隧道养护维修病害分析与整治

铁路隧道病害分析与整治中国铁路郑州局集团有限公司王云鹏2019年07月郑州铁路桥隧工程概论讲义

隧道衬砌构造洞门与明洞附属建筑物铁路隧道结构与构造隧道结构构造主体构造物附属构造物洞身衬砌洞门构造物避车洞平、纵、横断面的形状由道路隧道的几何设计确定明洞通风照明排水、消防、通讯等衬砌断面的轴线形状和厚度由衬砌计算决定铁路隧道结构与构造第一部分：隧道衬砌构造支护：主要方式锚杆、钢架、钢筋网、喷射混凝土及其它的组合。

开挖后的隧道，为了保持围岩的稳定性，一般需要进行支护和衬砌。系统锚杆加喷射混凝土联合支护系统锚杆喷层系统锚杆系统锚杆喷层铁路隧道结构与构造衬砌：主要方式有：整体式混凝土衬砌、拼装式衬砌、喷射混凝土衬砌和复合式衬砌等。

钢拱架构造格栅钢架断面竖向网构架立筋水平网构架立筋主筋45o35o31’格栅组合示意隧道衬砌构造铁路隧道结构与构造（一）整体式混凝土衬砌特点：对地质条件的适应性较强，易于按需要成型，整体性好，抗渗性强，并适用于多种施工条件。隧道衬砌按照不同的围岩类别，有直墙式衬砌和曲墙式衬砌两种形式，而曲墙式又分为有仰拱和无仰拱两种。铁路隧道结构与构造1.直墙式衬砌：适用于地质条件比较好，垂直围岩压力为主而水平围岩压力较小的情况。主要适用于I~Ⅲ级围岩。

2.曲墙式衬砌：适用于地质较差，有较大水平围岩压力的情况。主要适用于Ⅳ级及以上的围岩，Ⅲ级围岩双线。

仰拱的作用：①解决基础承载力不够，减少下沉：防止底鼓的隆起变形，调整衬砌应力的作用；②封闭围岩，制止围岩过大的松弛变形，将围岩塑性变形和形变压力控制在允许范围，提高结构的整体承载力③增加底部和墙部的支护抵抗力，防止内挤而产生剪切破坏。铁路隧道结构与构造（二）装配式衬砌

特点：拼装成环后立即受力，便于机械化施工，改善劳动条件，节省劳力。但要求有一定的机械化设备，施工工艺复杂，衬砌的整体性及抗渗性差。铁路隧道结构与构造（三）锚喷式衬砌

在隧道施工中，采用锚杆和喷射混凝土加强围岩的稳定性的衬砌方法叫做锚喷衬砌。锚喷结构既作为隧道支护，又作为隧道永久结构的形式，隧道开挖后衬砌及时，施工方便和经济性显著。从60年代开始采用

。铁路隧道结构与构造素喷、锚杆、钢筋网、拱架锚喷衬砌施工实例：铁路隧道结构与构造侯月线桃坪隧道喷锚加固1.锚喷支护作为隧道的永久性衬砌，一般考虑是在Ⅲ级及以下围岩中采用；在Ⅳ级及以上围岩中，采用锚喷支护经验不足，可靠性差。

2.喷锚支护作为柔性支护，变形量较大，其外轮廓线宜预留稍大的空间（20cm）；

3.在层状围岩中，采用喷锚支护效果较好；

4.为了开挖时外轮廓线圆顺，尽可能减少围岩中的应力集中,锚喷衬砌的内轮廓线，宜采用曲墙式。

5.锚喷衬砌内表面不太平整顺直，美观性差，影响司机在行车中视觉感观，应根据需要考虑内装。铁路隧道结构与构造锚喷衬砌的特点：6.不宜采用锚喷支护作为永久衬砌的情况：①在某些不良地质、大面积涌水地段和特殊地段；②对衬砌有特殊要求的隧道或地段，如洞口地段，要求衬砌内轮廓很整齐、平整；③有很高的防水要求的隧道；④寒冷和严寒地区有冻害的地方；⑤围岩及覆盖太薄，且其上已有建筑物，不能沉落或拆除者；⑥地下水有侵蚀性，可能造成喷射混凝土和锚杆材料的腐蚀。铁路隧道结构与构造四、复合式衬砌

复合式衬砌把衬砌分成两层或两层以上，可以是同一种型式、方法和材料施作的，也可以是不同型式、方法、时间和材料施作的。目前最通用的是外衬为锚喷支护，内衬为整体式混凝土衬砌。特点：可满足初期支护施作及时、刚度小易变形的要求，且与围岩密贴，从而能保护和加固围岩，充分发挥围岩的自承作用。二衬后，衬砌内表光滑平整，可防止外层风化，装饰内壁，增强安全感。铁路隧道结构与构造隧中线线中线内轨顶面O2O2r3r2=321O1r145°33°51’8027BO3O3Hh1h1dr4二次衬砌防水层网喷混凝土锚杆铁路隧道复合式衬砌示意图铁路隧道结构与构造单线铁路隧道350km/h双线隧道复合式衬砌断面图铁路隧道结构与构造双线高速铁路隧道铁路隧道结构与构造复合式衬砌施工图片复合式衬砌施工图片铁路隧道结构与构造双线铁路隧道复合式衬砌支护参数表围岩级别初期支护二次衬砌喷射砼厚度（cm）锚杆格栅钢架/型钢拱墙（cm）仰拱/底板（cm）位置长度（m）间距（m）Ⅱ5~8－2.0~2.51.5－25－Ⅲ8~10局部2.0~2.51.2~1.5－25－Ⅳ15~22拱墙2.5~3.01.0~1.2必要时拱墙设置3040Ⅴ20~25拱墙3.0~3.50.8~1.0全环设置3540Ⅵ通过试验确定铁路隧道结构与构造第二部分洞门与明洞一、洞门(一)洞门的作用：减少洞口土石方开挖量，稳定边、仰坡，引离地表水流，装饰洞口。

铁路隧道结构与构造(二)洞门的形式1.洞口环框

当洞口石质坚硬稳定(Ⅰ~II级围岩)，且地形陡峻无排水要求时，可仅修建洞口环框，以起到加固洞口和减少洞口雨后滴水的作用。

铁路隧道结构与构造11d内轨面环框式洞门内轨面1-1剖面环框式洞门实例铁路隧道结构与构造2.端墙式(一字式)洞门

适用于地形开阔、石质较稳定(Ⅱ~Ⅲ级围岩)的地区，由端墙和洞门顶排水沟组成。

铁路隧道结构与构造端墙的作用是抵抗山体纵向推力及支持洞口正面上的仰坡，保持其稳定。洞门顶水沟用来将仰坡流下来的地表水汇集后排走端墙排水沟端墙端墙式隧道洞门实例铁路隧道结构与构造3.翼墙式(八字式)洞门

当洞口地质较差(Ⅳ级及以上围岩)，山体纵向推力较大时，可在端墙式洞门的单侧或双侧设置翼墙。

端墙翼墙铁路隧道结构与构造

翼墙在正面起到抵抗山体纵向推力，增加洞门的抗滑及抗倾覆能力的作用。两侧面保护路堑边坡起挡土墙作用。

铁路隧道结构与构造4.柱式洞门

当地形较陡(Ⅳ级围岩)，仰坡有下滑的可能性，又受地形或地质条件限制，不能设置翼墙时，可在端墙中部设置2个(或4个)断面较大的柱墩，以增加端墙的稳定性。柱式洞门比较美观，适用于城市附近、风景区或长大隧道的洞口。

铁路隧道结构与构造铁路隧道结构与构造柱式隧道洞门实例（铁路）柱式隧道洞门实例（公路）铁路隧道结构与构造5.台阶式洞门

当洞门位于傍山侧坡地区，洞门一侧边仰坡较高时，为了提高靠山侧仰坡起坡点，减少仰坡高度，将端墙顶部改为逐级升高的台阶形式，以适应地形的特点，减少洞门圬工及仰坡开挖数量，也能起到一定的美化作用。

铁路隧道结构与构造铁路隧道结构与构造台阶式隧道洞门实例6.斜交式洞门

当隧道洞口线路与地面等高线斜交时，为了缩短隧道长度，减少挖方数量，可采用平行于等高线与线路呈斜交的洞口(洞门与线路中线的交角不应小于45°)。

斜交式洞门内轨顶面1－1正面平面11铁路隧道结构与构造7.突出式洞门

高速铁路隧道，为减缓高速列车的空气动力学效应，在单线隧道洞一般设喇叭口洞口缓冲段，同时兼作隧道洞门。公路隧道采用较多，主要目的是减少洞口工程量和装饰洞口。铁路隧道结构与构造突出式隧道洞门实例铁路隧道结构与构造8.景观洞门作用：装饰洞口，美化环境，多在城市近郊或重大工程中采用。

铁路隧道结构与构造景观式隧道洞门实例铁路隧道结构与构造9.弧形洞门

作用：端墙、翼墙合二为一，稳定山体、阻挡落石、防止流水。

铁路隧道结构与构造二、明洞

明洞一般修筑在隧道的进出口处，或铁路、公路、河渠必须在铁路上方通过，且不宜做立交桥或涵渠时。明洞的结构类型常因地形、地质和危害程度的不同，有多种形式。采用最多的为拱式明洞和棚式明洞两种。铁路隧道结构与构造明洞是隧道的一种变化型式，用明挖法修筑。(一)拱式明洞拱式明洞由拱圈、边墙和仰拱(或铺底)组成。

1.路堑式对称型

它适用于路堑边坡处于对称或接近对称，边坡岩层基本稳定，仅防止边坡有少量坍塌、落石，或用于隧道洞口岩层破碎，覆盖层较薄而难以用暗挖法修建隧道时。

路堑式对称型拱形明洞0.021:51:100.55实际填土坡线0.451:0.50.55铁路隧道结构与构造适用于两侧边坡高差较大的不对称路堑。

2.路堑式偏压型

路堑式偏压型拱形明洞实际填土坡线1：0.31:1.51:51:50.451:100.550.900.75铁路隧道结构与构造适用于地形倾斜，低侧处路堑外侧有较宽敞的地面供回填土石，以增加明洞抵抗侧向压力的能力。

3.半路堑式偏压型

实际填土坡线1:1.51:51:51:101:0.50.551.100.650.651.251.55半路堑式偏压型拱形明洞铁路隧道结构与构造

适用于傍山隧道洞口或傍山线路上半路堑地段。

4.半路堑式单压型

实际填土坡线1:1.51:51:51:101:0.30.651.251.002.300.55半路堑式单压型拱形明洞铁路隧道结构与构造(二)棚式明洞(简称棚洞)

有些傍山隧道，地形的自然横坡比较陡，外侧没有足够的场地设置外墙及基础或确保其稳定，这时可考虑采用另一种建筑物——棚式明洞。

铁路隧道结构与构造由内墙、外墙及钢筋混凝土盖板组成简支结构。其上回土石，以保护盖板不受山体落石的冲击。1.盖板式棚洞

盖板式明洞钢筋混凝土盖板棚洞中线夯填土水泥砂浆垫层防水层粘土隔水层线路中线侧洞外墙盖板Ⅰ-Ⅰ断面ⅠⅠ钢筋混凝土梁铁路隧道结构与构造刚架式明洞主要由外侧刚架，内侧重力式墩台结构、横顶梁、底横撑及钢筋混凝土盖板组成。2.刚架式棚洞

当地形狭窄，山坡陡峻，基岩埋置较深而上部地基稳定性差时，为了使基础置于基岩上且减小基础工程，可采用刚架式外墙，此时称明洞为刚架式明洞。铁路隧道结构与构造3.悬臂式棚洞

稳定而陡峻的山坡，外侧地形难以满足一般棚洞的地基要求，且落石不太严重的情况，可修建悬臂式棚洞。由重力式内墙、悬臂横梁、盖板及内端平衡重组成。

铁路隧道结构与构造第三部分附属建筑物一、防排水设施水对隧道的危害：※降低围岩稳定性，引起支护困难，费用增加；※

地下、地上水位下降及水环境的改变，影响农业生产和生活用水；或被迫停工，影响工程进展等；※水进入隧道后，造成洞内通风、照明、供电等设备锈蚀，使路面积水或结冰，造成打滑，危及行车安全。铁路隧道结构与构造

对于交通隧道，通过理论和实践经验的总结，提出了“防、堵、截、排，因地制宜，综合治理”的防治原则。1.“防”：指衬砌防水，即防止地下水从衬砌背后渗入隧道内。其办法是充分利用混凝土结构的自防水能力，并在衬砌与支护之间设置防水层。

铁路隧道结构与构造(1)防水混凝土结构：(2)防水层：包括粘贴式防水层和喷涂式防水层。铁路隧道结构与构造2.“堵”

指向支护背后压注水泥砂浆，用以充填支护与围岩之间的空隙，以堵住地下水的通路，并使支护与围岩形成整体，改善支护受力条件。铁路隧道结构与构造

在洞口仰坡外缘5m以外，设置天沟，并加以铺砌。当岩石外露，地面坡度较陡时可不设天沟。仰坡上可种植草皮、喷抹灰浆或加以铺砌。对洞顶天然沟槽加以整治，使山洪渲泄畅通。对洞顶地表的陷穴、深坑加以回填，对裂缝进行堵塞。

3.“截”：为了防止地表水渗入地层内，主要采取的措施：铁路隧道结构与构造4、“排”

将地下水排入隧道内，再经由洞内水沟排走。隧道尽可能避免采用机械排水；否则必须设置完备的机械排水设备和监控设备，并备用水泵、管路、电源等设施，设置单独的排水检修通道。

(1)排水沟：排水沟的断面按排水量计算确定，但一般沟底宽不应小于40cm，沟深不应小于35cm。沟底纵坡宜与线路纵坡一致。水沟上面应设有预制的钢筋混凝土盖板，其顶面应与避车洞底面齐平。

铁路隧道结构与构造

侧式水沟：设在线路的两侧或一侧，视水流量大小而定。当为一侧时，应设在来水的一侧；如为曲线隧道，则应设在曲线内侧。双侧水沟隔一定距离应设一横向联络沟，以平衡不均匀的水流量。图侧式水沟750间距403％泄水孔3×10(高×宽)52225151.3106020401240101512铁路隧道结构与构造

中心式水沟：隧道中心水沟设在线路中线的下方，或设在双线隧道两线路之间。图中心水沟402％～3%泄水槽每三根轨枕设一道轨面53013.26011.212.62234.611.2603010101252224028125152023.2铁路隧道结构与构造(2)盲沟

在衬砌背后，用片石或埋管设置环向或竖向盲沟，以汇集衬砌周围的地下水，并通过盲沟底部泄水孔(或预埋管)引入隧道侧沟排出。铁路隧道结构与构造环向排水盲管安装

纵向排水管安装

横向排水管预留出口铁路隧道结构与构造二、铁路隧道附属建筑物1、避车洞当列车通过隧道时，为了保证洞内行人、维修人员及维修设备(小车、料具)的安全，在隧道两侧边墙上交错均匀修建的为人员躲避及放置车辆、料具的洞室叫避车洞。避车洞根据其断面尺寸的大小分为大避车洞及小避车洞两种。铁路隧道结构与构造(1)避车洞的布置大避车洞：在碎石(整体)道床的隧道内，每侧相隔300(420)m布置一个大避车洞。

当隧道长度在300-400m时，可在隧道中间布置一个大避车洞；隧道长度在300m以下时，可不布置大避车洞；如果两端洞口接桥或路堑，当桥上无避车台或路堑两边侧沟外无平台时，应与隧道一并考虑布置大避车洞。铁路隧道结构与构造60606060606060隧道中线小避车洞30606030大避车洞150150300碎石道床避车洞平面布置图铁路隧道结构与构造3060606060306060小避车洞隧道中线大避车洞6060606060603030420210210整体道床避车洞平面布置图铁路隧道结构与构造小避车洞无论在碎石道床或整体道床的隧道内，每侧边墙上应在大避车洞之间间隔60m(双线隧道按30m)布置一个小避车洞。如隧道邻近有农村市镇，或曲线半径小，视距较短时，小避车洞可适当加密。不同衬砌类型或不同加宽断面衔接处，或沉降缝、工作缝、伸缩缝处应避开设置避车洞。铁路隧道结构与构造为了使避车洞的位置明显，应将洞内全部及洞周边30cm刷成白色。在洞的两侧各10m处的边墙上标一白色箭头指向避车洞。

避车洞周边粉刷10照明灯粉刷0.3m宽白边内轨顶面道碴面或人行道面1.5A3.5101.50.3A0.80.150.150.8铁路隧道结构与构造

(2)避车洞的净空尺寸及衬砌类型大避车洞4.0m(宽)×2.5m(深)×2.8m(中心高)。280E250内轨顶面i=2%h10275dd110dR=250280d180d40030铁路隧道结构与构造小避车洞2.0m(宽)×1.0m(深)×2.2m(中心高)。内轨顶面100d1i=2%h22010218Ed200R=125d2201017095dd铁路隧道结构与构造2、电力及通讯设施

(1)电缆槽电缆槽用混凝土浇筑，可与水沟同侧并与水沟并行，或设置在水沟的异侧。槽内铺以细砂做垫层，低压电缆可直接放在垫层面上，高压电缆则吊在槽边预埋的托架上。槽顶设有盖板防护。盖板顶面应与避车洞底面或道床顶面齐平。当电缆槽与水沟同侧并行时，应与水沟盖板齐平。铁路隧道结构与构造(2)信号继电器箱和无人增音站洞隧道内如需设置信号继电器时，则应在电缆槽同侧设置信号继电器箱洞，其宽度为2m，深度为2m，中心宽度为2.2m。根据电讯传输衰耗和通讯设计要求，在隧道内设置无人增音站时，其位置可根据通信要求确定，尺寸与大避车洞相同。

铁路隧道结构与构造3.救援疏散通道

长度大于10km的隧道内设置有贯通的救援通道。单线隧道单侧设置，双线隧道双侧设置。救援通道的疏散出口通道宽度不应小于3.0m。汽车可驶入的疏散出口通道，车道净宽不小于5.1m，局部设置错车道的地方净宽不小于7.35m。长大隧道，可以利用施工横通道、平行导坑、斜井等辅助坑道作为救援通道的疏散出口通道。疏散出口通道的出口处应设置疏散场地，面积一般要求不小于200m2，并用隔离栅栏围闭，栅栏出口与地面道路接驳，设置在铁路征地红线范围内。铁路隧道结构与构造隧道两个单线隧道互为救援疏散通道铁路隧道结构与构造4.紧急救援站

长度超过20km的隧道设置紧急救援站，紧急救援站之间的距离不大于20km，紧急救援站长度450-500m，站台宽度一般为2.3m，站内每隔50m左右设疏散横通道，横通道两端设防护密闭门、通行宽度不小于3.4m；长度10-20km之间的隧道应设置避难所，避难所设置在救援通道的疏散出口通道内，所内设置应急通风、照明、通讯等设施；长度3~10km之间的隧道可结合辅助坑道情况设置紧急出口。铁路隧道结构与构造铁路隧道结构与构造石太客运专线太行山隧道救援站

1.设计原因而造成的先天不足，早期隧道经验不足，盲目照搬国外，选线时为缩小隧道长度而洞口处理不当；仰拱或铺底设计强度不足造成隧道变形裂损；排水沟深度不足导致排水不畅而产生翻浆冒泥。

2.施工质量低劣。防水设施、仰拱或铺底的质量、清底工作；隐蔽工程和混凝土工程缺陷。

3.特殊地质条件下高难度技术问题解决不当。

4.随使用年限的延长，衬砌材料劣化变质。

5.高寒地区的冻害，造成衬砌结构裂损破坏。

6.在煤层地区，由于采煤形成空区，引起隧道围岩应力重分布，使围岩失稳，导致结构裂损破坏。铁路隧道病害原因分析一、国内运营隧道的病害产生原因

在长期的铁路隧道病害整治工作中，工务部门通过多年的探索，都已掌握了行之有效的病害治理办法和治理标准。但是目前病害治理的方法仍然停滞在突击式局部修补，仅能满足临时行车的需要，而不能达到根治的目的。这主要是由于：第一、对病害发生的机理认识不清；第二、病害对结构的危害程度和行车提速的影响评价不准；第三、受资金和技术等客观条件制约，工艺、材料比较落后；第四、整治方法和施工组织上存在不足。因此，国内铁路运营的长远发展，必须从彻底根治既有病害隧道，使病害治理从现有的盲目性和局部突击性向系统化、标准化方向发展，形成科学合理的工法体系。

铁路隧道病害原因分析二、隧道病害治理存在的问题

隧道病害类型主要有：

1.隧道衬砌渗漏水；

2.结构恶化产生病害，包括衬砌开裂、变形、片块剥离以及大块坍落；

3.基底隆起、边沟变形和塌陷，底板破裂、翻浆冒泥等几种.铁路隧道病害原因分析三、隧道病害类型：1.隧道开挖引起围岩应力释放和重分布，改变围岩的力学特性和地下水的泾流。2.衬砌混凝土硬化过程中，游离水分的蒸发，在混凝土中形成透水的开放性毛细泌水管路。3.施工原因使混凝土中存在空隙。混凝土密实度、杂物、施工缝等。4.衬砌混凝土的化学腐蚀。5.内应力作用使衬砌产生裂隙6.防排水设施安装不规范。铁路隧道病害原因分析(一)隧道衬砌渗漏水原因:铁路隧道病害原因分析隧道渗漏水黔桂线银洞坡隧道上方溶洞大量蓄水武广高铁武广高铁武广高铁

隧道衬砌结构恶化是指隧道衬砌开裂变形、片块剥离以及大块坍落。原因大致如下：

1.水文地质与工程地质原因：在软弱围岩地区，由于地下水的作用，使隧道围岩软化，从而使隧道衬砌因承受偏压或过大压力而裂损。由于地层偏压，而施工中未采取相应对策导致衬砌开裂。古滑坡复活、山体滑移等原因导致隧道衬砌开裂。

铁路隧道病害原因分析(二)隧道衬砌结构恶化原因分析

2.设计方面的原因

在不良地质地段的设计不尽合理，使隧道衬砌结构不能有效抵坑围岩压力而产生损坏，在运营中形成病害。

3.施工方面的原因初期支护强度不足。初期支护强度不足，二衬超出其承受能力，导致二次衬砌裂损破坏。二次衬砌厚度不够，强度不足。这是隧道衬砌结构裂损的常见原因。二次衬砌厚度不均匀，衬砌混凝土拱顶背后存在空洞，特别是人工混凝土，这种现象就更突出，如在施工完成后又未注浆充填，受到围岩压力时，就容易在衬砌的薄弱部位和拱顶部位产生应力集中，使衬砌开裂。铁路隧道病害原因分析4.人为因素

在隧道安全区内采石取土，影响隧道围岩的稳定，导致隧道受到较大偏压而破坏。采煤形成的采空区的影响。由于煤层产状不同，与隧道的空间位置不同，对隧道的结构产生的影响也不同：①在隧道上方的采空区，一般不会产生影响。②在隧道下部，水平产状，时间较久的采空区，一般不会对隧道产生影。但当采空区离隧道基底很近，未采取措施，可能产生较严重的问题。③在隧道下部，水平产状，刚形成不久的采空区顶板继续冒落导致下沉，使隧道结构产生开裂。④存在空洞的采空区，其上盘向下盘靠拢，施工中又未采取措施，必然引起结构裂损。铁路隧道病害原因分析6.气候因素

高寒地区，衬砌混凝土由于经过多次的冻融循环，产生了一些微细裂纹，如对衬砌背后积水未作处理，将造成衬砌混凝土冻胀开裂渗漏水，而排水沟结冰无法满足排水要求造成基底积水，进一步结冰而造成线路不均匀隆起。同时渗水又加强了冻融对衬砌结构的破坏，使隧道衬砌结构进一步破坏，形成恶性循环，最终导致衬砌完全破坏。这些现象在日本及我国东北地区较多见。

7.列车动载

如果施工中浇筑底板混凝土前基底未清理干净，或混凝土强度不足，在列车动载作用下，可导致底板混凝土破裂。铁路隧道病害原因分析浏阳河隧道拱顶空洞侯月线桃坪隧道衬砌开裂铁路隧道病害原因分析

主要诱因是隧道排水系统不完善，道床集水，产生道床集水的主要原因有以下几种：

1.盲管设置不合理或被泥、砂堵死。无法正常排水，使隧道内地下水位升高，造成隧道渗漏水。

2.“三缝”、结构连接部位或混凝土缺陷部位，未严格按有关规范或规则施作或未作处理。

3.施工质量差，隧道结构强度不足而开裂渗水。隧道超挖部分或铺底用弃碴作材料，使隧底成为较弱地基，易引起隧底开裂。而在钢轨接头部位，受到车轮冲击力比一般部位大5-10倍，使钢轨接头部位更易产生开裂和翻浆冒泥。铁路隧道病害原因分析(三）基底隆起、边沟变形和塌陷，底板破裂，翻浆冒泥原因分析瓦日线太行山隧道轨道板病害铁路隧道病害原因分析4.排水沟深度及宽度不够。

5.石灰岩道。由于其质地比较软，韧度较低，磨耗率大，在运营中出现道床硬结，污脏现象严重，容易引起排水通道阻塞，道床积水由于道床集水，软弱的隧底围岩中的粘土矿物及来自耐磨较差道碴的岩屑，在列车振动和冲击下液化，液化物在列车的冲击作用下，从破裂的道床和道碴的空隙中被抽吸出来，从而在道床里形成空洞，成为泥浆的集散地。空洞的产生使道床的恶化速度加快，加大道床恶化的面积，严重影响列车运营安全铁路隧道病害原因分析根据隧道病害种类，可将病害整治技术分为：（1）隧道裂缝及渗漏水治理；（2）隧道注浆加固；（3）衬砌结构锚固加强；（4）衬砌结构套衬补强；（5）衬砌结构拆换；（6）基底隆起、边沟的变形和塌陷，底板破裂，翻浆冒泥的整治。铁路隧道病害整治与治理四、隧道病害整治技术的分类

隧道渗漏水部位主要有：混凝土“三缝”、隧底、结构连接及缺陷部位等。铁路隧道病害整治与治理（一）隧道裂缝及渗漏水治理1.裂缝的分类：（1）根据裂缝渗水量大小，可将混凝土裂缝分为有水裂缝、无水裂缝；（2）根据裂缝宽度，可分为宽缝（1mm以上），中等缝（0.5-1mm），细缝（0.5mm以下）。（3）根据受力情况可分为张性缝和压剪缝；（4）根据裂缝深度可分为贯穿缝，表面缝；（5）根据走向，可分为纵向缝，环向缝，环向缝相交织将混凝土分割成脱离体，极易发生大块剥落的现象，影响极大，危及隧道结构安全。铁路隧道病害整治与治理

沿裂缝延伸方向凿宽5cm，深5cm的沟槽，长度由裂缝起止点向外各延伸10cm。用高压风吹净或用毛刷刷净浮尘，然后每隔0.5-0.8m设置1根注浆管，注浆管前端分叉劈开对准裂缝，再用环氧树脂砂浆嵌补沟槽并固定注浆管，待环氧树脂砂浆凝固后，通过注浆管压注环氧树脂浆液，注浆后，割掉注浆管外露部分，涂刷刮抹料和调色料。2.无水裂缝的治理

如果裂缝不是很宽且无错台，可采取凿槽嵌补化学注浆予以加固，以期恢复混凝土的整体性和部分承载力，并防止以后出现渗漏水。具体施工工艺如下：铁路隧道病害整治与治理

3.有水裂缝的治理

要采用注浆封堵与凿槽引排相结合的方式进行处理，如渗漏水量很小，可采用注浆封堵的方式；如水量较大，则需要凿槽引排，将渗漏水引至两边的排水沟。①注浆封堵：使用超细水泥浆或化学浆液，浆液材料固化后强度高，与原混凝土要有较好粘接密封性，使水无法透过。②凿槽引排：沿裂缝凿矩形或倒梯形沟槽，下端沿边墙通到隧道排水沟内。在槽中扣入半圆形PVC管或玻纤透水管，用堵漏料封槽，封槽应注意使结构表面平整，颜色一致。

铁路隧道病害整治与治理

4.变形缝漏水的治理

如隧道变形过大，导致变形缝渗漏水，则注浆、埋管等效果不理想，处理后，仍可能将处理部位拉开，可按下述步骤处理：（1）沿变形缝剔槽。（2）用冲击钻在槽内钻孔，不穿透止水带。（3）孔内插入注浆嘴，在缝内填充遇水膨胀腻子之后填入环氧砂浆，强度达到要求后，注入环氧树脂，对原止水带周围不密实混凝土进行加固和充填。

（4）注浆完成后，切断注浆管，在凹槽内嵌入弹性簧排水盲管，端部伸入排水沟内。

（5）在盲管外侧防水腻子，再抹防水砂浆。（6）在混凝土表面刷涂一层防水涂料，然后用水泥砂浆抹面。铁路隧道病害整治与治理

5.混凝土表面大面积渗漏水的治理混凝土拱墙大面积渗水，须采用双液注浆堵水的办法进行处理。（1）先在两侧边墙墙角钻设泄水孔，以降低衬砌背后的水位和压力；（2）安注浆管，注浆孔布设面的半径应比渗水面的半径大2m以上，梅花形布置。（3）注浆管安设完毕后压注水泥—水玻璃双液浆，注浆顺序是从周边无水区向中间渗水部位推进，注浆采用全孔一次性注浆，注浆压力0.4-0.5MPa。（4）对泄水孔进行扫孔，将局部少量的裂隙水引到排水沟。

隧道产生病害的原因，主要有地质方面的，如围岩软弱、地质构造的影响（断层、滑破、

侧压力等）、地质突害（地震）；人为方面，如混凝土衬砌质量差、强度低，厚度不够，背后存在较多空洞、衬砌厚薄不均，在隧道安全范围内采石取土引起隧道围岩应力重分布，导致隧道产生病害。铁路隧道病害整治与治理（二）病害隧道注浆加固

注浆作为加固围岩的一种手段，在隧道病害治理中所起的作用主要表现在以下几个方面：铁路隧道病害整治与治理1.加固地层作用①注浆的渗透固结性能，将松散的地层固结成为一个整体，提高承载力；②注浆的挤密功能，使土层中的水分排出，结构更致密，改善围岩的受力性能；③浆液的劈裂作用，劈入到地层内并硬化，浆脉的网络骨架作用和挤密能改善地层结构，提高围岩承载能力，有效减轻衬砌所受到的围岩压力，减弱或阻止衬砌结构的变形和破坏。铁路隧道病害整治与治理2.充填作用

有些隧道在衬砌施作完成后，未进行背后的回填注浆，这样就在衬砌背后，特别是拱顶部位形成空洞，当结构受到围岩压力时，必然在拱顶处产生应力集中，使衬砌开裂。充填注浆填满衬砌背后的空洞，可使衬砌均匀受力。

3.提高围岩的承载力注浆管的锚杆能显著改善围岩结构，大幅提高围岩的承载力。

铁路隧道病害整治与治理

隧道病害整治中的注浆，根据注浆的目的和效果，可分为衬砌背后的回填注浆，加固围岩的固结注浆，止水用的堵水注浆等。根据浆材不同，可分为单液注浆、双液注浆、水泥砂浆注浆、化学注浆等。

回填注浆孔位布置断面图

隧道衬砌结构产生病害，施工质量差，施工方法不当是主要原因。铁路隧道病害整治与治理（三）隧道结构锚固加强1.结构强度不足。（1）结构尺寸满足要求，本身混凝土强度不足；

（2）结构混凝土本身的强度满足要求，但厚度不满足设计。2.二衬施作时机不当。围岩的支承能力迅速下降，初期支护可以有效地遏制围岩支撑力的丧失。初支初期过早，衬砌结构混凝土强度不足，因过大的变形而被压垮；初支过晚，初支的过大变形导致损坏，二衬也随之损坏。3.在硬岩地区，由于超挖，在二衬施作前未有效回填，致使衬砌厚度不均。结构较厚向较薄处的过渡部位产生应力集中，使结构裂损。

隧道衬砌结构裂损治理，用锚杆加固是一种必要而可靠的手段，其作用原理如下：铁路隧道病害整治与治理1.悬吊作用

在层状岩层中，锚杆将下部不稳定的岩层悬吊在上部稳固的岩层上，起到稳定下部围岩的作用。2.组合梁作用

在没有稳固岩层的薄层状岩层中，将视为叠合梁的各薄岩层挤紧，成为组合梁，提高其自承能力。3.紧固作用

在块状围岩中，锚杆可将隧道周边的危石彼此自挤紧。不但使岩块不掉落，而且加固成能承受载荷的整体结构。4.均匀压缩拱作用

在松软围岩中，预应力锚杆可以形成以锚杆两端为顶点的算盘珠式的压缩区。锚杆系统安装后，在隧道周围形成连续的均匀压缩带，即形成了承载的压缩拱铁路隧道病害整治与治理锚杆组合梁作用紧固围岩的作用压缩拱的作用锚杆的作用原理示意图锚杆类型：

根据锚固段的长度可将锚杆分为全长锚固锚杆和端锚固锚杆。根据钻孔及安装方式还有自钻进式锚杆。

铁路隧道病害整治与治理1.全长锚固锚杆:是指锚杆在岩层中的部分依靠锚固剂的粘结作用全部与围岩结合在一起。多为普通砂浆锚杆、水泥药卷锚杆，个别还有全长树脂药卷锚杆。2.端锚固锚杆:是指锚杆在孔底的一端，依靠机械的或粘结剂的作用与围岩结合在一起，孔口安设钢垫板和螺母，通过旋紧螺母可对锚杆施加预应力。又分为楔缝式，涨壳式，倒楔式，爆固式，粘结式（树脂）。铁路隧道病害整治与治理全长锚固式锚杆：端锚固锚杆接合状态：

锚杆的类型示意图锚杆孔位设置

：

铁路隧道病害整治与治理1.对于拱部或纵横裂纹较多的部位，设系统锚杆①在隧硐断面上，应与岩体结构面垂直或较大角度布置；②在岩面上，锚杆宜成菱形排列；③锚杆间距不宜大于锚杆长度的二分之一；Ⅳ、Ⅴ围岩中的锚杆间距宜为0.5-1.0m，并不得大于1.25m。

铁路隧道病害整治与治理2.对于边墙大面积范围内只有一处或一条裂缝的，可在裂缝两边安设普通砂浆锚杆予以锁缝。

锚杆施工机具设备：

铁路隧道病害整治与治理1.钻孔设备：主要有锚杆钻机、凿岩台车、TOMROCK锚杆钻孔安装注浆一体机、YT28手持风钻等。在病害治理段，所需钻孔数量不大，YT28手持风钻即可满足要求。对于围岩软弱破碎，成孔困难地段，可将顶端带钻头的自钻进式中空锚杆直接钻入地层，然后注浆锚固即可。对于成孔较易地段，可先打孔，安设端锚固锚杆，再安装托板和螺母，施加预应力，注浆。2.施加预应力：可通过扭力扳手进行。3.注浆设备：可采用多种形式的砂浆泵（如郑州、温州、苏州产的挤压泵均可满足要求）。Ⅳ、Ⅴ围岩中的锚杆间距宜为0.5-1.0m，并不得大于1.25m。隧道病害治理如净空断面有缩小的余地，在安设锚杆、注浆加固的基础上，可以考虑施作套衬。即在既有衬砌内表面再灌注一定厚度的混凝土，与既有衬砌共同承担围岩压力，有效地阻止既有衬砌进一步裂损变形，同时起到防水的作用。

铁路隧道病害整治与治理（四）隧道套衬补强

影响施做套衬的因素：

1.隧道净空断面允不允许缩小，如允许，可以缩小多少；2.既有衬砌的厚度是否满足设计要求，承载力较高，否则拆换衬砌；3.套衬厚度比较薄（15-25cm），且采用钢筋砼，如何保证砼的浇注质量；4.如能使新的钢筋混凝土与既有的混凝土结合成一个整体；5.运营隧道是否允许在混凝土浇注过程中停止通行。天窗施工，结构裂损。

套衬施作实例：铁路隧道病害整治与治理1.隧道衬砌产生的裂缝不密集。不足以危及隧道结构安全，经加固后仍有较强的载荷能力；如病害已危及隧道结构安全，治理后也无多少承载能力，考虑拆换衬砌。2.隧道净空有缩小的余地。有的病害隧道治理中在既有衬砌表面凿出部分混凝土，再施作套衬。有一定的风险，既有隧道衬砌结构产生裂缝后，强度已经大为降低，施作套衬后，围岩的压力主要由较薄的套衬承担。如要保证套衬有较大厚度而将既有衬砌凿薄，不如将原有衬砌拆除，施作新的结构，既能加快施工进度，又可保证新作衬砌有很的承载力。3.既有线运营隧道。每次天窗时间应能满足浇注一环混凝土的需要，防止产生新的施工缝。

套衬施作程序：铁路隧道病害整治与治理裂缝调查与评估→净空测量→确定套衬砌参数→既有衬砌表面凿毛→高压水冲洗→植筋（锚杆）并编织钢筋网→刷涂界面粘合剂→立模、浇注（喷射）混凝土。

某隧道套衬结构图

如果隧道衬砌结构裂缝交错分布，密度较大，并伴有片块剥落，严重错台，侵入净空限界，使原衬砌失去使用功能，则应考虑拆除旧的衬砌结构，重新施作新的衬砌。铁路隧道病害整治与治理（五）隧道衬砌结构拆换

由于病害隧道地质情况较复杂，并且多在软岩地区，拆除旧有衬砌有较大的危险性，稍有不慎，就可能产生大坍方事故，造成巨大损失。同时，在爆破拆除旧有衬砌时，不可避免地要对原来的完好衬砌产生不利影响，因而，如何保证拆除旧有裂损衬砌的