浅议铁路隧道常见病害成因及防治

摘要：通过本人在铁路工务施工部门的工作经验累计，重点介绍了铁路隧道在施工和运营中常见病害的种类及造成的危害，分析了各种病害的成因，提出了隧道病害的治理技术和防范措施。

关键词：铁路； 隧道病害； 防治技术； 防范措施

中图分类号：U45 文献标识码：A

隧道是铁路线路穿越山岭的主要途径，在运营中常常会因自然原因出现对隧道安全运营有重要影响和威胁的病害。因此，在隧道规划和设计阶段要对可能出现的病害做出预想，进行规划、合理设计。在施工阶段要采用合理的施工工艺、方法、技术措施，最大限度地提升隧道的工程质量。在隧道运营阶段要加强日常检查，及时发现病害并进行分析病害成因，采用正对性的整治和维护方法。这样，才能保证铁路隧道工程的质量安全、畅通运营。

1.隧道常见的病害种类及成因

隧道病害根据成因的不同，包括水害、衬砌裂损、衬砌腐蚀、隧道冻害等多种。

(1)隧道水害

隧道水害是指在隧道修建和运营过程遇到的水的干扰和危害，是最常见的隧道病害。主要指围岩的地下水和地表水以渗漏或涌出的形式进入隧道内造成的危害。隧道渗漏水对隧道稳定、洞内设施、行车安全、地面建筑和隧道周围环境产生诸多不良影响，降低使用寿命，威胁运营安全。轻则造成洞内空气潮湿，影响施工人员身体健康，机械设备锈蚀，绝缘设备失效，电路短路，漏电伤人；重则导致人员伤害，冲毁洞内机械设备，形成塌方，淹没工作面，中断施工，造成重大经济损失。

造成水害的原因主要有以下几个方面：

隧道开挖对地下水的影响：

①隧道开挖会引起围岩应力的释放和重分布，改变围岩的力学特性及水的泾流路线，造成四周的水向隧道内汇集和积聚，使隧道处于地下水的包围中，给隧道渗漏水创造了条件。

②隧道四周地下水渗流场的改变，进一步引起应力场的不断调整，可能引起的局部应力集中、地层不均匀沉降或滑移面活动都将对隧道结构造成破坏，使得衬砌结构出现裂缝等，形成渗漏水通道，产生渗漏水。

③隧道开挖可能引起的古滑坡复活或新滑坡、或矿产采空区失稳、或大的塌方、或大量失水后的地面沉陷以及地震或人为诱发地震等都会破坏隧道衬砌结构，引起隧道渗漏水病害。

（2）混凝土施工中产生的渗漏水通道：

①混凝土浇筑时水灰比过大，形成开放性毛细泌水管路。

②混凝土拌和物和易性不佳、混凝土质地不够均匀、水泥浆未能与骨料表面很好黏结、未能很好灌满捣实产生疏松层或留下各种外形的缝隙与孔洞，形成透水缝隙。

③衬砌混凝土材料中有杂物，腐烂后形成缝隙或孔洞。在两环混凝土接缝部位，由于挡头板未拆除干净，腐烂后形成缝隙而漏水；④“三缝”处理不当，产生漏水缝隙；⑤防水板安装不规范，未处理好防水板的接缝和破损部位，导致渗水，排水管路堵塞。

（2）衬砌裂损

隧道衬砌是承受地层压力、防止围岩变形坍落的工程主体建筑物。地层压力的大小，主要取决于工程地质、水文地质条件和围岩的物理力学特性，同时与施工方法、支护衬砌是否及时和工程质量的好坏等因素有关。由于形变压力作用、松动压力作用、地层沿隧道纵向分布及力学性态的不均匀作用、温度和收缩应力作用、围岩膨胀性或冻胀性压力作用、腐蚀性介质作用、施工中人为因素、运营车辆的循环荷载作用等，使隧道衬砌结构物产生裂缝和变形，统称为隧道衬砌裂损病害。衬砌裂损是隧道病害的主要形式，隧道衬砌裂损破坏了隧道结构的稳定性，降低了衬砌结构的安全可靠性，影响隧道的正常使用，甚至危及行车安全。衬砌裂损变形的主要危害有：①降低衬砌结构对同岩的承载能力；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；⑤铺底和仰拱破损，基床翻浆、线路变形。

（3）衬砌腐蚀

衬砌背后的腐蚀性环境水，容易沿衬砌的毛细孔、工作缝、变形缝及其他孔洞渗流到衬砌内侧，成为隧道渗漏水，对衬砌混凝土和砌石、灰缝产生物理性或化学性的侵蚀作用，造成衬砌腐蚀。隧道衬砌腐蚀分为物理蚀和化学性腐蚀两类。隧道衬砌腐蚀使混凝土变酥松，强度下降，降低衬砌的承载能力，还会导致钢轨及扣件腐蚀，缩短使用寿命，危及行车安全。产生腐蚀的3个要素：①腐蚀介质的存在；②易腐蚀物质的存在；③地下水的存在且具有活动性。

（4）隧道冻害

隧道冻害是寒冷地区的隧道内水流和围岩积水冻结，引起的影响隧道安全运营和附属物正常使用的各种危害。隧道冻害会导致衬砌冻裂开胀，甚至疏松剥落，造成隧道衬砌结构的失稳破坏，降低衬砌结构的安全可靠性，严重影响运输安全。常见的隧道冻害种类有：隧道拱部挂冰、边墙结冰、洞内网线设备挂冰、围岩冻胀、衬砌胀裂、隧底冰椎、水沟冰塞、线路冻起等。冻害形成的主要原因有：寒冷气温的作用；季节冻结圈的形成；隧道在设计和施工时，对防冻问题没有考虑或考虑不周，造成衬砌防水能力不足；洞内排水设施埋深不够、治水措施不当，都会造成和加重运营阶段隧道的冻害。

2.隧道病害的防治措施

常用的整治隧道水害的方法

①注浆堵水；②向衬砌背后围岩注浆；③向衬砌内部注浆；④向基底注浆；⑤增设内防水层。内防水层虽然不能阻止水流进入衬砌内，但可阻止水流进入隧道内。增设内防水层的方式有3种：①刷涂；②刮压；③喷涂。

（2）衬砌裂损病害整治措施

裂缝整修，衬砌背后空洞压浆，底版的稳定处理，换拱、换边墙。

（3）隧道衬砌防腐蚀措施

主要从搞好勘测设计着手，掌握隧道工程地质和水文地质资料，查明环境水含侵蚀性介质的来源和成分，在正确判定其对衬砌混凝土侵蚀的程度的基础上，因地制宜地采取防治措施。针对隧道腐蚀产生的原因和条件。目前，对隧道侵蚀采取的防治措施主要有以下几种：①提高衬砌的密实度和整体性；②外掺加料法；③选用耐侵蚀水泥；④加强衬砌外排水措施；⑤使用密实的与混凝土不起化学作用的材料，在衬砌外表面做隔离防水层；⑥采用与侵蚀性环境水不起化学反应的天然石料砌筑衬砌；⑦向衬砌背后压注防蚀浆液；⑧使用防腐蚀混凝土。

（4）隧道冻害的防治

基本措施是综合治水、更换土壤、保温防冻、结构加强、防止融坍等，可根据实际情况综合运用。

3.结论

隧道病害是非常普遍的现象，其原因是多方面的，既有地质、环境方面的客观因素；也有施工、设计方面的人为因素。隧道病害一方面大大恶化了施工条件和铁路运营条件，另一方面直接威胁到隧道的结构和运营安全。隧道病害的整治必须各种技术综合运用，提高隧道修建的技术水平；治理的时机应选择在施工期进行，要坚持“一次根治、不留后患”的治理原则。