第一章隧道病害治理一、隧道病害類型及原因1、襯砌侵蝕隧道襯砌的腐蝕問題不容忽視，它會導(dǎo)致混凝土逐漸酥松，進(jìn)而影響其強(qiáng)度，削弱隧道襯砌的承載能力。同時，這也可能引發(fā)鋼軌及扣件的腐蝕，進(jìn)而縮短其使用壽命，對行車安全構(gòu)成威脅。襯砌侵蝕的原因主要在于其背后的腐蝕性環(huán)境水。這些水會沿著襯砌的毛細(xì)孔、工作縫、變形縫以及其他孔洞，逐漸滲流至襯砌內(nèi)側(cè)，形成隧道滲漏水。這些滲漏水對襯砌混凝土、砌石以及灰縫產(chǎn)生物理和化學(xué)侵蝕，從而引發(fā)襯砌的腐蝕問題。鐵道部部頒標(biāo)準(zhǔn)《鐵路混凝土及砌石工程施工規(guī)范》（TBJ210-86）明確指出，在煤系地層、含硫化礦地層、含石膏地層、含鹽地層、淤泥泥炭地層、鹽漬土、鹽田、海水及滲入范圍等特定地理環(huán)境下，環(huán)境水可能對混凝土產(chǎn)生侵蝕破壞，需特別防范。隧道襯砌的腐蝕主要分為物理性侵蝕和化學(xué)性腐蝕兩大類。物理侵蝕表現(xiàn)為凍融交替導(dǎo)致的凍脹性裂損，以及干濕交替引發(fā)的鹽類結(jié)晶性裂損壞。而化學(xué)侵蝕則是一個復(fù)雜的物理化學(xué)過程，涉及硫酸鹽、鎂鹽、溶出性物質(zhì)、碳酸鹽等多種物質(zhì)的相互作用，以及由此產(chǎn)生的多種腐蝕破壞機(jī)理。產(chǎn)生隧道襯砌腐蝕的三要素包括：腐蝕介質(zhì)的存在、易腐蝕物質(zhì)的存在，以及地下水的活動性。這種腐蝕不僅會導(dǎo)致混凝土變得酥松、強(qiáng)度降低，進(jìn)而影響隧道的承載能力，還會引發(fā)鋼軌及扣件的腐蝕，縮短其使用壽命，甚至危及行車安全。因此，為確保隧道建筑物的安全使用，必須積極采取措施防治襯砌腐蝕病害。2、裂損分析隧道襯砌作為承受地層壓力、防止圍巖變形坍落的關(guān)鍵工程結(jié)構(gòu)，其完好與否直接關(guān)系到隧道的安全運(yùn)營。然而，在實(shí)際工程中，由于受到形變壓力、松動壓力、地層沿隧道縱向的不均勻分布及力學(xué)性態(tài)差異、溫度和收縮應(yīng)力、圍巖的膨脹性或凍脹性壓力、腐蝕性介質(zhì)侵蝕，以及施工中的人為因素和運(yùn)營車輛產(chǎn)生的循環(huán)荷載等多重復(fù)雜因素的影響，隧道襯砌結(jié)構(gòu)物往往會產(chǎn)生裂縫和變形，進(jìn)而影響隧道的正常使用，這種現(xiàn)象被統(tǒng)稱為隧道襯砌裂損病害。襯砌裂損是隧道病害的常見形式，它不僅破壞了隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，還降低了襯砌結(jié)構(gòu)的安全可靠性，對隧道的正常使用構(gòu)成威脅，甚至可能危及行車安全。其變形的主要危害包括：削弱襯砌結(jié)構(gòu)對圍巖的承載能力；縮小隧道凈空，侵入建筑限界，影響車輛安全通過；拱部襯砌掉塊，威脅行車和人身安全；裂縫漏水，導(dǎo)致洞內(nèi)設(shè)施銹蝕、道床翻漿，以及在嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)產(chǎn)生凍害；鋪底和仰拱破損，引發(fā)基床翻漿、線路變形，進(jìn)一步危及行車安全，可能導(dǎo)致車輛運(yùn)行速度降低，增加養(yǎng)護(hù)維修工作量；在運(yùn)營條件下對裂損襯砌進(jìn)行大修整治時，施工與運(yùn)輸相互干擾，增大整治費(fèi)用。二、防治措施1、侵蝕防治策略在防治過程中，首要任務(wù)是做好勘測設(shè)計(jì)工作，全面掌握隧道工程地質(zhì)和水文地質(zhì)資料，深入查明環(huán)境水中侵蝕性介質(zhì)的來源和成分。在此基礎(chǔ)上，才能準(zhǔn)確判定其對襯砌混凝土的侵蝕程度，從而因地制宜地制定防治措施。針對隧道腐蝕的產(chǎn)生原因和條件，目前可采取的防治措施主要包括：提高襯砌的密實(shí)度和整體性、外摻加料法、選用耐侵蝕水泥、加強(qiáng)襯砌外排水措施、使用密實(shí)且與混凝土不起化學(xué)作用的材料在襯砌外表面做隔離防水層、采用與侵蝕性環(huán)境水不起化學(xué)反應(yīng)的天然石料砌筑襯砌、向襯砌背后壓注防蝕漿液，以及使用防腐蝕混凝土等。防蝕層是通過在襯砌混凝土表面鋪設(shè)耐腐蝕材料來形成的保護(hù)層，旨在隔離腐蝕介質(zhì)與混凝土。在隧道工程中，通常將防蝕層與防水層相結(jié)合，共同鋪設(shè)在襯砌的外側(cè)。選擇適當(dāng)?shù)目骨治g水泥材料至關(guān)重要?？沽蛩猁}水泥和火山灰質(zhì)水泥顯示出對硫酸鹽和海水腐蝕的優(yōu)異抵抗力。礬土水泥則能有效抵御各種化學(xué)腐蝕。火山灰質(zhì)水泥不僅價(jià)格親民，還適用于中、低侵蝕性介質(zhì)環(huán)境，但需注意其抗凍性。2、裂損整治方法針對這些襯砌裂損病害，我們提出以下整治措施：對裂縫進(jìn)行整修，對襯砌背后空洞進(jìn)行壓漿處理，穩(wěn)定底版，以及必要時進(jìn)行換拱或換邊墻的施工。（1）襯砌裂損的修補(bǔ)方法對于無水或滲水裂縫，可以采用R-IIAB雙組分灌漿樹脂進(jìn)行灌注粘合。而對于混凝土裂縫較大、需要補(bǔ)強(qiáng)加固的情況，則可選擇使用高強(qiáng)纖維板，如碳纖維板、鋼板及芳綸纖維等進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)。特別值得一提的是，碳纖維材料因其出色的物理力學(xué)性能而備受推崇，其抗拉強(qiáng)度高達(dá)2500MPa-3550MPa，是普通鋼材的10倍-15倍；同時，其彈性模量也相當(dāng)可觀，達(dá)到2.35105MPa-5.0105MPa，與鋼相比，最高可達(dá)2.4倍。（2）滲漏與涌水裂縫的應(yīng)對策略在隧道富水區(qū)域，由于襯砌裂損導(dǎo)致的滲漏水問題，或因修補(bǔ)施工而產(chǎn)生的各類孔洞，均可通過采用速凝堵水砂漿、聚合物改性水泥基修補(bǔ)砂漿以及防水砂漿這三種材料的綜合應(yīng)用，來實(shí)施有效的病害整治。鑒于這些漏水點(diǎn)或裂縫多處于應(yīng)力集中區(qū)域，因此在采用上述方法處理后，還應(yīng)利用防水砂漿進(jìn)行表面噴涂，以提供柔性的防護(hù)措施。第二章?lián)Q拱施工方案一、工程概述該隧道為雙洞單向分離式設(shè)計(jì)，左線全長740.634米，右線全長680米，兩線間距維持在28.4m至31.9m之間。隧道埋深在4.2m至102.98m范圍內(nèi)變化，最大開挖寬度為12.54m，最大開挖高度為9.86m。在隧道左洞施工中，由于地質(zhì)偏壓影響，地表出現(xiàn)了三條裂縫，其中最寬裂縫達(dá)到4.5厘米，局部出現(xiàn)侵限問題，導(dǎo)致二襯厚度不足，甚至出現(xiàn)負(fù)值情況。為確保施工安全，需對拱部進(jìn)行局部換拱處理，并拆除部分套拱，同時保留長管棚。當(dāng)隧道監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)顯示初期支護(hù)出現(xiàn)侵限跡象時，立即采取了多項(xiàng)措施進(jìn)行加固，包括增設(shè)鎖腳小導(dǎo)管、小導(dǎo)管引流、設(shè)置臨時仰拱、附拱及橫向工字鋼支架等，并暫停了掌子面掘進(jìn)。此外，洞頂?shù)乇磉€施作了抗滑樁和集水井等設(shè)施，以保障隧道施工過程中的安全性。二、換拱施工方案1、總體說明新奧法施工的核心思想是盡可能維持土體的原始平衡，通過充分利用土體的自持能力與初期支護(hù)，共同承擔(dān)土體的壓力。鑒于監(jiān)控量測資料顯示當(dāng)前狀態(tài)已趨于穩(wěn)定，若進(jìn)行大范圍的換拱施工將可能再次打破土體的平衡，導(dǎo)致土體自持能力喪失，進(jìn)而僅依靠初期支護(hù)來抵抗土體壓力，這將嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)安全和施工安全。因此，在確保施工安全與結(jié)構(gòu)受力穩(wěn)定的前提下，應(yīng)盡可能縮小換拱范圍，并根據(jù)不同情況制定相應(yīng)的處理措施。2、切槽換拱施工方案為保障施工安全，我們將仰拱以上的區(qū)域用隧道棄方進(jìn)行回填，直至達(dá)到換拱的起拱線位置，該位置的高度為2.11米。鑒于換拱前的初期支護(hù)已穩(wěn)固，表明圍巖亦已穩(wěn)定，因此在換拱過程中，我們不再預(yù)留12cm的變形量，即變形量為0cm。在換拱時，我們會鑿除原拱圈的25cm噴射混凝土及侵限圍巖，以此拓寬隧道內(nèi)的凈空。隨后，在新鑿除的侵限圍巖外噴涂4cm的素混凝土，旨在防止施工期間雨水對圍巖的侵蝕。接著，我們將依次安裝鋼拱架、連接板和鋼筋網(wǎng)片，再進(jìn)行換拱后的噴射混凝土作業(yè)。3、注漿加固處理為確保施工安全，防止松散圍巖在施工中脫落，我們需在換拱前對侵限段進(jìn)行注漿加固。具體措施是在侵限段巖面上，沿拱架軸線方向垂直布置注漿小導(dǎo)管，環(huán)向間距保持1米，共布置10根，同時縱向間距設(shè)為50cm，以梅花形進(jìn)行布置。所使用的注漿小導(dǎo)管規(guī)格為Φ42×4.5，水泥漿的水灰比控制在0.8～1之間，注漿壓力維持在0.5～1Mpa。4、切割與換拱在注漿達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，我們需對原初期支護(hù)拱架進(jìn)行切割和鑿除，切槽寬度設(shè)定為50cm。為確保施工安全，避免相鄰兩榀拱架同時切槽造成的臨空面過大和圍巖自重過大，以及應(yīng)力重分布帶來的不利影響，我們采用跳槽切割的方法進(jìn)行施工，并保持各槽間中心距約為100cm。隨后，利用風(fēng)槍和破碎錘鑿除鋼架初期支護(hù)，依據(jù)設(shè)計(jì)開挖輪廓線人工修出欠挖部分的圍巖土。5、再鑿除與更換在完成中間切槽的混凝土更換后，我們需進(jìn)一步對各切槽之間的混凝土進(jìn)行鑿除，以實(shí)現(xiàn)換拱的目的。利用風(fēng)槍和破碎錘，我們仔細(xì)鑿除鋼架之間的鋼筋網(wǎng)和噴射混凝土，并依據(jù)設(shè)計(jì)開挖輪廓線人工修出欠挖部分的圍巖土。6、起拱線以下至仰拱以上區(qū)域?qū)τ谄鸸熬€以下至仰拱以上這一區(qū)域的換拱施工，我們采用了注漿小導(dǎo)管作為鎖腳措施，其布置方式參照2.2.2條。7、拆除侵限初期支護(hù)時的注意事項(xiàng)在拆除侵限初期支護(hù)時，為確保施工安全，我們必須先使用風(fēng)鎬將噴射混凝土的分界處切開分離。每次只能拆除一榀拱架，避免大面積拆除初期支護(hù)，從而防止塌方及冒頂事故的發(fā)生。三、換拱的具體施工工藝1、換拱前的準(zhǔn)備工作在開始換拱施工之前，我們需要進(jìn)行一系列的準(zhǔn)備工作。首先，要確保施工現(xiàn)場的安全，包括設(shè)置安全警示標(biāo)志、配備必要的安全設(shè)施等。其次，需要清理施工現(xiàn)場，移除障礙物，為換拱施工創(chuàng)造良好的作業(yè)環(huán)境。2、鋼管支架的搭建在換拱前，為了確保人工能夠高效地鑿除超出限界的圍巖，并為換拱作業(yè)提供一個穩(wěn)固的操作平臺，我們計(jì)劃搭建鋼管支架。所選鋼管直徑為48mm，壁厚3.5mm，滿足普通使用需求。3、鋼拱架更換施工流程（1）精確測量與切割在侵限混凝土被鑿除之后，我們需要精確測量侵限鋼架的長度，并據(jù)此進(jìn)行割除。在切割鋼架時，為確保切割的精確度，應(yīng)在鋼架切割處多鑿除40cm，以保證切割寬度設(shè)定為50cm。（2）鋼架更換細(xì)節(jié)依照Ⅴ級圍巖鋼架的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，制作并安裝新鋼架，并確保其與原有鋼架的可靠連接，保障結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。（3）施工工藝與規(guī)范在鋼架與圍巖之間的空隙處，妥善加設(shè)混凝土墊塊，