隧道常见病害及维修养护

隧道是铁路线路穿越山岭的主要手段，在运营中常常会出现对隧道安全运营有重要影响和威胁的病害。在隧道运营阶段要及时检查、发现病害，分析病害成因，采用合理的整治和维护方法。这样，才能保证铁路隧道工程的安全、畅通运营。学习目的：（1）了解隧道的常见病害种类；（2）掌握隧道常见病害的维修；（3）掌握隧道的养护要点。一、隧道常见病害种类隧道病害根据成因的不同主要可分为以下四类1、水害2、衬砌裂损3、衬砌腐蚀4、隧道冻害等隧道水害中分涌水、漏水、滴水、渗水和润水；隧道冻害中分衬砌冻害、线路冻害、排水沟冻结及挂冰等；衬砌病害包括衬砌变形、裂损、侵蚀等；1.1隧道水害隧道水害是指在隧道修建和运营过程遇到的水的干扰和危害，是最常见的隧道病害。主要指围岩的地下水和地表水以渗漏或涌出的形式进入隧道内造成的危害。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环境产生诸多不良影响，降低使用寿命，威胁运营安全。轻则造成洞内空气潮湿，影响施工人员身体健康，机械设备锈蚀，绝缘设备失效，电路短路，漏电伤人；重则导致人员伤害，冲毁洞内机械设备，形成塌方，淹没工作面，中断施工，造成重大经济损失。1.2隧道水害维修措施①注浆堵水；②向衬砌背后围岩注浆；③向衬砌内部注浆；④向基底注浆；⑤增设内防水层。内防水层虽然不能阻止水流进入衬砌内，但可阻止水流进入隧道内。增设内防水层的方式有3种：①刷涂；②刮压；③喷涂。隧道治水的具体措施就是“防、排、截、堵结合，因地制宜，综合治理”，使之既能自成体系，又能互相配合，形成一个完整的隧道治水体系。2.1衬砌裂损隧道衬砌是承受地层压力、防止围岩变形坍落的工程主体建筑物。地层压力的大小，主要取决于工程地质、水文地质条件和围岩的物理力学特性，同时与施工方法、支护衬砌是否及时和工程质量的好坏等因素有关。由于形变压力作用、松动压力作用、地层沿隧道纵向分布及力学性态的不均匀作用、温度和收缩应力作用、围岩膨胀性或冻胀性压力作用、腐蚀性介质作用、施工中人为因素、运营车辆的循环荷载作用等，使隧道衬砌结构物产生裂缝和变形，统称为隧道衬砌裂损病害。衬砌裂损变形的主要危害有：①降低衬砌结构对同岩的承载能力；②使隧道净空变小，侵入建筑限界，影响车辆安全通过；③拱部衬砌掉块，影响行车和人身安全；④裂缝漏水，造成洞内设施锈蚀，道床翻浆；⑤铺底和仰拱破损，基床翻浆、线路变形。衬砌裂损的类型（一）衬砌变形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。衬砌横向变形是指衬砌由于受力原因而引起拱轴形状的改变。（二）衬砌移动衬砌移动是指衬砌的整体或其中一部分出现转动（倾斜）、平移和下沉（或上抬）等变化，也有纵向与横向移动之分如下图隧道衬砌纵向移动的基本形态隧道衬砌横向移动的基本形态续上表（三）衬砌开裂衬砌开裂是指衬砌表面出现裂纹（或龟裂）和裂缝（宽度较大）或贯通衬砌全部厚度的裂纹的总称，是衬砌变形的结果。衬砌开裂包括有张裂、压溃和错台三种。1．张裂弯曲受拉和偏心受拉引起的裂损，其特征是裂纹、裂面与应力方向正交，缝宽由表及里逐渐变窄。如图右所示。2．压溃弯曲或偏心受压引起的衬砌裂损。裂纹边缘呈压碎状，严重时受压区表面产生鱼鳞状碎片（中间厚，四周薄）剥落掉块等现象，如右图所示。3．错台由剪切力引起的裂缝，裂缝宽度在表面至深处大致相同，衬砌在裂缝两侧沿剪切方向有错动，即形成错台如图所示。衬砌裂损的形式衬砌沿纵向剪断2.2隧道损裂维修一、稳固岩体1、治水稳固岩体地下水的浸泡与活动对各种围岩的稳定性消弱最大。通过疏干围岩含水，坚决地采取治水措施是稳固岩体的根本措施之一。2、锚杆加固岩体；对较好的岩体（小于Ⅴ级），自衬砌内侧向围岩内打入一定数量和深度（3～5m）的金属锚杆、砂浆锚杆，可以把不稳定的岩块固定在稳定的岩体上，提高破碎围岩的黏结力3、注浆加固岩体；通过向破碎松动的岩体压入水泥浆液和其它化学浆液（如铬木素、聚氨酯等），加固围岩。4、支挡加固围岩；对靠山、沿河偏压隧道或滑坡地带，除治水稳固山体外，尚可采用支挡措施，包括设支挡墙、锚固沉井、锚固钻（挖）孔桩等来预防山体失稳与滑坡，这种工程措施只能用于洞外整治5、回填与换填；如果衬砌外周围存在着各种大小空隙（如超挖而没有回填等），要采取回填措施，用砂浆或混凝土将围岩空隙回填密实。如果隧底存在厚度不大的软弱不稳定的岩体或有不稳定的充填物，可以采取换填办法处理。二、衬砌更换与加固1、压浆加固（1）圬工体内压浆加固衬砌裂损发展非常缓慢或者已呈稳定，可以进行圬工体内压浆，一般以压环氧树脂浆为主，并选择无水季节施工。（2）衬砌背后压浆加固主要是针对衬砌的外鼓和整体侧移。在拱后压浆增加拱的约束可以起到提高衬砌刚度和稳定性的作用，所以一般可以局部应用，主要在发生外鼓变形的部位。2．嵌补加固对已呈稳定暂不发展的裂缝，如果不能采取压浆加固者可以采取嵌补，即将裂缝修凿剔深，在缝口处用水泥砂浆、环氧树脂砂浆或环氧树脂混凝土进行嵌补。如图所示。嵌补加固3．喷锚加固裂损衬砌的所有内鼓变形和向内移动的裂损部位，采用（预应力）锚杆加固岩体（如图8-8所示），可将衬砌与岩体嵌固在一起，形成一个均匀压缩带，以增强围岩的稳定性锚喷加固4．套拱加固如果混凝土质量差，厚度不够，或受机车煤烟侵蚀，掉块剥落严重，并且拱顶净空有富余时，可对衬砌拱部加筑套拱或全断面加筑套拱拱部套拱加固全断面套拱加固5．更换衬砌拱部衬砌破坏严重，已丧失承载能力，用其它整治补强手段难以保证结构稳定，或者衬砌严重侵入限界，采用其它整治措施有困难时，采用全拱更换，彻底根除病害。6．其它加固手段当仅有墙脚内移而不下沉和隧底岩土隆起时，可在墙基处增设混凝土支撑以扩大基础，如图所示。隧底围岩软弱下沉或隧底填充上鼓时，可加设仰拱墙基混凝土支撑加固增设仰拱加固3.1衬砌腐蚀衬砌腐蚀的种类及危害1．水蚀主要指衬砌受到地下水的作用而产生的腐蚀。一般发生在隧道的拱部、边墙、仰拱、排水沟和电缆槽等各部位。（1）溶出型侵蚀（2）硫酸盐侵蚀（3）镁盐和氨化物的侵蚀。2．烟蚀主要是指在蒸汽机车牵引的区段，其产生的“烟雾”对衬砌混凝土产生的侵蚀，分为化学性侵蚀和机械性侵蚀。3．冻蚀冻蚀是指在严寒地区的隧道，混凝土衬砌由于冻融交替产生的侵蚀。4．骨料溶胀骨料溶胀指衬砌混凝土中的粗、细骨料中含有遇水溶解和膨胀的材料而造成的对衬砌的侵蚀。3.2衬砌腐蚀维修（1）制作防蚀层（2）伸缩缝、变形缝防蚀（3）已腐蚀衬砌的加固与翻修4.1隧道冻害一、冻害的种类1．冰柱、冰溜子渗漏的地下水通过混凝土裂缝逐渐渗出，在渗出点出口处受低温影响积成冰柱，尤其在施工接缝处渗水点多，结晶明显，累积十至几十厘米厚的冰溜子（又称为挂冰）。如不清理，冰溜子越积越大，侵入限界，危及行车安全。拱部渗漏逐渐形成冰柱子（冰葫芦），一般地区仅仅是影响限界。隧道排水沟槽设施，保温不良引起冰冻称冰塞子。水沟地下排水困难，因结冰堵塞，使水沟（管或槽）冻裂破损，地下水不易排走，衬砌周边因水结冰而冻胀，致使隧道内各种冻害接踵而来。2．衬砌发生冰楔隧道砌筑在围岩良好地段，一旦衬砌壁后有空隙，渗透岩层的地下水，在排水不通畅时水就积在衬砌与壁后围岩间，结冰冻胀产生冰冻压力，传递给衬砌。3．围岩冻胀破坏（1）隧道拱部衬砌发生变形与开裂（2）隧道边墙变形严重（3）隧道内线路冻害（4）衬砌材料冻融破坏（5）隧底冻胀和融沉4.2隧道冻害整治（一）综合治水（二）更换土壤（三）保温防冻（1）在隧道内加筑保温层（2）降低水的冰点（3）供热防冻（四）防止融塌（五）结构加强（1）加大侧向拱度，使拱轴线能更好地抵抗侧向冻胀。（2）拱部衬砌厚度增加，一般加厚10㎝左右。（3）提高衬砌混凝土标号或采用钢筋混凝土。（4）隧底增设混凝土支撑。隧道的养护要点一、运营状态监视二、检查以便及时发现隧道结构出现的病害经常检查、定期检查、特别检查和限界检查等。1、土建结构的养护（1）洞口：及时清除洞口边仰坡上的危石、浮土，冬季应清理积雪和挂冰，保持洞口边沟和截（排）水沟的完好、畅通，修复洞口挡土墙、护坡、排水设施等结构物的轻微损坏。（2）洞身：隧道出现衬砌起层或剥离，应及时加以清除或加固；对衬砌的渗漏水，可将水流引入边沟排除；冬季应及时清除洞顶挂冰等。（3）路面：及时清除隧道内外路面上的塌落物，及时修复、更换损坏的设施；路面积水或结冰；冬季应及时清除洞口处积雪。（4）排水设施：维护隧道内外排水设施的完好，发现破损及时修复；（5）人行道或检修道：维护人行道或检修道的完好和畅通，道板如有破损或缺失，应及时修复和补充；2、机电设施养护(1)供配电设施：供配电设施日常检查主要针对变压器、高低压配电板及变配电室内相关设备外观及一般运行状态进行，通过观察外观异常、声响、发热、气味、火花等现象，及时发现设备故障。（2）照明设施：1）照明设施包括灯具、托架、标志及信号灯和照明线路等为隧道运营提供照明服务的设施。2）照明设施日常检查主要是对设施使用及损坏情况进行的巡查登记以及更换和维修。（3）通风设施：1）通风设施包括流风机、离心风机、射流风机及其配套设施等。2）通风设施的日常检查主要是通过观察设备运转有无异常，确定设备是否存在隐患，并及时排除故障。（4）消防与救援设施：1）消防与救援设施是指用于预防隧道火灾和进行必要救援的设施，包括火灾报警装置、紧急电话、消防设施、横通道设施等。2）消防与救援设施的标志应保持完好、醒目。3）消防与救援设施日常检查主要是对隧道内消防设备、报警设备、洞外消防设施的外观进行巡视，及时处理设施的异常情况。