高速铁路隧道二次衬砌裂缝成因及整治对策研究.pdf

41现 代 工 程 科 技Modern Engineering Technology第 3 卷第 2 期2024 年 1 月Vol.3 No.2Jan.2024高速铁路隧道二次衬砌裂缝成因及整治对策研究莫雁冰广西南崇铁路有限责任公司，广西崇左532299摘要：高速铁路隧道二次衬砌裂缝通常因施工不当引起变形，如温度变化、拆模养护不当、不规范带模注浆等。为有效整治隧道二衬裂缝，以“安全可靠、技术可行、便于施工、综合整治、不产生新隐患”为基本原则，实现运营隧道“不掉块、不漏水、不落石”目标。通过研究分析某高速铁路隧道二衬裂缝成因，对高铁隧道裂缝缺陷整治仔细排查、分析，提出开通运营前有效整治隧道二衬裂缝思路及原则，采取有针对性的隧道二衬裂缝整治措施，在开通运营前解决后患，做到整治措施可行，方案经济、技术合理，为类似铁路整治提供借鉴。关键词：高速铁路；隧道；二衬裂缝；缺陷整治；措施研究中图分类号：U455.91 文献标识码：AAnalysis on the Causes of Cracks in the Secondary Lining of High Speed Railway Tunnels and Research on Remedial MeasuresMo YanbingGuangxi Nanchong Railway Co.,Ltd.,Chongzuo,Guangxi 532299Abstract:Cracks in the secondary lining of high-speed railway tunnels are usually caused by deformation due to improper construction,such as temperature changes,improper formwork removal and maintenance,and non-standard injection molding.In order to effectively rectify the cracks in the second lining of a tunnel and achieve the basic principles of“safety,reliability,technical feasibility,convenience for construction,comprehensive rectification,and no new hidden dangers”,this article conducts a careful investigation and analysis of the causes of cracks in the second lining of a high-speed railway tunnel,and aims to achieve the goal of“no falling blocks,no water leakage,and no falling rocks”in the operation of the tunnel,Propose ideas and principles for effectively rectifying cracks in the second lining of the tunnel before opening and operation,develop targeted measures for rectifying cracks in the second lining of the tunnel,solve problems before opening and operation,and ensure that the rectification measures are feasible,economical,and technically reasonable,providing reference for similar railway rectification.Keywords:high-speed railway;tunnel;secondary lining cracks;defect rectification;measures research作者简介：莫雁冰（1976），男，硕士，广西南崇铁路有限责任公司高级工程师，研究方向为铁路工程建设管理、投资管理。高速铁路为线性工程，其跨越区域大，穿越地貌、地质单元多样，工程建设复杂1。为减少隧道二次衬砌裂缝对铁路施工及运营安全的威胁，本文依托新建南宁至崇左铁路，针对具体地段的地形地貌特征及隧道二次衬砌裂缝发育特点，采取有效的整治措施，取得较好的减灾效果。1 工程概况1.1 线路概况新建南宁至崇左铁路为南凭铁路通道的重要一段，位于广西西南部，是我国通向东盟国家的国际通道。项目东起南宁枢纽内南宁站，经吴圩机场、扶绥、渠旧（预留），至崇左南站；远期延伸至凭祥。南崇铁路于2018年12月全面开工，正线全长119.3km，设计速度250km/h。1.2 隧道实施概况全线普通山岭隧道16座，以灰岩，硅质岩、白云岩为主，全长13697.5m，其中11座隧道长10147m，穿过碳酸盐地段。线路线间距为4.6m，隧道内轨顶面以上净空面积92m2。全线原设计级围岩a型、b型二次衬砌，级围岩a型二次衬砌为素混凝土结构,其余衬砌类型均为钢筋混凝土结构。全线素混凝土二衬地段长度5294m，现场已施工素混凝土二衬地段长度1792m，采取变更增加隧道二次衬砌护面钢筋2308.5m，变更为钢筋混凝土衬砌地段长度1193.5m。2隧道二次衬砌裂缝情况及成因分析2.1二次衬砌裂缝情况隧道二次衬砌裂缝相对较多集中在素混凝土衬砌422024 年 1 月第 3 卷第 2 期现 代 工 程 科 技42结构。通过肉眼观察，隧道裂缝走向与隧道纵轴向的关系进行分类，同时存在纵向、环向、斜向三种裂缝，其中纵向、斜向裂缝居多、危害最大。主要出现在隧道拱部、边墙，掉块、错台等严重病害基本是由纵向、斜向裂缝裂发展到一定程度引起的。缝宽度在0.5mm以内，长度一般在5m以内，个别纵向裂缝长度为512m。经不完全取芯验证，裂缝深度一般在14cm，少部分裂缝深度约58cm。2.2裂缝类型及成因分析铁路隧道二次衬砌因施工不当引起变形的裂缝主要分为非结构裂缝、结构裂缝、施工冷缝。（1）非结构裂缝。由变形引起的裂缝，称为非结构性裂缝。如在混凝土浇筑及养护过程中，有水泥品种、用量及水灰比、骨料大小和级配，外加剂品种和掺入量等因素影响混凝土干缩、水化热产生高温差等引起的混凝土表面非结构性裂缝。（2）结构裂缝。由外荷载引起变形的裂缝，称为结构性裂缝。二次衬砌施作过程中，由于拆模过早或不当拆模脱模，混凝土受到较大的外力撞击等造成结构性裂缝；或超出结构承受能力围岩压力、水压力或超范围、数量不规范带模注浆增加外部荷载对已稳定结构产生结构性裂缝；或二次衬砌施作前，仰拱和边墙的基础虚渣未清理干净，基底产生不均匀沉降造成结构性裂缝等。（3）施工冷缝。隧道拱、边墙衬砌要求一次连续灌筑，但施工过程中出于某种原因造成较长时间浇筑中断，前面浇筑混凝土已经初凝，现场未采取相应处理措施就进行后浇筑混凝土灌筑，导致前后混凝土连接处出现一道软弱的结合面2。薄弱结合面造成混凝土结构的整体性和抗应变能力下降。由于施工冷缝的存在，在强降雨天气下水压力破坏了混凝土结构3。3二次衬砌裂缝整治思路及原则二次衬砌结构应满足铁路运营安全需要，实现运营隧道“不掉块、不漏水、不落石”目标，为满足隧道实体质量的结构性、功能性要求，以“安全可靠、技术可行、便于施工、综合整治、不产生新隐患”为基本原则，确保二次衬砌裂缝缺陷整治过程安全，避免大拆大换并遵循以下原则。对于衬砌裂缝进行排查、观测，记录裂缝位置、发展形态及表面宽度，分析裂缝产生原因，建立台账。每处裂缝两端及中部结合物探测裂缝深度，结合南崇线开通计划开展观测，观测期不少于半年。对于物探显示裂缝深度大于0.1倍衬砌厚度地段，宜取芯验证；对于二次衬砌裂缝较多地段，先对隧道仰拱进行取芯验证，如存在空腔或虚渣，应对隧底进行加固处理；对于不影响结构安全、不存在掉块风险的表面性裂缝，待裂缝发展情况稳定后，采用封闭、加固的方法进行处理。二次衬砌裂缝缺陷整治应在开通运营前完成，受隧道工程质量缺陷检查、检测难度和局限性影响，在整治实施过程中应对二次衬砌缺陷范围进一步核实，评价其安全性，据此对整治范围、整治措施进行动态调整。整治实施后，需对整治段衬砌结构进行长期巡查及监测，运营期间还应根据相关管理要求进行维修养护。整治后应对结构变形情况、运营状态、防水效果进行不少于一年的监测，无异常后，方可结束整治工作。运营开通后，应根据相关要求进行运营期间的养护维护。4隧道二次衬砌裂缝整治措施及效果4.1高速铁路隧道二次衬砌裂缝预防措施为尽可能减少铁路隧道二次衬砌因施工不当引起变形的非结构裂缝、结构变形裂缝、施工冷缝，制定现场预防二次衬砌裂缝措施。把好水泥进场关。严格控制原材料质量和技术标准，不同品牌、不同规格、不同批次的水泥不能混用；加强砂石料等原材料检测。注意含水率检测，及时调整拌和用水；应规范混凝土运输和泵送流程。混凝土在运输和泵送中严禁加水，随车携带减水剂；控制混凝土入模温度。夏季施工当气温高于30时，应用冷水冲洗碎石降温，尽量安排在夜间浇筑混凝土；加强过程检查，提高混凝土浇筑质量。施工前保证隧道仰拱和边墙基础认真清理，保证基底、边墙等基础部位无虚渣，浇筑时两侧边墙对称分层浇筑，应以插入式振动棒为主，附着式振动器为辅的原则进行振捣。隧道拱墙要求一次连续灌筑；规范二衬带模注浆操作。要根据设计要求规范实施，应设专人及时自查；严格控制脱模时间。若脱模强度不小于10MPa，未经试验人员同意不得提前脱模，脱模时不得损伤混凝土；提高二衬养护台车配备。养护台车不仅可对养护过程温度、湿度实时监控，还可以实现对养护关键数据自动采集、记录、存储和传输4。要根据气温、混凝土的水化热设置洒水时间、洒水量，设专人及时养护。43莫雁冰：高速铁路隧道二次衬砌裂缝成因及整治对策研究建造科技4.2高速铁路隧道二次衬砌裂缝整治措施铁路隧道二次衬砌出现非结构裂缝、结构变形裂缝、施工冷缝，整治前应对裂缝进行观测，在裂缝发展情况稳定后，再对裂缝进行处理。裂缝宽度的控制标准是评价裂缝的重要指标5，依据 高速铁路隧道工程施工质量验收标准（TB 107532018），衬砌表面无贯通裂缝，裂缝宽度不得大于0.2mm。因此，隧道二次衬砌裂缝整治时，对于宽度小于0.2mm的衬砌裂缝，均不进行 处理。4.2.1二次衬砌浅层非结构裂缝整治如图1所示，对于裂缝宽度大于0.2mm、小于0.5mm的裂缝，采用沿缝凿孔压浆封堵处理；对于宽度大于0.5mm的裂缝，采用骑缝锚杆加固后，沿缝凿孔压浆封堵处理。(a)注浆孔布置图(b)注浆管安装示意图(c)骑缝锚杆布置示意图(d)普通裂缝处置剖面示意图图1二次衬砌浅层非结构裂缝整治（单位：mm）4.2.2二次衬砌深层非结构和结构裂缝整治二次衬砌深层非结构和结构裂缝则根据衬砌设计和实施时是否已配筋的混凝土结构类型来制定，故针对素混凝土衬砌裂缝和钢筋混凝土衬砌裂缝制定综合整治措施。（1）素混凝土衬砌裂缝整治。对于宽度小于0.2mm的裂缝，不进行处理；裂缝宽度大于0.2mm、小于0.5mm的裂缝：裂缝深度小于0.25倍衬砌厚度，采用沿缝凿孔压浆封堵处理；深度大于0.25倍衬砌厚度且小于0.4倍衬砌厚度，采用骑缝锚杆加固后，用沿缝凿孔压浆封堵处理；裂缝宽度大于0.5mm、小于2mm的裂缝：裂缝深度小于0.4倍衬砌厚度，采用骑缝锚杆加固后，用沿缝凿孔压浆封堵处理；深度大于等于0.4倍衬砌厚度，采用拆换处理。（2）钢筋混凝土衬砌裂缝整治。对于宽度小于0.2mm的裂缝，不进行处理；裂缝宽度大于0.2mm、小于0.5mm的裂缝，采用沿缝凿孔压浆封堵处理；裂缝宽度大于0.5mm、小于2mm的裂缝：裂缝长度小于5m时，采用沿缝凿孔压浆封堵处理。图2为弄望隧道衬砌厚度K88+566+570钢筋混凝土左边墙脚至高2m位置纵向裂纹，检测缝宽0.6mm，长度4m，采用沿缝凿孔压浆封堵处理；裂缝宽度大于等于2mm的裂缝：若缝宽大于2mm，在参建各方现场排查认定可能影响结构安全或存在掉块风险时，采用拱部拆换措施整治。裂缝长度大于5m时，采用骑缝锚杆加固后，用沿缝凿孔压浆封堵处理。图3为弄望隧道衬砌厚度K81+190+196钢筋混凝土正拱顶处纵向裂纹，裂纹长度6m，缝宽0.4mm，采用骑缝锚杆加固后沿缝凿孔注浆处理。442024 年 1 月第 3 卷第 2 期现 代 工 程 科 技44(a)整治前(b)整治后图2弄望隧道钢筋混凝土衬砌4m长裂缝整治图(a)整治前(b)整治后图3弄望隧道钢筋混凝土衬砌6m长裂缝整治图（3）施工冷缝整治。施工冷缝由参建各方现场排查认定，经综合分析后，进行缺陷整治。素混凝土冷缝：当冷缝位于衬砌边墙位置，采用骑缝锚杆加固后，沿缝凿孔压浆封堵处理（加表面涂刷水泥基渗透结晶防水涂料处理）；当冷缝位于衬砌拱部位置，采取拱墙拆换方案；钢筋混凝土冷缝：一般情况采取骑缝锚杆加固后，沿缝凿孔压浆封堵，加涂刷水泥基渗透型结晶防水涂料进行表面封闭处理。当拱部冷缝完整性差，结合度低，渗漏水严重，存在混凝土掉落风险时应采用拱部拆换措施整治。图4为渠芦一号隧道衬砌厚度K83+797+801.5钢筋混凝土衬砌，正拱顶至偏左4.5m二衬表面分层掉块、开裂、有空响，存在混凝土掉落风险时采用拱部拆换措施整治。(a)整治前(b)整治后图4渠芦一号隧道钢筋混凝土冷缝拱部拆换图5结语高速列车在隧道中高速行驶时，微小的隧道掉块都会引起重大安全事故，高铁隧道的质量安全要求远高于其他隧道。鉴于高速铁路运营特殊性，高铁隧道日常巡检、缺陷排查及维修只能利用夜间维修天窗时间进行，单次作业时间短、难度大，并且维修作业全过程时间长，往往要行车限速，工程代价和运营代价大。因此高铁隧道裂缝缺陷整治应排查仔细，整治方案有针对性，不宜将问题留至运营后再彻底解决，尽量在开通运营前解决后患。参考文献1 李恭晨.高速铁路浅埋隧道入口危岩落石分析及防护设计J.铁道勘察,2022(6):83-88.2 王芳,张磊,邸成.运营铁路隧道衬砌施工冷缝缺陷综合整治技术J.高速铁路技术,2021,12(3):106-110.3 满世浩,石广田,满开泉.铁路隧道二次衬砌施工冷缝成因及对策J.铁道建筑,2022,62(7):92-96.4 王家赫,黄法礼,李化建,等.铁路隧道衬砌混凝土温度裂缝原因分析与防治措施J.铁道建筑,2020,60(9):73-77.5 李伟,杨丹,李庆.混凝土结构裂缝对高速铁路隧道衬砌耐久性的影响分析J.现代隧道技术,2022,57(S1):273-276.