某高速铁路隧道衬砌缺陷整治方案研究

内为单层钢筋或钢筋缺失、混凝土衬砌强度不足、二次衬砌与初期支护之间存在空洞、防水板切割二衬 混凝土、混凝土表面存在环向裂缝等。通过分析研究，确定了钢筋混凝土套衬补强整治方案，并通过数

值模拟计算的方法得到钢筋混凝土套衬结构的安全系数为2. 8,裂缝宽度为0. 107 mm,满足行车安全需 求。实践证明，这种钢筋混凝土套衬整治方法使用范围广，施工过程中对既有二衬的强度影响小，可在

不中断线路运营的情况下，对隧道进行整治。关键词：高速铁路;既有隧道;二次衬砌；缺陷；厚度；空洞；套衬中图分类号：U455

文献标识码：A DOI：10.19630/j. cnki. tdkc. 201904040001Study on the Lining Defect Remediation Plan

of a High-Speed Railway TunnelHu Qinglong, Zhang Yan( China Railway Engineering Design and Consulting Group Co. ， Ltd. Beijing 100055， China)Abstract： To study the remediation measures of tunnel lining defects， taking an existing high-speed railway

tunnel as back ground， nondestructive inspection and defect analysis were taken on the tunnel lining. Through

the inspection， it is found that the main defects caused by construction control problems are as follows：

insufficient thickness of secondary lining， single layer steel bar or steel bar missing inside the secondary lining， insufficient strength of concrete lining， a cavity existing between the secondary lining and the initial

support， waterproof board cutting secondary lining concrete， and circumferential cracks on the surface of concrete， etc. Through analysis and research， the remediation plan using reinforced concrete lining is determined， and the safety factor of reinforced concrete bushing structure is 2. 8 and the crack width is

0. 107 mm by numerical simulation， which meets the traffic safety requirements. Practice has proved that this

remediation method of reinforced concrete bushing structure is widely used， and has little influence in the construction process on the strength of the existing second lining. Thus the tunnel can be renovated without interrupting the operation of the line.Key words： High speed railway； Existing tunnel； Secondary lining； Defect； Thickness； Cavity；

Bushing structure铁路隧道病害会对铁路行车构成严重的安全隐收稿日期：2019 04 04第一作者简介:胡庆龙（1989—），男,2016年毕业于北京交通大学土木 工程专业， 工学硕士， 助理工程师。

患［l2］o因此,确定隧道缺陷的类型，选择合理的整治

措施，对于铁路正常运营至关重要。吴江滨等⑶总结

了铁路运营隧道病害现状。高波等［5］统计了汶川地

震后公路隧道的震害情况，并对隧道的缺陷修复原则

某高速铁路隧道衬砌缺陷整治方案研究:胡庆龙 张 延59提出了相应的建议。郝小苏［6］结合兰渝铁路图山寺

隧道缺陷整治，提出了局部凿除换衬的治理方案。唐

智勇等［7］认为隧道的常见缺陷主要有:二次衬砌厚度

不足、二衬内为单层钢筋或钢筋缺失、混凝土衬砌强度 不足、二次衬砌与初期支护之间存在空洞、混凝土表面

存在裂缝等。综上所述，隧道衬砌缺陷严重影响行车安全，对于 不同缺陷，所采取的整治措施也不相同，“对症下药” 是处理隧道衬砌缺陷的重要原则。 常见的缺陷整治措

施有:二衬结构补强、注浆充填加固、注胶粘合法维修

裂缝、二次衬砌局部拆换、钢筋混凝土套衬、波纹钢板

套衬等［8］o结合某高速铁路隧道运营期间存在的病

害缺陷，根据既有线的运营特点,并辅以模型计算，提

出钢筋混凝凝土套衬的整治方案，可为类似隧道工程 的缺陷治理提供借鉴。1 工程概况1.1

隧道概况某高速铁路隧道全长455 m,位于直线段，隧道内 纵向为单面上坡,坡度为5. 8%。,设计速度250 km/h。

二衬缺陷段落长10 m,里程为：DK89 + 102 ~ DK89 + 112o距离隧道出口 15 m。1.2 地质概况隧址区位于丘陵地带,地形起伏较大，最大高差约

30 m，植被较发育。隧道进出口地表为残坡积粉质黏

土,洞身主要穿越强风化-全风化花岗岩，最大埋深约 25 m,全隧为V级围岩。1. 3 原设计衬砌概况全隧采用Vb型复合式衬砌支护。初支采用

C25网喷混凝土，厚28 cm,二衬采用C35钢筋混凝土，

厚 50 cm。1. 4 衬砌缺陷概况通过人工检测和钻孔破检,发现该段衬砌缺陷情

况如下：(1) 由地质雷达扫描结果看，隧道内K357 + 209 ~K358+219缺陷段(纵向10 m,环向4 m)二衬

厚度为10 ~ 32 cm(原设计二衬厚度为50 cm),不满

足设计要求,且原设计K357 +210 ~ K357 +214段二 衬内为双层钢筋，实测二衬内钢筋为单层钢筋或钢

筋缺失。(2) 从混凝土衬砌强度反弹测试结果看，该段衬

砌混凝土强度为33.0 MPa,不满足设计强度(35.0

MPa) 。(3) 根据钻孔验证及破检情况(钻孔10处，破检 1处)，其中有4处在孔深10 ~22 cm之间时见防水

板，且存在脱空，脱空范围为2~5 cm。(4) 在破检处有1条环向长约5 m的裂纹，经验

证,该裂纹为施工冷缝。2检测仪器地质雷达是探测隐蔽介质结构位置和分布的非破

坏性探测仪器，具有快速、准确、无损等优点［9 ll］o地

质雷达的采集参数包括时间窗口、采样点数、天线中心

频率、测点点距与发射、接收天线间距等。3隧道二次衬砌缺陷产生的原因根据检测和钻孔破检情况,造成缺陷的原因主要

是该隧道存在欠挖或初支完成后沉降超限且未进行处

理，二衬厚度不足,局部仅设置单层钢筋，混凝土浇筑 不完全,防水板与初支分离脱落, 二衬施工完成后未及

时施作拱顶及回填注浆等。4处理方案4. 1 方案介绍对于山岭隧道，常见的缺陷整治措施有：二次衬

砌结构补强、二次衬砌局部拆换、注浆充填加固、注 胶粘合法维修裂缝、钢筋混凝土套衬、波纹钢板套衬

等。对于不同类型的缺陷，所采取的整治措施也不

相同。衬砌背后有较大面积空洞时，通常采用轻型

膨胀聚氨酯材料填充、泡沫混凝土填充等方法进行

处理。缺陷段存在二衬厚度严重不足、衬砌混凝土强

度不足、脱空、防水板切割二衬等问题，且本段为V 级围岩地段,埋深浅，常规的隧道填充技术对原有隧

道衬砌强度破坏较大。因此，对缺陷段落施作钢筋

混凝土套衬进行补强。 设置钢筋混凝土套衬会使得

隧道净空断面面积减小，应合理制定套衬的设置厚 度，以满足行车要求。套衬厚度设计为25 cm,利用

了隧道内30 cm的工程技术作业空间，在规范允许的 范围之内［l2］o4.2套衬设置长度喷射与模筑是浇筑混凝土常用的两种方法，喷射

混凝土可以与围岩表面密贴，模筑混凝土可以更好地

控制施工质量。为确保结构安全，增强结构的整体性,

采用模筑法对缺陷段(前后各延长0.5 m)设置钢筋混

凝土套衬。60铁 道 勘 察2019年第4期4.3

二衬套衬补强加固处理方案主要施工

步骤套衬施工流程如下：①凿毛；②植筋；③打设锁脚锚杆;④施作套衬钢

筋;⑤施作套衬混凝土;⑥打磨套衬内表面混凝土;⑦

涂刷防水涂料。处理方案见图1o机8 mm钢筋钎钉既有Vi二衬外轮廓线既有二衬内轮廓线 线隧线限制内轮廓路道路X新建套衬内轮廓线)中中中局部凿除衬 线线线

砌混凝土局部凿除衬 砌混凝土丧度025 mm锚杆\\

/0253 m您度 mm锚杆，3 m纵向间距0.5 m纵向间距0.5 m图1拱墙套衬横断面5计算分析计算时，可将套衬结构变形作为平面应变问题来

近似处理。考虑围岩与结构的共同作用，采用荷载-

结构模型平面杆系有限元法的SAP84软件建立二维

隧道结构模型。计算方法采用破损阶段法，根据《铁

路工程设计技术手册》，二次衬砌承受30%〜50%的

围岩压力。如果考虑二衬全部失效,按照最不利情况,

钢筋混凝土套衬承担50%荷载[13],计算荷载模型见 图 2。5. 1基本计算参数围岩容重为20 kN/m3,弹性反力系数为150 MPa/ m,埋深& 5 m,围岩计算摩擦角为22° ,顶板土柱两侧

摩擦角为13.2°o计算参数的取值仅针对本隧道，不 具有代表性。5.2计算荷载(1)结构自重钢筋混凝土容重为25 kN/m3,程序自动加载。(2) 土压力

垂直均布压力择越酌澡(1 -姿澡tan0/月)=0. 156 MPa (1)姿tan^S - tan渍tanS[1 + tanS(tan渍c - tan兹)+ tan渍ctan兹]tanS2 tan 渍 亿 + 1) tan^c

c +(tantan渍-tan兹(2)结构水平压力为：e1 =酌澡1 姿 = 0. 090 MPa

(3)e2 = 酌澡2 姿 = 0. 181 MPa

(4)式中择——围岩垂直均布压力/MPa；酌——围岩重度/(kN/m3)；澡——洞顶离地面的高度/m；兹一顶板土柱两侧摩擦角/(。)，为经验数值;月---隧道宽度/ m;姿----侧压力系数；渍c —围岩计算摩擦角/(。)；茁——产生最大推力时的破裂角/(。)。5. 3荷载组合本次计算主要考虑永久荷载，包括结构自重和围

岩压力，计算方法采用破损阶段法，荷载分项系数均 取1o5. 4 结果分析该模型考虑了结构自重和土压力，未考虑套衬与

既有二衬间叠合结构的有利作用。隧道结构内力见图

3〜图4o经过计算，钢筋混凝土套衬结构的安全系数

为2.8,裂缝宽度为0.107 mm,满足规范要求[l4]o通

过模型计算，钢筋混凝土套衬方案可以满足正常使用

的极限状态要求。内力组合1下梁柱单元1-2平面内的弯矩，最大值:52.85最小值:-49.75

图3结构弯矩(单位:kN・m)6整治效果铁路隧道缺陷整治是一项复杂的系统工程。运营

铁路隧道具有天窗时间短、空间小、任务重、安全及质某高速铁路隧道衬砌缺陷整治方案研究:胡庆龙 张 延61内力组合1下梁柱单元轴力，最大值:-916最小值:-1 327

图4结构轴力(单位:kN)量要求高等特点，需要运营、设计、施工等单位多个部

门相互协调配合。经过现场各方的努力，在没有中断线路运营的情

况下，完成了对隧道缺陷里程K357 + 209〜K358 + 219段的钢筋混凝土套衬施工,达到了较好的整治效

果,确保了行车的安全。模筑衬砌较钢拱架外形美观,

耐久性更好，得到了广泛的好评[15 16Jo隧道整治前和

整治后的现场情况如图5、图6所示。图5隧道整治前图6隧道整治后7结论钢筋混凝土套衬方案具有安全性、耐久性、耐火性 等优点，结构计算体系较成熟，施工过程中对既有二衬 的强度影响小,不会破坏原有衬砌结构的整体性和强 度，可以达到“一次整治，不留后患”的效果。但也存

在施工难度大，施工周期长，对行车干扰大,投资高，自

重大等缺点,故建议仅在隧道内出现严重结构性裂缝、

衬砌掉块、大范围空洞、防水板切割混凝土等严重质量

缺陷的情况下采用。参考文献[1] 赵勇.隧道设计理论与方法[M].北京:人民交通出版社股份有限 公司,2018.[2] 张弥,刘维宁，秦淞君.铁路隧道工程的现状和发展[J]. 土木工程 学报,2000(2) ：1 7.[3] 吴江滨，张顶立,王梦恕，等.铁路运营隧道病害现状及检测评估 [J].中国安全科学学报,2006(6).[4] 孙有为，李平，薄景山，等.汶川特大地震龙溪隧道震害与原因浅析[J].世界地震工程,2010,26(S1)：187 191.[5] 高波,王峥峥，袁松，等.汶川地震公路隧道震害启示[J].西南交

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