高速铁路隧道衬砌裂缝病害及其整治措施研究

韩亮

摘要：我国大量高铁隧道项目已经正式投入运营使用，其实践说明，不恰当的设计和施工会导致运营中的衬砌结构发生病害，影响其承载力和稳定性，给安全运行带来安全威胁。在隧道病害中，衬砌结构裂缝造成的危害相对较大，不仅威胁了结构的承载力，还与其他病害共同作用，进行恶性循环。因此，本文针对衬砌裂缝问题进行简要分析，并提出一些整治措施，希望可以为高铁的安全提供安全保障。

关键词：高铁隧道；衬砌裂缝危害；整治措施

高铁隧道衬砌经常会产生裂缝病害，当其出现时应当结合发生的严重情况，根据分布特点，有针对性地采取整治手段和技术进行处理。同时也绝不能忽略预防工作，在具体操作中应当根据科学设计与操作强度开展施工，对这一操作过程有效监管，从而获得符合规范要求的项目。

一、病害出现原因与分布

工地地质特点是发生病害的原因之一。综合来讲，项目若与复杂断层环境接近或通过时，本身与外壁出现巨大的围岩荷载力，并导致两侧不均匀受力，较大荷载一段容易发生裂缝。在这样的地质环境中，分布裂缝部位，两侧承载力等都是引起衬砌形状改变的重要原因。

（一）空洞導致的裂缝与分布

当衬砌背后发生空洞时，由于存在位置会令隧道形成一种凸向围岩一层的变形，进一步出现裂缝。并且这一空洞也会对裂缝数目与深度造成影响。空洞越大，则会产生较大的变形区域，也会出现更多更深的裂缝。另外，由于覆盖在隧道附近的土层出现了不均匀分布重力的问题，对其外壁以及衬砌产生不同的压力。同时，这样的压力通常会引发病害，并且通过实际情况分析，病害发生的严重与否直接联系着自身承受的重力。在裂缝中，形成面积和深度是其发生变形的关键原因，同时由于逐步增大的覆土层重力，相应也会增加变形概率[1]。

（二）地下水形成的作用力

具体包括地下水压力以及寒冷天气产生的冻胀力。通常状况下设计施工忽略不计地下水影响围岩的情况，但是若存在巨大涌水，在一部分拥有较高渗透性的区域极有可能发生排水堵塞，致使水压对围岩发生持续作用力令其发生极限平衡现象，从而发生水平状或者是环向的裂缝。

（三）施工技术

第一，施工操作问题以及管理疏忽造成的质量不足。比如控制配合比不够慎重，浇筑和振捣操作不符合要求产生空洞和开裂，直接影响密实性，从而发生质量问题。此外，在混凝土模板浇筑过程中由于不平整造成尺寸差异从而发生受力不均，裂缝也会由此出现，直接降低了承载力。第二，施工缺少科学安排。由于无法科学安排施工过程，造成不能有效衔接各个环节，进一步在拱顶等位置出现裂缝[2]。

二、整治措施

（一）加强自身强度

锚喷加固具体是在裂缝部位喷射混凝土，进一步对结构裂缝有效填补，利用粘结性将新旧混凝土制作成组合拱，一定程度强化了材料与结构自身的强度。碳纤维布加工主要是在裂缝发生的位置粘贴碳纤维布，利用其有效粘结土梁进一步提升承载力，有效增强了结构的抗弯力。注浆加固原理是对混凝土存在的空洞以及裂缝采取浆液有效填补，进一步提升了结构质量。

（二）碳纤维加固

加固处理施工材料，主要目的是提升结构强度，增加承载力。第一，处理结构面。具体是利用砂轮设备清理结构面裂缝产生的混凝土，确保其完全干燥，并且保持良好的平整性，可以达到施工要求；第二，封闭处置。具体是采取密封胶封闭表面存在的裂缝，并且提升施工效率；第三，事先涂抹底胶。在处理过程中，可以在结构表面使用滚筒设施涂刷树脂，确保其厚度不超过0.004mm；第四，找平操作。在涂抹操作结束以后，若表面形成气泡，待树脂完全干燥后利用砂轮设备清除气泡[3]。

（三）提升稳定性

整治裂缝工作比较复杂，操作人员应具备较高的素质，如此才可以提升操作水平。对围岩进行加固，可以最大程度地提升安全水平。在具体操作中，关键是通过锚固注浆和深孔注浆等方法。但在实际应用中，时常会出现很高级别的岩体，如此应先实施钻孔与压浆，进一步确保操作质量，达到补缝目标。对附近破碎岩体实行深孔压浆的过程中，应建立一个固结圈，提高岩体安全水平。围岩加固可以保证完整性。

（四）整治严重病害的工艺

处理严重病害时，可以对拱顶后背部位实施注浆，在确保施工操作与岩层之间的良好粘结性的前提下，对受力有效改进。注浆操作中，应科学设计参数：注浆孔之间的距离是2m×2m，分布形状为梅花，控制压力范围在0.5-1MPa，应用1：1水泥砂浆材料，采取由下至上、先稀后稠的压浆操作原则。具体操作中在裂缝部位清除的混凝土厚度应超过14cm，并且延伸位置凿出楔形槽，宽度不大于8cm，深度则必须超过裂缝深度。另外，还需要认真清理楔形槽内部[4]。

（五）其他加固法

首先，骑缝注浆法。这一方式主要使用浆液和环氧树脂砂浆材料。具体工艺：第一，沿着裂缝形成方向实施凿槽，并且从裂缝部位延伸至两端，确保5cm的槽宽；第二，对内部浮土有效清理；第三，顺延裂缝方向注浆钢管，严控彼此之间的距离，在沟槽内部填入环氧树脂砂浆以及固定注浆管；第四，彻底固结砂浆以后压注环氧树脂砂浆材料，注意压力保持在0.4MPa；第五，割管。当结束操作以后，割除外露的注浆管，并且涂刷颜料。其次，凿槽嵌补方法。在利用这一方法对病害处理的过程中，第一应认真清理衬砌表面，保证不会出现任何杂物并保证自身完全干燥。第二在开始凿槽的过程中，联系实际裂缝深度对相应参数有效确定，并且将底胶涂抹在内壁和底部，开展合理的填料操作，第三利用捣固设备加固处理填料，需要注意的是在使用这一方法时应当对防水材料注意保养。

三、结束语

总而言之，在具体施工操作中，由于内外部因素共同发挥作用，非常容易发生裂缝病害，一定程度影响了列车的安全稳定运行。因此，为了最大程度减少病害发生几率，操作人员应当在具体工作中贯彻执行安全生产和操作的重要作用，认真对照设计方案的各种数据，并且在原来基础上监督各项操作流程，仔细查找已经出现的病害及其原因，并制定合理的解决手段，最终促进高速铁路的快速发展。

参考文献：

[1]高焱，夏晶晶，耿纪.基于模糊综合评判法的寒区高速铁路隧道冻害评价体系研究 [J].铁道标准设计，2018（7）：89.

[2]季维生.高速铁路隧道拱顶二次衬砌背后存在空洞时气动荷载对其的影响 [J].中国铁道科学，2017（6）：56–62.

[3]代利波.探析高速铁路隧道存在的缺陷及其整治技术[J].海峡科技与产业，2017（9）：168–169.

[4]翟顺鹏.浅析高速铁路隧道施工技术与质量控制分析[J].建筑技术开发，2017（13）：47–48.

（作者单位：中铁隧道集团三处有限公司）