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1、1996年12月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineering15(1996),385—389铁路隧道衬砌开裂病害整治方法初探赵国旗(铁道部第十六工程局 天津 300162)摘要 分析了衬砌开裂的成因,归纳出衬砌开裂的性质和特点,提出整治衬砌开裂病害的原则、措施和施工方法。对铁路隧道衬砌开裂病害整治具有借鉴与指导作用。关键词 铁路隧道,衬砌开裂病害,整治原则,整治措施,整治方法1 前言隧道衬砌结构受力破坏产生的裂缝,其部位和性质与衬砌结构形式、结构几何尺寸、围岩压力大小及分
2、布、施工技术、工程质量及建筑材料等因素有密切关系。笔者参加了几座隧道衬砌裂缝的整治工作,并取得了较好的效果。现将整治情况介绍如下:1.1 裂缝的性质压裂性裂缝 裂缝边缘呈压碎状,严重者,受压区表面产生鱼鳞状碎片剥落、带状压劈掉块、酥化等现象。裂缝发展方向不规则。拉裂性裂缝 裂缝的边缘较为整齐,大致沿隧道纵向发展,但也有斜向拉裂的现象。裂缝深度方向大致为径向,裂缝宽度随深度逐渐减小,严重受拉断裂者,常伴有错动。剪裂性裂缝 裂缝的宽度,在表面与深度大致相同,衬砌在裂缝两侧沿剪切方向有错动。剪裂与拉裂或压裂有密切联系。
3、调查表明:在中等强度岩层中的隧道,其衬砌拱部的开裂,以拱顶内缘压裂、拱腰内缘拉裂为较多。在边墙部位,则以边墙中部以上拉裂较多。在傍山(偏压)隧道以靠山侧拱腰拉裂较多,这与围岩压力的分布不均匀有关。1.2 开裂衬砌结构的稳定性分析及整治措施仅拱圈部分出现一些裂缝宽度小于5mm的受拉性裂缝,衬砌开裂断面受压区尚未达到抗压极限强度,衬砌可保证安全,裂缝整治采用嵌补的方法,见图1。拱圈截面内缘出现压裂性破碎,或内缘出现宽度较大的裂性裂缝,而外缘混凝土也可能已压碎,则衬砌截面的有效面积已大为减小,并产生较大的局部压缩变形,
4、此时,可能使衬砌丧失稳定。整治措施为增设钢架、锚杆及网喷混凝土,见图2。衬砌出现剪切裂缝,并沿剪裂而发生错动,则衬砌截面已断裂,此种情况衬砌易丧失稳定,见图3。如果结构变形较大且侵犯限界,应进行拆换拱墙处理。1995年6月9日收到初稿,1995年7月19日收到修改稿。第15卷 第4期岩石力学与工程学报Vol.15No.41996·386·岩石力学与工程学报 1996年 图1 裂缝整治嵌补图图2 拱圈破碎变形图Fig.RemedyofthecreviceFig.2Brokendeform
5、ationofthevault1.3 裂缝整治的原则(1)裂缝治理应以加固为主,拆换为辅。(2)应认真分析裂缝产生的原因和性质,根据不同受力情况,分别采取不同的治理方法。(3)裂缝处理后应能保证结构原有的承载能力、整体性及防水、抗渗性能。(4)处理方法要力求简单易行,以符合经济合图3 衬砌剪切裂缝图理原则。Fig.3Shearedcrevice2 裂缝整治方法2.1 拆换拱墙衬砌地段南昆线我处管段几座隧道由于地质复杂,有两座隧道洞口段出现了较为严重的病害。其中一座隧道进口段由于线路右侧山体滑坡,拱部衬砌衩挤碎,掉
6、块严重并侵入限界。另一座隧道出口位睦偏压地段,岩石为砂页岩互层,层间结合较差;同时因施工影响,线路左侧的岩体松动,线路右侧因施工便道的开挖,加剧了偏压程度,岩层间发生错动,导致原衬砌的拱墙严重开裂变形。上述两座隧道治理方案为:洞口段增设抗滑以稳定山体,深孔注浆固结地层,最后进行拆换拱墙工作。在拆换拱墙前,先向衬砌背后进行深孔注浆固结地层,;固结厚度为3.0m,使其周围形成“硬壳”,超到护拱的作用以确保拆除作业安全。注浆管长3.5～4.0m,间距1.0m×1.#0m,梅花形布轩,注浆管540mm。采用高压注浆泵压注
7、425普通硅酸盐水泥拦制的纯水泥浆,注浆压力控制在2.0～6.0Mpa。拱墙拆换顺序:由里向外进行,每一节长度为2.5m,灌注混凝土每节为2.0m。拆除方法:采用静态爆破(使用无损破碎剂)。首先凿能30cm宽的一个沟槽作为临鉴定 第15卷 第4期 赵国旗:铁路隧道衬砌开裂病害整治方法初探·387·会面,布置钻眼,间距30cm×30cm,梅花形布置。钻孔深度为衬砌厚度的80%,装药量为钻孔深度的80%,孔眼一端采用干硬性砂浆堵塞严密,不得漏气,待6～12h后即可胀裂拆除。拆除一段,及时支立160mm的工字钢架
8、(间距0.8m一榀),在工字钢周边打入540mm的超前小钢管(环向间距40～50cm,管长3.5m)。拆除后及时灌注混凝土。2.2 衬砌开裂严重地段原衬砌虽开裂严重,但结构变形不大,尚未完全丧失承载能力。此地段治理方法采用钢架、网喷混凝土加强原衬砌,以制目衬变形进一步发展。具体步骤如下:(1)向拱背后施作控制压力注浆,使衬砌混凝土与岩层有良好的粘结,改善衬砌受力条件,遏制
