别要注意的是：注浆过程中要特别注意观察衬砌混凝土及衬砌结构预埋透水孔是否有浆液流出，防止注浆将透水孔堵塞。

另外，由于注入的是水泥浆，其凝固后会失水收缩，为确保充填密实，待其失水初凝后应二次注浆。

3.5 截断注浆孔及透气孔。二次注浆结束后，采用砂轮片截断突出于衬砌结构的注浆管和透气管管头，恢复隧道净空。

4 施工时机的选择

4.1 施工阶段

最好的施工阶段是在结构施工过程中，对存在空洞的部位进行注浆。这个阶段进行空洞处理，在时间和空间上以及人材机组织方面都具有极大的方便，而且能将缺陷消灭在验收之前，为后续验收移交创造有利条件。施工阶段的缺陷整治如前文所述。

4.2 运营阶段

这个阶段进行缺陷整治将面临诸多不便和困难。这个时候最大的困难是列车运行的干扰和对既有设备诸如铁轨、接触网的保护和施工安全的保护。特别是每一次施工，都必须向相关管理单位“要点”“开天窗”，也就是利用列车不运行的间隙进行施工，列车停止运行后，还需在配合单位的配合下，对接触网断电并接地将杂散电流进行处理后方可进行施工。而且必须在天窗点结束之前准时准点将施工人材机及时全部撤离出洞外，否则安全风险极大。

4.3 运营阶段的整治

对于已经运行的线路，必须采用方便拆卸和组装的“快装组合支架”。

在取得相关单位配合，进入到施工区域后，首先由相关单位配合的专业人员将接触网杂散电流接地消除后，在缺陷部位搭设“快装组合支架”，支架搭设完成后按照前文所述方法进行缺陷整治即可。

需要特别注意的是：整个过程应特别注意对接触网和铁轨的保护。

首先是对于铁轨的保护。应教育所有人员，不得敲击铁轨及附属设施；不得将工具、材料、机具堆放在轨枕及铁轨上；不得使两根铁轨短路；不得污染铁轨。值得推荐的一个做法是采用彩条布将施工点前后一段距离全部覆盖，待施工结束工完料尽后收起彩条布即可。

第二是对于接触网的保护。由于涉及到高空注浆，而接触网位于高空且不得变形和污染，对接触网的保护也是重中之重。具体的做法是，采用强度和厚度较大，韧性较好的塑料膜将作业区竖向与接触网隔离开来。为确保隔离效果，其顶部可临时采用胶布粘接在作业区外的衬砌混凝土面，待施工结束后将塑料膜收起即可。

5 几点体会

5.1 隧道缺陷常见主要有脱空、衬砌混凝土厚度不足、渗水、钢筋保护层厚度不足等几个方面，每一种缺陷的产生原因与处理办法都是不一样的，包括拱顶厚度不足，也应区别对待。若原结构可以承受列车运行及相关设施设备荷载，则按照本文所述进行注浆整治即可。若原结构已不能承担相关荷载，则应请设计单位重新针对缺陷进行专项设计，按照设计方案进行处理。

5.2 对于缺陷的整治，应充分采用相关成熟检测手段，获取第一手资料，检测过程中做好相应标记，针对性处理问题。

5.3 对于运营阶段的缺陷整治，应特别注意做好施工安全和列车运行安全。列车接触网电压接近三万伏，即使断电了仍有较高余电，由于拱顶部位接近接触网，施工前必须由相关单位根据天窗点时间进行断电并将余电接地处理好后方可进行作业。

另外，务必严格按照给定的天窗点时间安排作业，作业前对全体人员进行培训教育交底，使用的材料、机具必须编号备案，工完料清后逐一清点携带出洞。