摘要：为解决严寒地区山岭隧道素混凝土衬砌段，在冬季冬融期间，因衬砌背后空洞积水结冰，发生衬砌混凝土冻胀开裂和掉块等病害问题，本文提出采用波纹板套衬的新施工技术，对隧道衬砌进行永久补强，具有消除并根治病害的作用，实践证明该项技术在隧道病害整治中具备全面推广使用的特点。
关键词：严寒地区；山岭隧道；衬砌补强；波纹套衬
The Reinforcement Technique of Mountain Tunnel in Cold Region
WANG Chaopeng1，HOU Zhanao2，CHEN Wenchao2，LI Yan2
（1.The 2nd Engineering Co.，Ltd. of China Railway Tunnel Group，Sanhe 065201，Hebei，China；
2.The 1nd Engineering Co.，Ltd. of China Railway Tunnel Group，401121，Chongqing，China）
Abstract：In order to solve the frost and thaw of the lining concrete in mountain tunnel in cold region because of the water in cavity behind the lining is frozen in during the freezing and thawing period. This paper presents a new construction technique to reinforce tunnel lining with corrugated plates and removed dangers，and the engineering practice shows that new technique widely used in diseases remedial engineering.
Key words：cold region；mountain tunnel；reinforce tunnel lining；corrugated plates lining
0 引言
近年来，随着我国西部和东北公路、铁路、隧道等交通基础设施的建设，工程向高海拔地区和寒冷地区延伸。在严寒气候条件下，隧道极易发生衬砌漏水、衬砌变形、挂冰、路面冒水、开裂、剥落等各种各样的冻害现象[1-2]。寒冷地区的隧道施工成为我国工程建设不可避免的问题，而且隧道冻害往往会造成严重的后果。隧道波纹板套衬是铁路营业线隧道病害整治的重要施工技术。苏宁[3-4]等波纹板的截面属性和力学特性进行了研究分析。对铁路隧道在长时间运营后、维护保养不到位、以及前期隧道设计施工的缺陷和施工技术条件的限制，在运营过程中会出现不同类型和不同严重程度的病害。铁路营业线隧道病害整治受施工环境、天窗时间和施工条件等影响，对隧道病害整治技术的安全性、操作性和可靠性要求较高。隧道波纹板套衬技术是在保障既有衬砌混凝土和防排水系统不被破坏的条件下对既有病害进行整治的技术，相对常规的破坏衬砌混凝土、防水板等治标不治本，甚至加重病害的整治技术，有着明显优势。
本文依托某个山岭隧道的波纹板套衬施工，介绍了一种严寒地区防止山岭隧道冻胀开裂掉块整治的新工艺、新方法—“钢板套衬+化学锚栓+锁脚锚杆联合加固，并在衬砌间预留5cm空间充填保温材料增加保温防冻能力”的整治方案。
1 设计方案
隧道“装配式波纹板加固技术”即隧道套衬，为既有衬砌混凝土表面处理（打磨、涂刷等），安装、定位波纹钢板，自发泡聚氨酯保温材料填充衬砌混凝土与波纹钢板之间间隙（保温层厚度5cm），从而达到对衬砌混凝土及背后排水设施进行保温和加固的施工工艺。
套衬波纹板间采用法兰对接型，镀锌波纹板参数及指标：波高110mm、波宽300mm，板厚6mm，材质采用Q345冷轧镀锌钢板，板面采用热浸锌工艺，锌层厚不小于84μm，板片四周焊接连接法兰（与波纹板同材质，环向法兰厚7mm，纵向法兰厚10mm），板块间采用M24高强螺栓连接，板片与既有衬砌混凝土间采用M20镀锌化学锚栓+锚固胶进行固定。按照单块板重控制在200kg原则，尺寸拟定纵宽0.954m×环长2～3m；套衬波纹钢板与二次衬砌之间设置保温层，采用硬质聚氨酯泡沫材料，聚氨酯保温材料采用现场灌注自发泡方式进行施工，保温板成型后抗压强度不小于180kPa，导热系数不大于0.024W/（m·K），吸水率不大于3%（闭孔率90%以上），碳化防火、阻燃、耐高温，燃烧等级为B1，高温下不产生有害气体。套衬安装成型示意图见图1.
图1 套衬波纹板安装成型示意图
2施工机具
因既有线施工，材料、机具除个别综合洞室可储存外，多余施工所用工器具和物料需在天窗时间内运输至作业点，即利用既有线轨道为运输线，制作特殊运输工具：叉车、平板推车与电瓶车。
作业平台采用门式脚手架，尺寸有两种，分别为长×宽×高=180cm×121.9cm×193cm和长×宽×高=180cm×121.9cm×91.4cm（承载3.5KN/m2）。
套衬单片波纹板最重的约266kg，因隧道内既有设备及管线的影响，要将266kg的波纹板提升约8.5m高，则需要特制提升设备，即波纹板提升滑道。
3施工工艺原理及工艺流程
3.1工艺原理
隧道套衬施工工艺原理主要是以下五点：一是利用轨道平板车将波纹板、聚氨酯等施工材料、工具运输至作业面进行存储和使用；二是采用自行设计的与营业线断面相匹配的门式脚手架作为施工平台；三是通过自制的拱架滑道、化学锚栓、高强螺栓逐片逐环安装固定波纹板；四是利用预波纹板上留好的发泡孔，将衬砌混凝土与波纹板之间的间隙填充聚氨酯保温材料；五是使用自制轨道电瓶车将混凝土从洞外运输至作业面。
3.2工艺流程
套衬施工工艺流程如下：拆移和更换照明线、G网线、电力电缆线等设施—波纹板储存及运输—镀锌波纹板安装（首环波纹板拼装、后续每环波纹板拼装）—锁脚锚杆施工—化学锚栓施工—施工断缝及综合洞室—自发泡聚氨酯保温材料施工—套衬基础混凝土施工—恢复既有线路及设施。
工艺流程中最主要，也是最能提高工作效率的是镀锌波纹板安装（首环波纹板拼装、后续每环波纹板拼装）。主要分为以四步：
1、测量定位
测量组使用全站仪通过隧道轨距、内轨标高确定平面坐标系及高程坐标，并通过尺量既有结构物进行反算复核，建立施工坐标系。再根据波纹板片的分块、孔位布置及每个作业面首环起始里程等，放出每环波纹板环向端头断面线和底部波纹板底沿标高。
2、施工作业平台搭设
施工作业平台采用门式脚手架搭设，脚手架架片与轨道间用宽15cm木板隔挡，一方面防止架片与轨道间搭铁，另一方面保证运输车通过时，架片之间间距满足车辆宽度要求。脚手架顶部作业平台四周利用斜撑做为防护围挡。
3、首环波纹板拼装
为保证安装后的稳定性、板片位置尺寸的精确度，安装前需提前施做首环底部锁脚锚杆、整环化学锚栓和固定横担化学锚栓（安装前使用拉拔仪检测化学锚栓承载力是否大于2.0KN）。
采用挂线法确定首环波纹板环向起始断面（测量组提前在衬砌表面整环进行标记），人工拼装由钢管和钢筋组成的拱形桁架滑道，滑道节与节之间采用承插式连接，螺栓固定。在滑道与门式脚手架接触位置使用铁丝绑扎固定。人工通过布设在滑道外侧的麻绳，将波纹板顺滑道牵引至安装位置。
人工将底部第一块波纹板送至安装位置，化学锚栓上套5cm长限位管，板片穿过化学锚栓，板片底与测量标高线重合，环向边与起始断面线重合，定位准确后将波纹板推至与限位管贴紧，紧锢化学锚栓和锁脚锚杆螺母。第二块波纹板送至滑道，紧贴滑道表面，牵引挂钩与波纹板螺栓孔相连，通过人工提升波纹钢板至安装部位，人工或千斤顶托举波纹板进行孔位对接，待孔位对接准确后穿M24高强螺栓，梅花扳手初拧固定。
通过以上方式提升，板片由一侧向另一侧依次安装成环后，检查纵向、环向接头部位，确保无翘边、错台、板缝交错分布无通缝、标高符合要求后（精调板片），使用定扭扳手（显数据扭力扳手）对所有连接螺栓进行紧锢。
为保证当晚天窗内安装完成的首环波纹板不影响次日列车运营安全，首环安装施工增设波纹板片横担，沿线路方向背在已安装完成的波纹板上，每环5根（布置在起拱线、拱腰、拱顶），利用定位好的化学锚栓，蝴蝶卡固定。
4、后续每环波纹板
仍由滑道提升至安装部位，按两侧向拱顶中间拼装工艺，化学锚栓、锚杆待板片安装完成后及时施做。连接螺栓及化学锚栓性能指标与首环相同，检测方式一致。
4施工质量控制关键点
1、套衬螺栓扭力控制。购置扭力扳手，派现场技术员，每班进行抽查检测，确保连接波纹钢板的螺栓扭力达标，同时每天窗内形成详细记录，同时涂抹防松胶，防止螺栓脱落。
2、材料质量控制。由试验负责人定期对发泡作业队的发泡材料、进场波纹钢板、钢筋、螺栓等进行抽检，并委托有专业检测资质的检测单位检测，确保材料施工质量合格达标，同时现场做好发泡质量监控。
3、套衬混凝土基础质量控制。由试验员每天窗内对套衬使用的混凝土进行抽查并制作试块，委托有专业检测资质的检测单位检测，确保混凝土施工质量合格达标。
5 结语
严寒地区山岭隧道衬砌采用波纹板套衬补强，现场浇筑发泡保温材料保温效果比较好，保温效果明显，可以有效防止衬砌背后地下水冻结。通过对该山岭隧道套衬施工后安装在隧道内的测温仪的采集的数据分析表明：套衬注入保温材料后，混凝土衬砌表面温度提高5~10℃，气温-15~-22℃时，混凝土衬砌表面温度+2.3~-3.8℃；混凝土衬砌背后温度基本为正温，维持在+1~+5℃（极个别点最低时-1~+1℃）；入岩30cm全部为正温，维持在+1~+8℃。可有效地防止衬砌混凝土冻胀开裂、掉块，后期维护量很少，降低运营维护成本，是对严寒地区隧道衬砌开裂、掉块，永久补强措施，具有消除并根治病害的作用。
参考文献
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[3]苏宁，韩静涛.波纹板截面属性的计算方法[J].锻压技术，2016，41（11）：164-168.
[4]郑宇宁，邱志平，苑凯华.复合材料波纹板在剪切载荷下的屈曲特性分析与可靠性优化[J].振动与冲击，2016，35（19）：7-14+25.
论文作者:王超朋1,李岩2,侯占鳌2,吕晓聪2
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第5期
论文发表时间:2018/7/6
标签：波纹论文; 隧道论文; 混凝土论文; 滑道论文; 螺栓论文; 病害论文; 作业论文; 《建筑学研究前沿》2018年第5期论文;