论文部分内容阅读
【摘 要】 本文集合新建XX高速铁路隧道常见缺陷类型分析其形成原因，通过其原因论述缺陷整治方法以及预防措施。
【关键词】缺陷类型及产生原因；整治方法；危害及预防措施；
隧道工程在所有陆路交通枢纽中占着重要地位，因为隧道施工技术的发展，所以缩短了城市间的距离，推动了国民经济的飞速发展，将铁路建设推入高铁时代。我国隧道施工技术在发展中总结，总结中不断发展，但是经过XX新建铁路建设及检测的实践证明，我国隧道建设和推入使用后，特别是隧道二衬均存在一些共性缺陷，这些缺陷主要是由于设计、施工以及地质等各方面造成的。主要有：
1）衬砌局部裂缝；
2）渗漏水；
3）施工错台；
4）蜂窝麻面、混凝土表面不密实；
5）施工缝剥落掉块、止水带外露；
6）混凝土内嵌异物；
7）空洞；
8）钢筋外露及保护层不足；
9）空响、脱层。
1.质量缺陷成因分析
1.1衬砌局部裂缝。衬砌局部裂缝质量缺陷通过调查发现以环形裂缝为主，很少有纵向裂缝，系非结构裂缝。裂缝宽度0.1～0.6mm，长度2～14m。裂缝发生部位主要位于边墙至拱腰，边墙施工缝附近，少量拱腰至拱顶及边墙至拱顶的裂缝。边墙至拱腰的裂缝基本呈对称状。衬砌局部裂缝形成的主要原因，一是在满足安全步距的情况下，围岩未收敛完毕就开始施作衬砌；二是仰拱施工缝与衬砌施工缝不重合；三是衬砌混凝土浇筑后养护不到位以及混凝土收缩均匀导致。
1.2渗漏水。渗漏水质量缺陷形成原因：一是防排水體系施工不符合设计要求，如防水板破损、止水带埋设及搭接存在缺陷；二是混凝土局部振捣不密实或混凝土浇筑时水灰比过大，形成开放性毛细泌水管路；三是隧道开挖后围岩应力释放和重新分布，改变了围岩应力的力学特性和水的径流走向，使地下水像隧道内汇集后从衬砌裂缝中渗出。
1.3施工缝错台。施工缝错台质量缺陷形成原因，一是测量放线后，模板安装定位时控制不准；二是隧道位于曲线上，衬砌台车长度12m，每环需进行修正、调整。
1.4蜂窝麻面、混凝土不密实。蜂窝麻面、混凝土不密实质量缺陷，一是模板缺陷至混凝土浇筑时局部漏浆；二是混凝土振捣不到位，存在欠振、漏振、过振；导致混凝土蜂窝麻面；三是在拱顶时，混凝土塌落度较大或局部存在离析。
1.5施工缝剥落掉块、止水带外露。施工缝剥落掉块、止水带外露质量缺陷形成的主要原因是在安装施工缝环向中埋式止水带时，未将止水带将衬砌厚度分中、对称固定，同时止水带未与衬砌内表面平行。衬砌内表面与止水带间空隙较小，混凝土无法将空隙填充饱满、密实。
1.6混凝土内嵌异物。混凝土内嵌异物主要是方木条，产生原因为衬砌端头模板采用5cm后方木作为模板，局部采用小方木条进行堵塞以防衬砌混凝土浇筑时漏浆。小方木条在固定时不牢固或受混凝土侧压力将木条一端挤压入衬砌内，拆模后恐损伤衬砌混凝土而未进行处理。
2.缺陷整治措施
隧道质量缺陷整治措施，总体要求是节约成本，保证结构受力安全，尽量避免降低结构使用性能，尽量避免衬砌大拆大换，保证隧道实体质量满足隧道结构性、功能性的要求。
2.1衬砌局部非结构性裂缝整治方案，采用沿缝凿孔压环氧砂浆，裂缝表面涂环氧树脂封闭，其主要处理方法为：
1）沿缝凿孔压降：①沿裂缝每间隔30～50cm凿长、宽深为8cm的“V”型孔，孔顶正对裂缝，并用清水冲洗干净后埋入Φ10塑料管，其周围空隙用封缝材料压实固管。注浆管外露8～10cm，便于与注浆设备连接；②采用环氧树脂封缝，待封缝材料固结后进行压水试验，以检查裂缝及疏通裂缝，同时策动水压机进水量，作为注浆依据。③注浆有裂缝两端向裂缝中部注浆，注浆结束后，用铁丝将注浆管外露部分反转绑扎，待浆液终凝后，割除外露部分，以环氧砂浆将孔口抹平，待其凝固后在沿缝用环氧树脂涂刷一遍。
2）沿缝凿槽处理：①沿裂缝长度方向凿倒梯形槽，槽口宽视裂缝大小为5～10cm（缝宽+4cm），槽深8cm。②沿裂缝方向间隔30～50cm布置注浆管后采用环氧砂浆封闭嵌缝槽，封闭厚度为槽深一半。③注浆有裂缝两端向裂缝中部注浆，注浆结束后，用铁丝将注浆管外露部分反转绑扎，待浆液终凝后，割除外露部分，以环氧砂浆将孔口抹平，待其凝固后在沿缝用环氧树脂涂刷一遍。详见下图：
2.2渗漏水整治方案，滴状渗水采用钻孔后刻槽埋管引排，水泥基渗透结晶型防水涂料封闭。
2.3施工缝错台，主要存在于相邻两版二衬街头处。这主要影响隧道的外观，所以采用手持式砂轮切割机、打磨机，将错台凸出部分棱角打磨圆顺。
2.4对二衬表面存在蜂窝麻面、混凝土不密实处。首先检测混凝土的强度，在强度能保证结构安全条件下，采取清除松动的砂浆块、混凝土骨料后打磨平整，涂刷水泥基渗透结晶型材料封闭。水泥基结晶型材料涂刷要求：
1）在涂刷水泥基渗透结晶材料钱应清洁二衬砼表面，应确保混凝土表面干净湿润，但不应有明显水印。
2）水泥基结晶型材料喷涂后，经调查发现，40分钟后初凝，8小时后固化，在此期间应喷雾养护，严禁洒水冲刷以防活性材料流失养护次数不小于3～5次/d，养护时间为3～5天。
3）水泥基渗透结晶型材料用量一般为1～2kg/m2，采用机械喷涂是，与水的比例为1：0.5，采用人工涂刷是，与水的比例为1：0.3.喷涂或涂刷的厚度为1～2mm。
2.5施工缝剥落掉块、止水带外露，在满足隧道结构性、功能性要求，尽影响隧道观感质量时采取彻底凿除破损、松动的混凝土块或砂浆块后打磨平整，涂刷水泥基渗透结晶型材料封闭。
2.6混凝土内嵌异物，采取凿除异物，对残留孔洞进行打磨处理。 2.7注浆孔内砂浆块脱落，将注浆孔内松动砂浆块清理干净，不再封堵。
2.8空洞（衬砌欠厚），一是衬砌脱空，采取衬砌拆换处理。二是初支与基岩脱空。
1）二衬与初支脱空（当衬砌厚度小于30cm时）处理方法分四类情况，
第一类：素混凝土地段拱部衬砌欠厚处理方法
第一步：需对拱部140°范围欠厚段落进行拆换。即将140°范围内衬砌全部按设计要求凿除后，见上图。
第二步：先做好二衬背后防水板及无纺布的铺设。同时按图1-1断面插打铅钉及拱脚锚杆后，用高压水将新旧混凝土接触面冲洗干净。接缝处按下图设置宽2cm的止水胶，
第三步：待以上两步完成后并经检查验收合格后，搭设脚手架安装模板并浇筑混凝土，混凝土采用同强度的细石砼。同时于拱顶处预留Φ50注浆波纹管，待混凝土达到强度后对衬砌背后进行注浆回填密实。
第二类：如原设计衬砌为素混凝土地段拱墙存在空洞时，其拆换范围为电缆沟槽以上范围内所有衬砌，其余施工工序同第一类处理方式。
第三类：钢筋混凝土衬砌局部欠厚拆换处理
① 拆除欠厚区衬砌混凝土；②铺设好防排水板及无纺布；③按示意图恢复衬砌内钢筋；④用高压水冲洗接触面；⑤在新旧混凝土面设置2cm宽的止水胶（详见下图）；⑥检查验收，建筑与原砼同强度的细石砼
第四类：衬砌厚度厚度大于30cm，长度小于5m的脱空处理方法
①按照1×1m的间距梅花型布置Φ42注浆孔，并于注浆孔处设置Φ32的孔口管；②赌塞相邻孔口管，采用0.2MPa的压力向注浆孔内由隧道下坡向上坡方向注射水灰比为0.8的微膨胀水泥砂浆；③待注浆结束后，先将注浆孔凿成10cm×10cm×8cm（长×宽×深）楔形孔（孔底长宽为13cm×13cm）将孔清洗干净后除采用微膨胀水泥砂浆封堵注浆孔，胶凝材料（水泥、膨胀剂和掺合料的总量）最少用量为350kg/m?膨胀剂掺量不宜大于15%，不宜小于10%，水胶比不宜大于0.5。④对于脱空面积大的必须采用长4m的Φ25砂浆锚杆补强，间距1.5×1.5m，且对锚杆尾部必须带有镀锌的螺母和12×12×0.8cm的锚垫板。
2）初支与基岩脱空
该类脱空处理方式采用钻孔注浆（Φ42钻孔）填充初支背后空洞或不密实区，钻孔间距1.5×1.5m交错布置，钻孔深入基岩面不小于1m。
注浆材料：初支背后脱空水灰比为0.8的纯水泥浆填充。当地下水位侵蚀性环境时，在水泥浆中必须加入耐侵蚀浆材。素混凝土衬砌注浆压力控制在0.8MPa，钢筋混凝土衬砌控制在1.0MPa内。
2.8钢筋外露及保护层厚度不足，对一般施工期间遗留外露非结构钢筋头，剪断，拔出钢筋后采用环氧砂浆封闭钢筋孔；对衬砌钢筋外露及保护层厚度不足处，对外露钢筋进行除锈防锈处理后再进行涂刷防碳化层（水泥基渗透结晶型材料）封闭。
2.9空响、脱层，凿除脱层部分的砂浆块或混凝土块，用手持砂轮机打磨平整，结合处棱角圆顺，最后涂刷水泥基渗透结晶性材料封闭。
结束语
1.以上所列举的隧道衬砌病害是现在国内外的普遍现象，同时造成衬砌缺陷的有多方面的原因造成，有设计、施工、地质以及人为因素共同造成。
2.避免或減少隧道缺陷，可以从以下几方面改善：第一加强设计阶段的地质勘察，尽量减少设计阶段的不足；第二提高施工人员及管理人员的质量意识；加强施工过程中的质量监控。第三加强施工过重中的地质勘察，以及隧道开挖过程引气的围岩应力、地下水流的变化，从而改善前期设计中的不足。
3.通过该线实践表明，已建成隧道在后期缺陷整治中投入人力、物力及资金较大，维修难度大；对已投入使用的隧道在运营过程中修复难度更大，且每天投入的维修时间较少，根本无法一次性根治。正因为衬砌缺陷的存在从而导致隧道不满足设计年限，对运营使用影响较大，对运营也存在安全隐患。
本文根据XX线运营管理单位提前介入检查出的问题以及整改经验，论述了其缺陷产生原因、整改方法以及预防措施。希望对我国隧道施工管理及整改提供一些帮助。
参考文献：
[1] 杨新安.黄宏伟。隧道病害及防治[M].上海。同济大学出版社。2003
[2] 王战斌.隧道病害处置研究[D].长安大学硕士学位论文。2004
[3]中铁二院缺陷整治指导性参考图第一册.第二册。2014
【关键词】缺陷类型及产生原因；整治方法；危害及预防措施；
隧道工程在所有陆路交通枢纽中占着重要地位，因为隧道施工技术的发展，所以缩短了城市间的距离，推动了国民经济的飞速发展，将铁路建设推入高铁时代。我国隧道施工技术在发展中总结，总结中不断发展，但是经过XX新建铁路建设及检测的实践证明，我国隧道建设和推入使用后，特别是隧道二衬均存在一些共性缺陷，这些缺陷主要是由于设计、施工以及地质等各方面造成的。主要有：
1）衬砌局部裂缝；
2）渗漏水；
3）施工错台；
4）蜂窝麻面、混凝土表面不密实；
5）施工缝剥落掉块、止水带外露；
6）混凝土内嵌异物；
7）空洞；
8）钢筋外露及保护层不足；
9）空响、脱层。
1.质量缺陷成因分析
1.1衬砌局部裂缝。衬砌局部裂缝质量缺陷通过调查发现以环形裂缝为主，很少有纵向裂缝，系非结构裂缝。裂缝宽度0.1～0.6mm，长度2～14m。裂缝发生部位主要位于边墙至拱腰，边墙施工缝附近，少量拱腰至拱顶及边墙至拱顶的裂缝。边墙至拱腰的裂缝基本呈对称状。衬砌局部裂缝形成的主要原因，一是在满足安全步距的情况下，围岩未收敛完毕就开始施作衬砌；二是仰拱施工缝与衬砌施工缝不重合；三是衬砌混凝土浇筑后养护不到位以及混凝土收缩均匀导致。
1.2渗漏水。渗漏水质量缺陷形成原因：一是防排水體系施工不符合设计要求，如防水板破损、止水带埋设及搭接存在缺陷；二是混凝土局部振捣不密实或混凝土浇筑时水灰比过大，形成开放性毛细泌水管路；三是隧道开挖后围岩应力释放和重新分布，改变了围岩应力的力学特性和水的径流走向，使地下水像隧道内汇集后从衬砌裂缝中渗出。
1.3施工缝错台。施工缝错台质量缺陷形成原因，一是测量放线后，模板安装定位时控制不准；二是隧道位于曲线上，衬砌台车长度12m，每环需进行修正、调整。
1.4蜂窝麻面、混凝土不密实。蜂窝麻面、混凝土不密实质量缺陷，一是模板缺陷至混凝土浇筑时局部漏浆；二是混凝土振捣不到位，存在欠振、漏振、过振；导致混凝土蜂窝麻面；三是在拱顶时，混凝土塌落度较大或局部存在离析。
1.5施工缝剥落掉块、止水带外露。施工缝剥落掉块、止水带外露质量缺陷形成的主要原因是在安装施工缝环向中埋式止水带时，未将止水带将衬砌厚度分中、对称固定，同时止水带未与衬砌内表面平行。衬砌内表面与止水带间空隙较小，混凝土无法将空隙填充饱满、密实。
1.6混凝土内嵌异物。混凝土内嵌异物主要是方木条，产生原因为衬砌端头模板采用5cm后方木作为模板，局部采用小方木条进行堵塞以防衬砌混凝土浇筑时漏浆。小方木条在固定时不牢固或受混凝土侧压力将木条一端挤压入衬砌内，拆模后恐损伤衬砌混凝土而未进行处理。
2.缺陷整治措施
隧道质量缺陷整治措施，总体要求是节约成本，保证结构受力安全，尽量避免降低结构使用性能，尽量避免衬砌大拆大换，保证隧道实体质量满足隧道结构性、功能性的要求。
2.1衬砌局部非结构性裂缝整治方案，采用沿缝凿孔压环氧砂浆，裂缝表面涂环氧树脂封闭，其主要处理方法为：
1）沿缝凿孔压降：①沿裂缝每间隔30～50cm凿长、宽深为8cm的“V”型孔，孔顶正对裂缝，并用清水冲洗干净后埋入Φ10塑料管，其周围空隙用封缝材料压实固管。注浆管外露8～10cm，便于与注浆设备连接；②采用环氧树脂封缝，待封缝材料固结后进行压水试验，以检查裂缝及疏通裂缝，同时策动水压机进水量，作为注浆依据。③注浆有裂缝两端向裂缝中部注浆，注浆结束后，用铁丝将注浆管外露部分反转绑扎，待浆液终凝后，割除外露部分，以环氧砂浆将孔口抹平，待其凝固后在沿缝用环氧树脂涂刷一遍。
2）沿缝凿槽处理：①沿裂缝长度方向凿倒梯形槽，槽口宽视裂缝大小为5～10cm（缝宽+4cm），槽深8cm。②沿裂缝方向间隔30～50cm布置注浆管后采用环氧砂浆封闭嵌缝槽，封闭厚度为槽深一半。③注浆有裂缝两端向裂缝中部注浆，注浆结束后，用铁丝将注浆管外露部分反转绑扎，待浆液终凝后，割除外露部分，以环氧砂浆将孔口抹平，待其凝固后在沿缝用环氧树脂涂刷一遍。详见下图：
2.2渗漏水整治方案，滴状渗水采用钻孔后刻槽埋管引排，水泥基渗透结晶型防水涂料封闭。
2.3施工缝错台，主要存在于相邻两版二衬街头处。这主要影响隧道的外观，所以采用手持式砂轮切割机、打磨机，将错台凸出部分棱角打磨圆顺。
2.4对二衬表面存在蜂窝麻面、混凝土不密实处。首先检测混凝土的强度，在强度能保证结构安全条件下，采取清除松动的砂浆块、混凝土骨料后打磨平整，涂刷水泥基渗透结晶型材料封闭。水泥基结晶型材料涂刷要求：
1）在涂刷水泥基渗透结晶材料钱应清洁二衬砼表面，应确保混凝土表面干净湿润，但不应有明显水印。
2）水泥基结晶型材料喷涂后，经调查发现，40分钟后初凝，8小时后固化，在此期间应喷雾养护，严禁洒水冲刷以防活性材料流失养护次数不小于3～5次/d，养护时间为3～5天。
3）水泥基渗透结晶型材料用量一般为1～2kg/m2，采用机械喷涂是，与水的比例为1：0.5，采用人工涂刷是，与水的比例为1：0.3.喷涂或涂刷的厚度为1～2mm。
2.5施工缝剥落掉块、止水带外露，在满足隧道结构性、功能性要求，尽影响隧道观感质量时采取彻底凿除破损、松动的混凝土块或砂浆块后打磨平整，涂刷水泥基渗透结晶型材料封闭。
2.6混凝土内嵌异物，采取凿除异物，对残留孔洞进行打磨处理。 2.7注浆孔内砂浆块脱落，将注浆孔内松动砂浆块清理干净，不再封堵。
2.8空洞（衬砌欠厚），一是衬砌脱空，采取衬砌拆换处理。二是初支与基岩脱空。
1）二衬与初支脱空（当衬砌厚度小于30cm时）处理方法分四类情况，
第一类：素混凝土地段拱部衬砌欠厚处理方法
第一步：需对拱部140°范围欠厚段落进行拆换。即将140°范围内衬砌全部按设计要求凿除后，见上图。
第二步：先做好二衬背后防水板及无纺布的铺设。同时按图1-1断面插打铅钉及拱脚锚杆后，用高压水将新旧混凝土接触面冲洗干净。接缝处按下图设置宽2cm的止水胶，
第三步：待以上两步完成后并经检查验收合格后，搭设脚手架安装模板并浇筑混凝土，混凝土采用同强度的细石砼。同时于拱顶处预留Φ50注浆波纹管，待混凝土达到强度后对衬砌背后进行注浆回填密实。
第二类：如原设计衬砌为素混凝土地段拱墙存在空洞时，其拆换范围为电缆沟槽以上范围内所有衬砌，其余施工工序同第一类处理方式。
第三类：钢筋混凝土衬砌局部欠厚拆换处理
① 拆除欠厚区衬砌混凝土；②铺设好防排水板及无纺布；③按示意图恢复衬砌内钢筋；④用高压水冲洗接触面；⑤在新旧混凝土面设置2cm宽的止水胶（详见下图）；⑥检查验收，建筑与原砼同强度的细石砼
第四类：衬砌厚度厚度大于30cm，长度小于5m的脱空处理方法
①按照1×1m的间距梅花型布置Φ42注浆孔，并于注浆孔处设置Φ32的孔口管；②赌塞相邻孔口管，采用0.2MPa的压力向注浆孔内由隧道下坡向上坡方向注射水灰比为0.8的微膨胀水泥砂浆；③待注浆结束后，先将注浆孔凿成10cm×10cm×8cm（长×宽×深）楔形孔（孔底长宽为13cm×13cm）将孔清洗干净后除采用微膨胀水泥砂浆封堵注浆孔，胶凝材料（水泥、膨胀剂和掺合料的总量）最少用量为350kg/m?膨胀剂掺量不宜大于15%，不宜小于10%，水胶比不宜大于0.5。④对于脱空面积大的必须采用长4m的Φ25砂浆锚杆补强，间距1.5×1.5m，且对锚杆尾部必须带有镀锌的螺母和12×12×0.8cm的锚垫板。
2）初支与基岩脱空
该类脱空处理方式采用钻孔注浆（Φ42钻孔）填充初支背后空洞或不密实区，钻孔间距1.5×1.5m交错布置，钻孔深入基岩面不小于1m。
注浆材料：初支背后脱空水灰比为0.8的纯水泥浆填充。当地下水位侵蚀性环境时，在水泥浆中必须加入耐侵蚀浆材。素混凝土衬砌注浆压力控制在0.8MPa，钢筋混凝土衬砌控制在1.0MPa内。
2.8钢筋外露及保护层厚度不足，对一般施工期间遗留外露非结构钢筋头，剪断，拔出钢筋后采用环氧砂浆封闭钢筋孔；对衬砌钢筋外露及保护层厚度不足处，对外露钢筋进行除锈防锈处理后再进行涂刷防碳化层（水泥基渗透结晶型材料）封闭。
2.9空响、脱层，凿除脱层部分的砂浆块或混凝土块，用手持砂轮机打磨平整，结合处棱角圆顺，最后涂刷水泥基渗透结晶性材料封闭。
结束语
1.以上所列举的隧道衬砌病害是现在国内外的普遍现象，同时造成衬砌缺陷的有多方面的原因造成，有设计、施工、地质以及人为因素共同造成。
2.避免或減少隧道缺陷，可以从以下几方面改善：第一加强设计阶段的地质勘察，尽量减少设计阶段的不足；第二提高施工人员及管理人员的质量意识；加强施工过程中的质量监控。第三加强施工过重中的地质勘察，以及隧道开挖过程引气的围岩应力、地下水流的变化，从而改善前期设计中的不足。
3.通过该线实践表明，已建成隧道在后期缺陷整治中投入人力、物力及资金较大，维修难度大；对已投入使用的隧道在运营过程中修复难度更大，且每天投入的维修时间较少，根本无法一次性根治。正因为衬砌缺陷的存在从而导致隧道不满足设计年限，对运营使用影响较大，对运营也存在安全隐患。
本文根据XX线运营管理单位提前介入检查出的问题以及整改经验，论述了其缺陷产生原因、整改方法以及预防措施。希望对我国隧道施工管理及整改提供一些帮助。
参考文献：
[1] 杨新安.黄宏伟。隧道病害及防治[M].上海。同济大学出版社。2003
[2] 王战斌.隧道病害处置研究[D].长安大学硕士学位论文。2004
[3]中铁二院缺陷整治指导性参考图第一册.第二册。2014