張保國

（中國鐵路武漢局集團有限公司建設(shè)部，湖北武漢 430071）

1 概況

宜萬鐵路是滬漢蓉快速客運通道的重要組成部分。該線路穿越喀斯特地貌山區(qū)，橋隧比高達74%，巖溶、順層、滑坡、斷層破碎帶和崩塌等不良地質(zhì)現(xiàn)象分布廣泛，全線山高壁陡，河谷深切，地形極其復(fù)雜［1］。

宜萬鐵路中國鐵路武漢局集團有限公司（簡稱武漢局集團公司）管段共有隧道136座/292 km，含單線82座/243 km、雙線54座/49 km。其中，Ⅰ級風(fēng)險隧道6座；8座隧道設(shè)有排水洞，長度共20 km。自2010年12月22日通車運營以來，該路段隧道曾發(fā)生涌水、襯砌開裂掉塊、巖溶塌陷等險情，泄水洞淤堵、底板沖毀問題突出，并且高危洞口邊仰坡存在危巖落石隱患。以上問題均嚴(yán)重威脅行車安全，較嚴(yán)重的病害（水害）類型如下：

（1）涌（漏）水。2012—2017年，大支坪、野三關(guān)、五爪觀、馬鹿箐、云霧山等5座富水巖溶隧道共涌（漏）水9次，累計中斷行車855 h 43 min。其中，2015年6月18日，大支坪下行隧道K1244+540拱頂漏水，中斷行車463 h 9 min；2016年6月1日，大支坪下行隧道K1244+547襯砌開裂、變形、涌泥、涌水，中斷行車259 h 29 min；2016年7月19日，野三關(guān)下行隧道K1233+910、K1234+050涌水、水淹鋼軌，中斷行車111 h 4 min。

（2）襯砌開裂掉塊。共發(fā)生11次襯砌開裂掉塊險情，多為施工縫修補砂漿脫落所致。其中，5處掉塊墜落（道心或排水溝蓋板上）后被巡查人員發(fā)現(xiàn)，1處被列車司機發(fā)現(xiàn)，5處在墜落前被巡查人員發(fā)現(xiàn)并及時處理，所幸均未造成事故。

（3）洞口邊仰坡危巖落石。共發(fā)生7次危巖落石險情。其中，2012年，紅瓦屋下行隧道出口，約0.5方落石滾落至隧道口上方20 m處邊坡；2015年，楊家堡隧道出口，裸露山體溜塌至隧頂天溝；2015年，金家灣隧道出口，約0.2方落石跌落至路肩；2017年，大巖灣2號隧道出口，裸露山體風(fēng)化碎石跌落至路肩；2017年，榔坪1號隧道出口，落石跌落至下行右側(cè)水溝。

2 整治工作流程

2.1 應(yīng)急處理

截至2018年4月底（汛前），完成4座高風(fēng)險隧道的泄水洞清理、泄水孔疏通及損壞結(jié)構(gòu)臨時補強，保證泄水洞排水暢通；完成8處隧道襯砌病害整治，確保當(dāng)年汛期不再發(fā)生斷道險情。

2.2 全面排查（調(diào)查）

該階段工作與應(yīng)急處理同步進行。截至2018年9月底，完成管段內(nèi)所有隧道的襯砌缺陷及病害排查，以及泄水洞、邊仰坡等病害調(diào)查工作。其中，隧道襯砌缺陷及病害排查主要采用人工敲擊方式，通過敲擊襯砌（以拱頂為主）發(fā)出的不同聲響，初步判定襯砌空洞、不密實，并標(biāo)定范圍。對于判定為空洞的病害，使用沖擊鉆探明最小襯砌厚度；其他病害用肉眼觀察并標(biāo)記。所有病害均對其位置、范圍及相關(guān)參數(shù)作詳細(xì)記錄，形成病害庫。全面排查完成后，參照《鐵路運營隧道襯砌安全等級評定暫行規(guī)定》（鐵運函〔2004〕174號）［2］對病害庫進行分析、分類，并開展病害整治施工圖設(shè)計工作。

2.3 集中整治

該階段工作于2018年10月啟動，對已知病害進行集中整治。在完成病害整治施工圖設(shè)計后，邀請專家對設(shè)計方案進行論證，并開展施工方案編制、履行營業(yè)線施工組織程序，然后實施整治。

2.4 補強完善

該階段工作與集中整治同步進行，將于2020年汛前完成宜萬鐵路水文地質(zhì)條件深入調(diào)查研究，提出補強完善排水及監(jiān)測系統(tǒng)方案，論證云霧山、大支坪等隧道新增排水支洞的必要性、可行性并組織實施。

3 病害分析

3.1 襯砌

對于管段內(nèi)136座隧道，有106座隧道存在襯砌缺陷及病害，30座隧道未發(fā)現(xiàn)襯砌缺陷及病害。缺陷及病害總計3 906處，分為背后回填不密實、空洞、裂紋、滲漏水、掉塊、露筋等6大類［2］。參照《鐵路運營隧道襯砌安全等級評定暫行規(guī)定》（鐵運函〔2004〕174號）對病害庫進行評估，確定需要整治的有2 206處。

3.2 泄水洞

對于管段內(nèi)8座隧道泄水洞，有4座泄水洞（野三關(guān)、大支坪、云霧山、馬鹿箐，總長17.2 km）存在較嚴(yán)重的病害，主要表現(xiàn)為剝落掉塊、巖層垮塌、二次襯砌與初支脫空、二次襯砌開裂、支護變形、底板沖毀、局部排水能力不足等，病害長度共15.7 km。

3.3 邊仰坡

對于管段內(nèi)隧道洞口及邊仰坡，共發(fā)現(xiàn)54處存在較嚴(yán)重安全隱患。其中，隧道洞口47處、路塹邊坡7處，主要表現(xiàn)為危巖落石、既有防護范圍不足或效果不良、邊坡溜坍、排水不良等。

4 整治方案設(shè)計

4.1 襯砌

（1）背后回填不密實：采用襯砌背后回填注漿措施處理。

（2）空洞：主要采用注漿、注漿+錨桿加固、噴射混凝土等方案處理；位于不良地質(zhì)地段的，增設(shè)套襯加固方案處理。

（3）裂紋：主要采用環(huán)氧樹脂注漿方案，對拱頂月牙形、網(wǎng)狀形裂紋進行處理。

（4）滲漏水：主要采用設(shè)置截水槽引排方案，對拱頂線、股、滴狀滲漏水病害進行處理。

（5）掉塊：主要采用鑿、磨、刮等方法進行清除；部分地段采用錨桿加固；位于不良地質(zhì)地段的，采用套襯加固方案處理。

（6）露筋：采用刮涂專業(yè)防銹漆、滲透結(jié)晶型防水涂料等方案進行除銹處理。

4.2 泄水洞

（1）剝落掉塊地段：采用噴錨網(wǎng)補強，補強范圍為剝落掉塊邊界以外1.5 m。補強參數(shù)為：噴C30混凝土厚10 cm，φ8 mm鋼筋網(wǎng)20 cm×20 cm，φ22 mm砂漿錨桿長3 m、間距1.2 m×1.2 m，梅花形布置。

（2）巖層垮塌地段：采用鋼拱架、噴錨網(wǎng)補強，補強范圍為垮塌邊界以外3.0 m。補強參數(shù)為：噴C30混凝土厚20 cm，φ8 mm鋼筋網(wǎng)20 cm×20 cm，φ22 mm砂漿錨桿長3 m、間距1.2 m×1.2 m，梅花形布置，拱墻I16鋼架0.6～1.0 m。

（3）硬質(zhì)巖、軟質(zhì)巖地段：二次襯砌與初期支護脫空位于硬質(zhì)巖地段，按原設(shè)計重新施作；對于軟質(zhì)巖大變形地段，二次襯砌調(diào)整為C35鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

（4）二次襯砌開裂地段：對于開裂嚴(yán)重地段，采用錨桿加固；對于開裂極嚴(yán)重地段，采用鑿除+錨桿+鋼筋混凝土嵌補處理。

（5）無二次襯砌地段：對排水洞進行加固處理后，在枯水季節(jié)對無二次襯砌地段設(shè)置鋼筋混凝土U型槽。

（6）新增云霧山隧道排水支洞：在云霧山Ⅰ線（上行）隧道K1352+319拱頂上方，富水溶腔與既有排水洞間增建排水支洞22 m。新增排水支洞起點位于既有排水洞PDK0+140邊墻附近，終點位于K1352+319拱頂以上約7 m處溶腔附近。

（7）新增野三關(guān)隧道排水支洞：在既有排水洞左側(cè)約40 m設(shè)置1座長約420 m的高位排水支洞，接通“+602”大型高壓富水充填溶洞，進一步加強排放暴雨期間溶洞內(nèi)可能形成的短時高壓水。

世界上眾多國家和地區(qū)的發(fā)展歷史表明，在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化的推動下，一個地區(qū)（或國家）往往會規(guī)律性地從一個發(fā)展階段向更高的一個發(fā)展階段躍遷。在當(dāng)前工業(yè)化深入推進的關(guān)鍵時期，對東營的工業(yè)化進程進行整體分析，有助于把握其階段特征、發(fā)展趨勢和努力方向。

4.3 邊仰坡

針對48處存在病害的洞口及邊仰坡，采取清危支護、增設(shè)主被動網(wǎng)、掛網(wǎng)噴護等措施進行整治和補強。

5 典型案例

5.1 魯竹壩1號隧道襯砌背后空洞整治

5.1.1 工程概況

魯竹壩1號隧道上行為單線隧道。通過敲擊、打孔探測等手段探明，二次襯砌背后脫空位于K1310+530拱部，縱長4.5 m，環(huán)長約3.0 m，呈月牙形分布，脫空最大深度20 cm，二次襯砌最小厚度5 cm。部分已剝落掉塊，面積約1 m2（見圖1）。根據(jù)《鐵路運營隧道襯砌安全等級評定暫行規(guī)定》（鐵運函〔2004〕174號），該病害評定為AA級［2］。設(shè)計整治方案：鑿除厚度小于15 cm的襯砌混凝土；植筋、掛網(wǎng)、噴射C25樹脂纖維混凝土、注漿；增加波紋板套襯［3］。波紋板套襯加固設(shè)計斷面示意見圖2。

圖1 魯竹壩1號隧道上行K1310+530襯砌病害

圖2 波紋板套襯加固設(shè)計斷面示意圖

5.1.2 整治施工方案

整治施工在天窗點內(nèi)進行，每天約5 h。工點距離洞口約100 m，物資采用人工轉(zhuǎn)運。施工平臺采用拼裝式支架。首先對病害進行驗證，查明襯砌病害情況是否與設(shè)計一致，再按照設(shè)計要求進行施工。

施工順序：接觸網(wǎng)、管線軌道等設(shè)備保護→鑿除部分混凝土→空洞內(nèi)植筋→缺陷部位施作注漿管→分層噴纖維混凝土嵌補→混凝土不密實及空洞注漿→安裝波紋板→波紋板背后回填注漿。

波紋板采用中國鐵道科學(xué)研究院集團有限公司研制的裝配式高分子聚合物波紋板［4］，波紋板共2環(huán)，每環(huán)5片，每環(huán)寬1.0 m，寬板厚10 mm。波紋板需提前定制，由生產(chǎn)廠家現(xiàn)場測量隧道內(nèi)輪廓線，然后按照測量參數(shù)制作。

5.1.3 主要工序及工藝

5.1.3.1 破損襯砌破除

鑿除空洞部位厚度小于15 cm的襯砌混凝土并清理孔洞內(nèi)松散物，鑿除形成的缺口內(nèi)寬外窄，成倒梯形。采用鋼絲刷清理后用水沖洗，并在施工期間保持壁面潔凈。

5.1.3.2 植筋

在鑿除后的空洞范圍內(nèi)植入φ16 mm鋼筋網(wǎng)，間距20 cm×20 cm。鋼筋網(wǎng)距鑿除邊緣不大于20 cm，植入深度按30、50 cm交替布置。植筋采用A級錨固劑錨固。

5.1.3.3 分層噴射纖維混凝土

正式噴射混凝土前，在附近隧道橫通道內(nèi)進行配合比試驗，確定質(zhì)量配合比為450∶850∶900∶25∶4∶1（水泥∶砂∶米石∶粉狀速凝劑∶粉狀早強減水劑∶聚丙烯纖維），噴射3 h，強度不低于1.5 MPa。正式噴射混凝土?xí)r，應(yīng)分層進行噴射，每層厚度不超過10 cm。

5.1.3.4 波紋板安裝

（1）定位放線：依據(jù)實測斷面確定波紋板底部標(biāo)高，確保波紋板與隧道拱頂間距在10 cm以內(nèi)。

（2）安裝輔助設(shè)備：①防護鋼管：利用φ80 mm鋼管，5 m/節(jié)，每環(huán)4根（根據(jù)板片尺寸布置在起拱線、拱腰附近），鋼管兩端采用化學(xué)錨栓錨固，利用蝴蝶卡固定。防護鋼管與襯砌間距30 cm。②吊裝定滑輪：2個，分別位于拱頂中線兩側(cè)各1 m位置。

（3）拼裝波紋板［4］：為保證首環(huán)波紋板安裝后的穩(wěn)定性、板片位置尺寸的精確度，安裝前需提前施作首環(huán)底部鎖腳錨桿、整環(huán)化學(xué)錨栓。波紋板拼裝采用水平激光儀確定波紋板環(huán)向起始斷面（測量組提前在襯砌表面整環(huán)進行標(biāo)記，由兩側(cè)向拱頂依次安裝成環(huán)），人工配合滑輪將底部第1塊波紋板送至安裝位置，化學(xué)錨栓上套5 cm長限位管，板片穿過化學(xué)錨栓，板片底沿與測量標(biāo)高線重合，環(huán)向邊與起始斷面線重合，定位準(zhǔn)確后將波紋板推至與限位管貼緊，緊固化學(xué)錨栓和鎖腳錨桿螺母。后續(xù)每環(huán)仍由滑輪提升至安裝部位，按兩側(cè)向拱頂中間拼裝工藝，化學(xué)錨栓、錨桿波紋板安裝完成后重復(fù)施作（波紋板拼裝步驟示意見圖3）。波紋板拼裝到位后，檢查波紋板隧道線形并進行整體調(diào)整，滿足要求后，采用定扭氣動扳手，按預(yù)定扭矩緊固所有螺栓，每個螺母的初擰扭矩不小于187 N·m，施工扭矩不小于374 N·m。拼裝固定好的波紋板結(jié)構(gòu)，其錨桿頭、搭接部分、施工中損壞部位等，需進行二次防腐處理，外露錨桿頭涂刷氟碳漆2遍，再涂刷絕緣漆1遍，涂層厚度不小于1.5 mm。

圖3 波紋板拼裝步驟示意圖

（4）基礎(chǔ)施工：鎖腳錨桿采用φ32 mm錨桿將波紋板與襯砌基礎(chǔ)連接，間距0.4 m，錨固深度不小于0.5 m，單根錨桿拉拔力不小于20 kN。波紋板基礎(chǔ)大樣見圖4。

圖4 波紋板基礎(chǔ)大樣

（5）板后填充注漿：為保證波紋板與既有襯砌構(gòu)成整體結(jié)構(gòu)并達到共同受力的要求，波紋板與襯砌間隙采用微膨脹水泥進行填充。注漿前，采用堵漏王對波紋板端頭進行封堵；再利用板材預(yù)留的注漿孔，安裝0.5 m長的φ42 mm注漿軟管；注入水料質(zhì)量配合比0.18～0.25的微膨脹水泥漿，注漿壓力控制在0.1～0.2 MPa，注漿完成后，用速凝水泥封孔。注漿順序按照邊墻、拱腰、拱頂?shù)捻樞颍聪认潞笊希┻M行。

5.2 野三關(guān)隧道增建排水支洞

5.2.1 工程概況

野三關(guān)隧道頂部“+602”溶洞涌水量大，且與地表水及暗河水的水力聯(lián)系密切，曾發(fā)生建設(shè)期大規(guī)模突水。為截排溶洞及部分涌水點巖溶水，于建設(shè)期在左線左側(cè)設(shè)有長5 468 m的排水洞。線路運營以來，因排水洞淤塞、排水不暢，多次發(fā)生排水洞積水反灌正洞，并造成行車中斷。經(jīng)專家評估確定，為加強排放暴雨期間“+602”溶洞內(nèi)可能形成的短時高壓水，在對既有排水洞進行徹底清理的基礎(chǔ)上，增建排水支洞。

（1）平面位置：在既有排水洞左側(cè)約40 m（距離既有線約60 m）設(shè)置1座長約420 m的排水支洞。新增排水支洞位于3號過水通道中線左側(cè)25 m。新增排水支洞平面示意見圖5。

圖5 新增排水支洞平面示意圖

（2）縱坡：新增排水支洞起點為既有排水洞PDK125+050（對應(yīng)Ⅰ線里程為DK125＋050）邊墻附近，排水洞起點坑底標(biāo)高833.51 m；終點位于既有排水洞PDK124+640（對應(yīng)Ⅰ線里程為DK124+640）左側(cè)40 m處溶洞附近，坑底高于DK124+640處正洞拱頂約26.5 m，終點坑底標(biāo)高873.00 m，新增排水支洞綜合縱坡為9.4%。新增排水支洞橫斷面示意見圖6。

（3）新增排水洞襯砌斷面：為方便排水及運輸作業(yè)，采用無軌運輸單車道輔助坑道斷面，斷面凈空寬5 m、高6 m。

5.2.2 方法及措施

圖6 新增排水支洞橫斷面示意圖

（1）施工組織及方法：排水洞開挖采取控制爆破，按新奧法原理組織施工，單口單方向掘進，“單車道+錯車道”無軌運輸，臺階法及全斷面法［5］。鑒于野三關(guān)隧道地質(zhì)復(fù)雜性，為確保施工和營業(yè)線運營安全，選擇在枯水季節(jié)進行排水支洞開挖施工。爆破施工在天窗點內(nèi)進行，每天要點2次，爆破2次，爆破最小間隔時間為10 h。排水支洞施工平均進尺約150 m/月，總工期4個月。施工方案（含爆破、監(jiān)測專項方案）經(jīng)專家評審并履行營業(yè)線施工手續(xù)后實施。

（2）控制爆破［5-6］：計算最大單段用藥量時，按照最不利原則埋深取值計算控制藥量；選用微差毫秒雷管，并跳段使用，相鄰段間隔大于50 ms，避免地震波疊加，減輕震動；根據(jù)爆破震動監(jiān)測結(jié)果，及時調(diào)整掏槽眼形式、爆破參數(shù)及循環(huán)進尺，在確保高質(zhì)量排水洞開挖斷面的同時，保證地震爆速不高于要求標(biāo)準(zhǔn)，將爆破震動控制在允許范圍內(nèi)；根據(jù)圍巖特點，合理選擇周邊炮眼間距E及周邊炮眼的最小抵抗線W，輔助炮眼交錯均勻布置，周邊炮眼與輔助炮眼眼底處于同一垂直面，必要時在周邊多設(shè)不裝藥的空眼，以隔震減震；嚴(yán)格控制周邊炮眼裝藥量，借助導(dǎo)爆索進行間隔裝藥，使藥量沿炮眼均勻分布，確保排水洞周邊成形良好，減少對圍巖的擾動；建立有效的聯(lián)動機制，確保洞內(nèi)爆破施工與地方聯(lián)系通暢、及時。

（3）超前地質(zhì)預(yù)報［5，7］：以超前鉆探為主、物探為輔，開展多層次、多手段的綜合超前地質(zhì)預(yù)報，并貫穿于施工全過程。注重綜合判別，采用“超前鉆探+物探+地質(zhì)分析”的綜合超前地質(zhì)預(yù)報，以超前水平鉆為基礎(chǔ)，以物探及地質(zhì)分析法驗證，在工作過程中持續(xù)開展預(yù)報成果與開挖后揭露地質(zhì)情況的對比與分析，總結(jié)經(jīng)驗，不斷提高超前預(yù)報的準(zhǔn)確性。

（4）爆破震動監(jiān)測［6-10］：排水支洞走向基本與既有線平行，距離Ⅰ線約60 m。為保證爆破期間既有線運營設(shè)備安全，重點對Ⅰ線實施監(jiān)測。為確保排水支洞爆破施工時野三關(guān)Ⅰ線隧道正洞的質(zhì)點震動速度在安全允許標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，監(jiān)測時設(shè)定爆破震動速度安全報警值。安全允許標(biāo)準(zhǔn)（監(jiān)測控制值）設(shè)為5 cm/s；震動速度安全報警值為爆破震動安全允許標(biāo)準(zhǔn)的80%，即4 cm/s。當(dāng)監(jiān)測值超過安全報警值時，第三方檢測單位立即告知施工單位，施工單位與配合單位共同對正洞設(shè)備進行檢查，并通過減少裝藥量、增加空眼等方法降低爆破震速。由于排水支洞位于野三關(guān)隧道側(cè)上方，進行爆破震動監(jiān)測時，爆破震動速度傳感器需固定于野三關(guān)Ⅰ線隧道迎爆側(cè)（靠近爆源一側(cè)）邊墻上，安裝高度約1 m；軸向爆破震動測點布置以爆破位置為中點，沿隧道軸線每間隔約30 m布置1個爆破震動測點，共計布置7個測點，排水支洞每進尺30 m，將7號測點移動至1號測點前方30 m處，以確保爆源始終位于監(jiān)測長度范圍的中心位置。正洞爆破測點布置示意見圖7。

圖7 正洞爆破測點布置示意圖

（5）排水支洞接通溶洞時處理：排水洞開挖接近終點時，預(yù)留3 m以上巖壁，結(jié)合超前地質(zhì)預(yù)報并采用多孔直徑300 mm以上的鉆孔探明前方巖溶情況，確定巖壁背為1 m寬的寬張裂隙，無水。然后一次爆破揭示溶腔。最后，進入寬張裂隙查探，確認(rèn)寬張裂隙與“+602”溶洞相通，則判定排水支洞與溶洞接通，達到設(shè)計目的。

5.3 封鎖施工及安全卡控

隧道襯砌病害整治的封鎖施工流程及安全卡控措施見表1。

表1 封鎖施工流程及安全卡控措施

續(xù)表1

6 結(jié)束語

針對宜萬鐵路營業(yè)線隧道病害制定的四階段整治方案，緊密聯(lián)系實際，實施效果明顯。自整治工作開始以來，宜萬鐵路隧道病害綜合整治工作按計劃有序推進，連續(xù)2年未發(fā)生斷道。隧道襯砌病害整治設(shè)計方案簡單有效，采用的噴射纖維混凝土回填工藝和裝配式高分子聚合物波紋板套襯材料施工簡單、對既有二次襯砌結(jié)構(gòu)影響小、不破壞既有排水板，施工安全和質(zhì)量可控，非常適用于營業(yè)線施工。鄰近營業(yè)線新建排水支洞爆破施工采取的監(jiān)測及相關(guān)措施，以及營業(yè)線隧道襯砌病害整治封鎖施工卡控措施均十分有效，保證了施工和運輸安全。