铁路隧道衬砌病害整治若干问题的研究

第7卷　第1期

长沙铁道学院学报(社会科学版)

Mar.2006

Vol.7　No.13

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,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

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收稿日期:2005-10-30

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。

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李永才:铁路隧道衬砌病害整治若干问题的研究

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。

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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:马田广场大门正对邻家墙角,业主认为按照传统的风水原理,这样的布置非常不利。通过设计师与业主的沟通,决定在邻家屋角处栽种一株大树,使尖锐的墙角得以隐蔽,以此来缓冲“煞气”,达到理想居住的目的。还有许多业主根据传统风水学认为建筑不宜采用正南正北的方位,最好的方位应该是南偏东西8～10°。设计师根据客户的要求对房屋的朝向进行了合理的修改。虽然由于业主对设计的需求不一给设计师增加了大量工作量,但这样一来,别墅的可选择性就大大增强,保证了业主们的居住要求,真正做到“自在自为、自然而然”。为保证户型设计的多样性,同升湖别墅设计一般会在不同阶段采用不同的设计方案,在设计中先后有多名建筑师参与设计,这也为户型设计注入了不同的特色。

在设计过程中,因为有了设计师、业主和其他专业人士的共同沟通和协作,业主可以根据自身的需要,对户型设计进行选择和个性化设计。有的在上下楼层做了双主卧室设计,考虑到了父母、子女等家庭成员居住的均好性;有的加大了客厅、卫生间的面积和数量,增加了居住的舒适度;有的专门为自己的设计了藏房间、音乐间;有的设计了一个40平方米的更衣室,且与主卧、洗漱间连通,满足了自己特殊的生活需求……在同升湖山庄,居住加上了个性化的色彩,成为了一种追求。

综上所述,同升湖国际山庄充满了自然主义哲学思想,在遵从自然、遵从土地、遵从地方精神的基础上走了一条公众参与的、相互合作协调的可持续发展的规划设计实践之路,因而一旦推出,便一鸣惊人,一举成名,取得了巨大的成功。

参考文献:

[1]王建国.城市设计[M].南京:东南大学出版社,2004.

[2]俞孔坚.城市景观之路[M].北京:中国建筑工业出版社.2004.[3]仇保兴.中国城镇化-机遇与挑战[M].北京:中国建筑工业出版

社,2004.

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