２０１１年１月 内蒙古科技与经济 Ｉｎｎｅｒ Ｍｏｎｇｏｌｉａ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ｅｃｏｎｏｍｙ Ｊａｎｕａｒｙ ２０１ １ Ｎｏ．１ ＴｏｔａＩ Ｎｏ．２２７ 第１期总第２２７期 运营隧道衬砌裂损及其整治 荆、国林 （包头铁道职业技术学院，内蒙古包头０１４０３０） 摘 要：对铁路运营隧道衬砌裂损的危害、种类、特点进行了分析，并对隧道衬砌裂损提出了相应的 整治措施。 关键词：衬砌裂损；危害；整治措施；隧道 中图分类号：Ｕ２５ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１Ｏ０７—６９２１（２０１１）Ｏ１一ＯＯ９１一Ｏ２ 隧道衬砌由于地层压力作用、腐蚀性介质作用、 人为因素、列车循环荷载作用等原因产生裂缝和变 ２．２裂损发展的主要规律 衬砌的裂损发展一般有缓慢变化、急剧变化、相 形，统称为隧道衬砌裂损。衬砌裂损是隧道病害的主 要形式，其主要危害有：①降低衬砌结构对围岩的承 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，严寒 和寒冷地区产生冻害；⑤铺底和仰拱破损，基床翻 浆、线路变形、危及行车安全，增加养护维修工作量。 １衬砌裂损的类型 对稳定３个不同的阶段，这３个阶段往往是交替呈周 期性的呈现。①节段衬砌没成环之前出现裂损，在成 环之后可能渐趋稳定。②由于衬砌背后回填不及时 造成的裂损，在回填之后可能渐趋稳定。③因拆模过 早造成的裂损，待圬工强度提高后可能呈相对稳定。 ④由于围岩膨胀引起的裂损，当外荷载条件发生变 化，例如雨季地下水丰富，围岩软弱夹层被软化而产 生的错动，季节冻融变化引起围岩冻胀与融沉，以及 由于种种外因引起围岩变形，山体压力的大小和分 隧道衬砌裂损的类型主要有衬砌变形、衬砌移 动、衬砌开裂３种。 １．１ｉ－４－￣变形 布变化等时，可能使已呈稳定的裂损重新发展，或使 完好的衬砌发生裂损。 ２．３裂损的分布特点 了解和掌握衬砌裂损的分布特点，就能及早发 现病害，及时采取对策 衬砌裂损的分布一般有以下 几点。 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。横向变形是指衬砌由于受力原 因而引起拱轴形状的改变。 １．２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，也有纵向和 ２．３．１ 纵向节段分布。①洞口与洞口段，特别是斜 交洞门有偏压或边、仰坡不稳固的洞口段；②设有大 型洞室的节段或各种洞室的接头处；③洞身穿过断 层、构造破碎带、接触变质带、滑坡带等山体压力大 横向之分。对于大多数裂损的衬砌，往往是纵向与横 向移动同时出现。 １．３衬砌开裂 衬砌开裂是指衬砌表面出现裂纹（或龟裂）、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。衬砌开裂包括张裂、压溃和错台 ３种。 且岩体不稳定的节段；④洞身穿过软弱围岩的节段； ⑤偏压隧道没有采用加强衬砌或偏压衬砌的节段； ⑥寒冷地区围岩有冻胀现象的节段；⑦衬砌实际厚 度不足，圬工强度过低的节段；⑧施工中超挖过大， １．３．１ 张裂。张裂是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。 没有回填或回填不密实，及施工中发生大坍塌的节 段；⑨施工中已经发生裂隙的节段。 ２．３．２横断面分布。①洞口附近及傍山隧道靠山侧 裂损多，靠河侧少。靠山侧以拱腰、墙腰内缘张裂多， 靠河侧以墙顶压劈或墙脚张裂较多；②衬砌断面对 称，实际荷载分布不对称的变形、移动和裂损的部位 也不对称；③衬砌的变形、移动和裂损多沿施工期间 出现过的裂缝和施工缝发展；④衬砌背后存在没有 回填或回填不密实处，该部位易出现较大的移动和 外鼓；⑤衬砌背后临时支撑未能全部拆除的，在支撑 部位会出现较大的集中荷载，此处衬砌内缘易出现 １．３．２压溃。压溃是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），或剥落掉块等现象。 １．３．３错台。错台是由剪切力引起的裂缝，裂缝宽 度在表面至深处大致相同。 ２衬砌裂损的特点 ２．１ 裂损的自然发展过程 衬砌结构受力（轻微变形、移动）一局部出现少 量裂纹（变形范围与变形量增大；移动量增大）一裂 纹宽度、密度增大，隧道净空变小（严重变形，移动显 著增大）一隧道净空严重缩小，衬砌破碎，失去承载 能力一局部掉块、失稳，甚至拱坍墙倒。 张裂和错台；⑥采用三心圆尖拱衬砌的隧道，易在拱 腰、墙腰产生内鼓开裂，拱顶内缘压碎；⑦由于各种 原因（如塌方、拱顶下沉、施工困难等）造成衬砌厚度 不足时，则此处衬砌容易发生变形和裂损。 ３衬砌裂损的整治措施 收稿日期：２０１Ｏ一１１一Ｉ４ ・９１・ 总第２２７期 ３．１ 衬砌裂损的整治原则 整治衬砌裂损病害首先要消灭已有的衬砌裂损 带来的对结构及运营的一切危害，并防止裂损再加 大。其次是采用以稳固围岩为主，稳固围岩与加固衬 砌相结合的综合治理措施。 ３．２稳固岩体的工程措施 ３．２．１ 治水稳固岩体。地下水的浸泡与活动对各种 围岩的稳定性削弱最大。通过疏干围岩含水，并采取 相应治水措施是稳固岩体的根本措施之一。 ３．２．２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人一定数量和深度（３ｍ～ 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，提高破损围岩的黏结力，形成一 定厚度的承载拱；在水平层状的岩石中把数层岩层 串联成一个组合梁，与衬砌共同承受外荷载。对松散 破损的岩体采用锚杆加固不仅可以有效地控制岩体 的变形和提高其稳定性，而且可以使岩体对衬砌的 压力大小和分布图形产生有利的转化。 ３．２．３注浆加固岩体。通过向破损松动的岩体压入 水泥浆液和其他化学浆液（如铬木素、聚氨酯等）加 固围岩，疏散地下水对围岩的浸泡与渗入衬砌，使衬 砌背后形成一个ｌｍ～４ｍ厚的人工固结圈，就能有 效地稳固岩体，防止地下水的渗入，甚至使作用在衬 砌上的地层压力大小和分布图形产生有利的转化， 有利于衬砌结构的受力和防水。 ３．２．４支挡加固岩体。对靠山、沿河偏压隧道或滑 坡地带，除治水稳固山体外，尚可采取支挡措施，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。 ３．２．５ 回填与换填。如果衬砌￣＇／－Ｎ围存在着各种大 小的空隙（如超挖而没有回填等），不仅使地层压力 分布图形产生不利影响，而且使得衬砌结构失去周 边的有利支撑条件，不能使衬砌的承载能力得到更 大的发挥。此时应采取回填措施，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。 ３．３衬砌更换与加固 已裂损的衬砌一般均有相当大的支护潜力，可 以充分利用，仅在没有加固条件或经济上不合理的 情况下，或者根据长远技术改造规划的要求才采用 更换衬砌的办法。加固工程的主要方法如下。 ３．３．１ 压浆加固 ３．３．１．１圬工体内压浆。衬砌裂损发展非常缓慢或 者已呈稳定时，可以进行圬工体内压浆，一般以压环 氧树脂浆为主，并选择在无水季节施工。 ３．３．１．２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提高 衬砌刚度和稳定性。一般可以局部应用，主要在发生 外鼓变形的部位使用。如果衬砌同时存在外鼓与内 鼓部位，首先采取临时措施控制内鼓继续变形，然后 在外鼓变形的部位压浆加固之后再对内鼓采取加固 措施，最好再对全断面进行整体加固。 ３．３．２嵌补加固。对已呈稳定、暂不发展的裂隙，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，在缝口处用水泥浆、环氧树脂砂浆或环氧树 脂混凝土进行嵌补。 对发展较快的裂损，为确保安全，可以采取钢拱 架临时加固，只加固拱部时用上部拱架加固，拱架脚 ・９２・ 内蒙古科技与经济 可以嵌入墙顶或支撑于埋在墙顶的牛腿上，并加纵 向连接。如果要全断面加固则可用长腿钢拱架。为 了增加纵向抗弯能力，支撑纵向应加强连接，如果隧 道内部净空条件不足，钢拱架可以部分或全部嵌入 被加固的圬工体内，并在钢拱架之间再加纵向连接， 然后灌注混凝土，做成薄套拱形。 此法在衬砌厚度太薄或衬砌严重破损碎裂时不 能采用。 ３．３．３喷锚加固。对裂损村砌的所有内鼓变形和内 向移动的裂损部位，采用（预应力）锚杆加固岩体是 有效的，此时锚杆既可沿内缘张裂纹的走向两边布 置，做局部加固，也可做全断面加固，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，提高支护结构的承载能力。采用此法时应检查 衬砌厚度、背后超挖回填及围岩整体性情况。锚杆的 设置应在衬砌的背后压浆后两个星期进行。锚杆的 锚固段应设在稳定围岩中。对于衬砌上的裂纹及时 嵌填。 喷混凝土可以使所有已裂损的圬工块体紧密结 合，阻止这些块体的松动，同时在喷射压力作用下嵌 入裂缝内一定深度，使裂缝重新闭合，增强裂损衬砌 的整体性，较大幅度的提供裂损衬砌的承载能力，达 到加固的目的。必要时也可以在喷层中加入钢筋网， 用于防止收缩裂纹，提高加固结构的整体性和抗震、 抗冲切能力。喷锚加固是较为常用的加固衬砌裂损 的措施。 ３．３．４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。如 果隧道内净空条件不足，可以采用落道套拱的办法。 套拱与原衬砌间用 １６ｒａｍ～１８ｍｍ的钢筋钎钉锚 接，钎钉埋入原拱２０ｃｍ左右作为钢筋的生根处。套 拱中的主筋也可用钢拱架、格栅来代替，其间距为 ５０ｃｍ￣８０ｃｍ，纵向用拉杆焊接。套拱用强度等级不 低于Ｃ２Ｏ的混凝土灌注，其厚度为２０ｃｍ￣３０ｃｍ。套 拱拆模后要进行压浆，以填充其背后空隙，使新旧拱 圈连成整体。当拱部灌注混凝土难度较大时，可以采 用喷混凝土、网喷混凝士和喷钢纤维混凝土进行加 固。事实上，套拱加固已日益被喷锚加固所代替。 ３．３．５更换衬砌。拱部衬砌破坏严重，已丧失承载 能力，用其他整治补强手段难以保证结构稳定，或者 衬砌严重侵入限界，采用其他整治措施有困难时，可 采用全拱更换，彻底根除病害。 ３．３．６其他加固－Ｔ－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。要求与钢轨、轨枕不发生挤压，尺寸一般为 ４０ｃｍ×４０ｃｍ，间距１．５ｍ～２．Ｏｍ。 隧底围岩软弱下沉或隧底填充上鼓时，可加设 仰拱。边墙基底软弱时，可将墙基延伸至坚实稳固的 岩层或增设仰拱。若隧底或墙基下因溶洞或其他洞 穴而引起衬砌结构开裂时，可加设钢筋混凝土托梁， 使墙基与道床设于钢筋混凝土托梁上。 Ｌ参考文献Ｊ ［１］ 宋秀清，刘杰．隧道施工ｒ－Ｍ］．北京：人民交通 出版社，２００９． ［２］ 高少强，隋修志．隧道工程ＥＭ－１．北京：中国铁 道出版社，２００７． ［－３３ 张钟祺．桥隧施工及养护Ｉ－Ｍ］．北京：中国铁道 出版社，２００８．