浅析隧道波纹板套衬加固技术

浅析隧道波纹板套衬加固技术

张瑞

中铁十二局集团第四工程有限公司，西安，710021

摘要：文章浅析隧道波纹板套衬加固技术的适用条件、结构形式和施工工艺，以及施工的注意事项。波纹板套衬具有施工快、成本低、风险小、见效快等优点，可以在铁路隧道病害整治中应用处理。

关键词：波纹板 套衬 加固 技术

一、引言

截止2021年，全国铁路投产新线4208公里，其中高速铁路2168公里。全国铁路营业里程达到15万公里，其中高速铁路营业里程达到4万公里。

随着高铁的迅速发展，运营里程急剧上升，方便了人们出行，但同时铁路隧道也出现了不少的病害。

运营铁路隧道病害整治是一项复杂的系统工程。由于操作空间有限、作业环境恶劣且涉及到铁路运营安全，因此在隧道缺陷加固和整治时，针对隧道病害现状，以保证线路安全运营为出发点，综合考虑施工环境、天窗时间等客观因素，尽量不影响线路正常营运。采用波纹板套衬加固，缩短了施工时间，提升了加固质量。

二、适用条件

波纹板套衬加固适用于隧道衬砌大范围开裂掉块、月牙形裂纹及厚度不足和防水板切割二衬处结构加固补强。由于结构劣化受多因素的影响，演变规律和发展时程难以量化，整治后的结构需要进行长期观察、监测，运营期间还应根据相关管理要求加强检查和维护。

三、结构形式及材料

1、波纹板：根据隧道的限界情况，选择幅宽为108cm，厚度为6mm（成型厚度不小于5.7±0.1mm），波高为55mm，波距为200mm的波纹板作为隧道套衬结构，钢材性能、尺寸、外形、重量及允许偏差应符合规范要求，波纹板套衬材质不低于Q345，类型不低于B类。

2、涂层材料：波纹板套衬高分子聚合物单面涂层厚度1.5mm，考虑板材可能应用于电气化铁路带电环境中，为防止钢板被击穿，要求涂层临界介电强度不小于30KV/m，体积电阻率不小于3.0×1013Ω·m，工频湿耐受电压不小于27.5KV。波纹板套衬及所有永久、临时构件与接触网带电设备最小安全距离不应小于500mm，困难条件下不得小于350mm。

3、螺栓及搭接：拼装波纹板套衬连接件采用承压型高强度螺栓、螺母，强度等级不低于10.9级，螺栓、螺母规格为M20，螺栓长度为30mm～75mm。波纹钢板件拼装时，每个块板件之间采用搭接，并用高强度螺栓连接，连接位置设计防松动垫圈，每个板件搭接的重叠部分边缘至最外缘螺栓孔距离应大于50mm。

4、密封材料：波纹板套衬板件间搭接密封材料，应具有弹性和不透水性，并应填塞紧密。低温条件下密封材料应具有良好的抗冻、耐寒性能。密封料可采用天然橡胶、氯丁橡胶、聚乙烯泡沫、聚乙烯发泡材料或耐候密封胶。

5、基础及注浆材料：基础采用C35混凝土，注浆料采用抗压强度不低于50MPa的微膨胀自密实隧道加固灌浆料。

四、施工方案及工艺

1、对隧道内加设波纹板套衬可能影响的接触网设备，应委托具有相关资质单位进行特殊处理后方可施工。

2、波纹板套衬结构安装

①施工前准备。备齐安装工具、安装所需配件工具、定扭扳手、钢绞线、缆绳、备足脚手架、踏板、电源等设备，检验拼装波纹板套衬结构是否与缺陷范围符合。

②定位放线。依据实测断面，确定波纹板套衬底部标高、确保波纹板套衬与隧道拱顶间距控制在10cm以内，在满足限界和供电设备绝缘距离的前提下亦可适当放宽。

③拼装波纹板套衬。分片拼装波纹板套衬时，依据施工能力以及施工安全要求，确定合理的拼装顺序，一般采用两侧同步安装或单侧紧压方式进行拼装，必要时采用撬棍进行校正，确保螺栓孔位准确对位。

④螺母紧固。拼装全部完成后，应先检查波纹板套衬隧道线形，满足要求后，再用定扭气动扳手按预定扭矩紧固所有螺栓，保证波纹的重叠部分紧密嵌套在一起，每个螺母的初拧扭矩不得小于187N·m，施工扭矩不小于374N·m，用机动扳手时拧扳时间应持续2s～5s，此后以此方式依次连接。首环结构必须在一个天窗内成环，其余环亦尽量在天窗时间内成环，如确有困难施工单位需制订专项固定方案报设备管理单位批准。

⑤锁脚锚杆施工。采用Φ32锚杆将波纹板套衬与衬砌进行连接，沿线路方向锚杆间距0.4m，锚杆锚固深度大于1.0m，单根锚杆拉拔力不小于50kN。

⑥接缝处理。外圈搭接处螺栓拧条并符合要求后，为防止波形钢板板缝和螺栓孔处渗水，在钢板连接处和螺栓孔处采用专用密封材料密封。

⑦基础施作。按照设计要求绑扎钢筋笼，浇筑C35混凝土或高强度等级的灌浆料。

⑧质量检验。为保证达到螺栓扭矩的要求值，在背后注浆前随机抽取结构上纵缝2%的螺栓采用转角法进行抽检试验。如果有一任意试验值超过了给定的扭矩范围，则应抽检纵向和环向接缝所有螺栓的5%。如果上述试验90%以上满足要求，则认定安装是合格的。

2、波纹板套衬背后注浆

①注浆工艺：按照板材预留注浆孔，安装注浆软管，注入水料比为0.18-0.25的微膨胀型隧道加固灌浆料，注浆压力为0.1-0.2MPa；注浆完毕后，用速凝水泥封孔。

②施工要求：注浆按照先下后上的次序进行，注浆前进行压水试验，检查机械设备是否正常，管路连接是否正确，为加快注浆速度和发挥设备效率，可采用群管注浆。注浆过程中要随时观察注浆压力及注浆泵排浆量的变化，分析注浆情况，防止堵管、跑浆、漏浆。

③单孔结束标准：注浆压力逐步升高至设计终压，并稳定10～15min：注浆量不小于设计注浆量的80%；进浆速度为开始进浆速度的1/4。

④全段结束标准：所有注浆、锚杆孔均已符合单孔结束条件，无漏注现象；浆液有效注入范围大于设计值。

五、施工注意事项

1、施工前，应编制实施性施工组织设计，安排好进度、工序衔接、机具配置等工作，并应采取切实可行的安全防护措施保证施工安全与铁路正常运营。

2、施工前应对波纹板套衬加固段落衬砌内轮廓进行检测，以确定波纹板套衬加工尺寸参数，避免出现因波纹板尺寸与内轮廓不符导致无法安装或侵限情况。

3、隧道衬砌施工质量问题整治任何措施、构件、留存物，不得侵入建筑限界。

4、病害整治施工应在天窗点内进行，严格把控时间节点，合理安排工序，杜绝延点影响正常运营，非天窗时间严禁上道作业。

5、施工前应进行现场试验，确保波纹钢板的强度、螺栓强度、灌浆材料的强度、灌浆材料的密实度等性能达到设计、规范及有关标准要求。

6、波纹板套衬拼装应严格按照拼装设计要求进行，拼装后逐片检查，确保波纹板套衬管片安装符合要求。

7、对施工中可能影响的隧道内地段，对线缆、道床、轨道及其他既有设备进行防护，防止污染。

8、隧道内施工，人员及机具多且场地狭小，前期应加强工人安全教育，突出现场防护控制。波纹板套衬安装作业涉及高空操作，所有作业人员必须做好高空作业防护。

9、每个天窗施工完毕后，应对整治区段和已完成部分进行仔细检查，防止机具、材料遗留线路或固定不牢造成掉落影响行车。

六、总结

根据铁路隧道病害整治的经验，采用波纹板套衬对隧道进行加固，处理开裂掉块、月牙形裂纹、衬砌厚度不足和防水板切割二衬等病害的方法是成功的。波纹板套衬作为铁路营业线病害整治的新型技术，与传统的钢筋混凝土套衬加固的施工工艺相比，具有施工快、成本低、风险小、见效快等优点，可以在铁路隧道病害整治中应用处理。

参考文献：

1、2021年铁道统计公报[R].北京，国家铁路局：2022

2、QCR748-2020，铁路工程用波纹管（板）[S]；

3、付兵先、马伟斌、邹文浩、李尧等，铁路隧道衬砌波纹板套衬结构设计与应用关键技术[J].铁道建筑，2021(10)：1-6，17