劉建寧 張飛飛 胡偉 周天平

中國鐵路呼和浩特局集團(tuán)有限公司集寧工務(wù)段 內(nèi)蒙古烏蘭察布 012000

我國區(qū)域遼闊，地區(qū)和氣溫差異大，受洞口地形、氣流流向等因素影響，在隧道設(shè)計(jì)時(shí)無法準(zhǔn)確界定抗凍設(shè)計(jì)距洞口的長(zhǎng)度及措施。寒區(qū)特別是嚴(yán)寒地區(qū)隧道由于凍融作用對(duì)隧道襯砌產(chǎn)生破壞，造成隧道結(jié)構(gòu)開裂、酥碎等使其受力性能下降，造成行車安全危害。嚴(yán)寒地區(qū)隧道發(fā)生凍害約34%，而漏水的隧道幾乎全部發(fā)生凍害，因此需提高隧道結(jié)構(gòu)的抗凍和防凍能力。

1 工程概況

某鐵路工程全長(zhǎng)360．602km，途徑多個(gè)地區(qū)，本線正線隧道和正線橋梁分別占正線長(zhǎng)度的43．08%和25．15%，設(shè)置距離分別為155．358km/84 座和90．698km/110 座，正線橋隧以及正線路基別占正線長(zhǎng)度的68．23%以及31．77%，長(zhǎng)度分別為246．056km 和114．546km。該鐵路線路經(jīng)過長(zhǎng)白山中段中低山區(qū)，有較為開闊且平緩的河谷盆地分布其中。依照對(duì)鐵路工程的影響程度進(jìn)行劃分，本區(qū)屬北亞溫帶濕潤半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，即屬于嚴(yán)寒地區(qū)[1]。

2 分析凍脹病害的原因

粉質(zhì)黏土地層通常是裂縫的發(fā)育段，在隧道受彎矩最大的邊墻位置一般會(huì)出現(xiàn)縱向裂縫，而且裂縫大小會(huì)隨著離洞口的距離變化而變化，越近裂縫也就越大，而襯砌表面則未滲出水分，較為干燥。依據(jù)病害所產(chǎn)生的特點(diǎn)進(jìn)行分析得知，病害主要發(fā)生在飽和粉質(zhì)黏土地層Ⅴ級(jí)圍巖段，此段較為嚴(yán)寒，冬季凍結(jié)深度高達(dá)3．2m，飽和富水的粉質(zhì)黏土層在此種極端受凍的氣候條件下會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)大的凍脹力。

3 隧道襯砌凍脹病害處理技術(shù)

3.1 修補(bǔ)裂縫

在保溫層設(shè)置之前應(yīng)修復(fù)既有的裂縫。通常采用表面壓力注漿的方式修補(bǔ)隧道裂縫，選用AB 型環(huán)氧樹脂作為修補(bǔ)材料，施工步驟如下：對(duì)裂縫進(jìn)行觀測(cè)以及清理作業(yè)；預(yù)留底座并安裝后將底座間的裂縫進(jìn)行封閉；連接好注漿器以及管道后進(jìn)行注漿作業(yè)；最后拆除注漿器并將底座以及封縫膠進(jìn)行有效清除[2]。

3.2 表面增設(shè)保溫層

對(duì)內(nèi)凈空進(jìn)行實(shí)測(cè)與計(jì)算后將適當(dāng)厚度的保溫層設(shè)置其中來避免過分流失圍巖內(nèi)熱量，使隧道凍脹病害的發(fā)生頻率有效降低甚至不會(huì)出現(xiàn)。量測(cè)隧道內(nèi)凈空后再進(jìn)行施工作業(yè)，保溫層應(yīng)設(shè)置在隧道建筑限界內(nèi)。采用噴涂的施工方式來確保保溫層的粘結(jié)強(qiáng)度以及均勻性，與此同時(shí)，選擇材料時(shí)應(yīng)將耐久性以及防火性考慮其中。本項(xiàng)目最終選取改性防火聚氨酯泡沫，并將防火砂漿涂刷在其表面。

3.3 增加保溫層以及更換襯砌

襯砌一旦在受凍脹嚴(yán)重地段出現(xiàn)貫通裂縫，將對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度造成較大影響并為運(yùn)營安全埋下了安全隱患。為徹底解決此問題，應(yīng)完善其結(jié)構(gòu)形式，對(duì)凍害進(jìn)行徹底整治。

更換襯砌：先防護(hù)鋼架，然后對(duì)裂損段混凝土進(jìn)行靜態(tài)爆破鑿除，待清除完界面后將保溫層以及防水板鋪好，再植入鋼筋并對(duì)新更換襯砌鋼筋進(jìn)行綁扎，接著支模并澆筑混凝土，最后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)與拆模作業(yè)。在分段拆穿既有襯砌時(shí)應(yīng)確保行車與施工安全，將預(yù)裂靜態(tài)爆破技術(shù)采用其中[3]。①防護(hù)鋼架：首先應(yīng)對(duì)洞內(nèi)的防護(hù)鋼架進(jìn)行簡(jiǎn)要加工，并用鋼架支撐防護(hù)準(zhǔn)備拆除段3m 左右的范圍，鋼架與鋼架之間的距離為0．5m。②在鉆孔臺(tái)架上鉆爆破孔。技術(shù)人員首先確定點(diǎn)的位置，施工人員在鉆孔時(shí)應(yīng)明確把控孔眼深度并確?？孜辉谠试S的偏差范圍內(nèi)，避免出現(xiàn)打穿二襯的現(xiàn)象。③拆除鉆孔：在兩端環(huán)向先鉆一排間距為10cm、孔深為35cm、孔徑為60cm 的斷裂孔，梅花形布置環(huán)、縱間距為30cm、孔徑為3cm 的裝藥孔，將藥裝在無損破碎劑內(nèi)且藥量為孔深的4/5，采用干硬性砂漿將孔眼密實(shí)封閉，在6-12h 后襯砌即可被壓裂拆除。④爆破：先將拱部爆破拆除，再對(duì)小邊墻及邊墻進(jìn)行爆破拆除。在爆破進(jìn)程中為避免襯砌掉落砸壞鋼軌，應(yīng)將橡膠墊、草墊或是木板鋪在軌道面上。詳細(xì)的施工方案如圖1 所示。

對(duì)每一段舊襯砌進(jìn)行拆除后應(yīng)及時(shí)補(bǔ)上新襯砌：①將初支防水板鋪設(shè)其中；②將5cm 厚的聚氨酯保溫層增設(shè)在初支與二襯之間，在初支防水板做好之后再鋪設(shè)保溫層，鋪設(shè)完保溫層后再將一道防水板增設(shè)在其表面；③將鋼筋進(jìn)行有效綁扎，鋼筋的布置形式為雙排方式，鋼筋與環(huán)之間有0．2m 寬；連接鋼筋時(shí)因保溫層材料易燃，所以采用無焊接套筒機(jī)械的方式進(jìn)行連接，在小邊墻襯砌內(nèi)植入鋼筋；④既有線要滿足運(yùn)營需求，澆筑襯砌時(shí)若采用大型襯砌臺(tái)車，那么列車便無法通行，因此，采用組合鋼模板的方式，在固定與支撐模板時(shí)使用防護(hù)鋼架。在天窗期澆筑混凝土，需要注意的是，澆筑混凝土?xí)r應(yīng)支撐好內(nèi)側(cè)鋼架，待混凝土終凝后列車便可緩慢通過，隨后可將內(nèi)撐拆除；拆模作業(yè)必須等到混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度75%之后才可進(jìn)行。

4 結(jié)語

近些年來我國鐵路建設(shè)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，高海拔、氣候條件較差的寒冷地區(qū)也在同步進(jìn)行工程建設(shè)。隨著逐漸積累的工程經(jīng)驗(yàn)以及逐步提高的科學(xué)技術(shù)水平，將隧道凍害原理研究清楚顯然已成為一大趨勢(shì)。