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铁路涵洞病害及其治理措施
作者：温先划
来源：《商情》2017年第36期
【摘要】涵洞是铁路在建造施工过程中所采用的重要构造物，一般需要横跨过铁路的路基，在铁路下方作为灌溉、排洪以及人行通道。本文对目前铁路施工过程中容易引起涵洞病害的原因进行了系统性的梳理和归纳，总结出几点在铁路施工过程中极易出现的技术问题以及容易被人忽视的方向，并从涵洞病害治理的角度出发，给出施工技术方面的措施和建议。 【关键词】变强开裂 活载土压力 盖板加固 钢花管注浆
目前的铁路施工中，最为常见的铁路涵洞有盖板涵和圆涵等几种不同的涵洞模式。其中盖板涵由底板、侧板、盖板三个部分组成；圆涵与盖板涵不同，一般使用钢筋混凝土预制而成。在现实使用的过程中铁路涵洞往往会由于自然原因、设计疏忽或者是铁路需求的不断提高，而出现一些列病害问题，严重影响铁路运行的安全陛，需要引起相应的重视。 一、铁路涵洞病害分析 （一）自然环境造成的涵洞病害
自然环境对于铁路施工工程的影响属于不可抗力，其主要包含气象条件和地质条件两个方面。一般来说为了节省工时，提升施工效率，铁路涵洞施工往往就地取材，选择已经初具雏形的沟谷作为施工地点，展开施工。但是这类位置中，地形地貌环境都十分复杂，对于地基处理的要求就更高。在地基处理时一旦忽略了深层勘探，往往就会造成地基不稳，出现涵洞病害。例如在地基施工的过程中，仅考虑到地基表层土质分布均匀，却未考虑到下层存在大面积坑陷甚至洞穴，就会造成地基的不牢固；此外，恶劣的天气情况也会对铁路涵洞的施工造成影响。例如在雨季时大规模的降水，在缺乏排水设施的施工环境中很容易出现水土流失导致地基暴露，造成涵洞病害。
（二）设计方案造成的涵洞危害
如果说自然灾害属于不可抗力的“天灾”，那么施工设计方案的疏忽大意就是责任不可推卸的“人祸”。以圆涵设计为例，现阶段的铁路涵洞施工中，施工设计团队往往会按部就班地选择已经成熟并且具有借鉴意义的顶管施工方式开展施工。但是顶管施工方式需要进行整体基础的考量，通过整体式基础，将顶管安置在隧道坑上，且预制好的千斤顶要在预先修好的后背进行。因此可以获知，顶管对于后背的位移会变得十分敏感，当施工设计团队无视施工环境和自然条件，盲目选择顶管方式，就会出现后背无法承受地基变化，从而产生位移，在实践过程中，后背微小的位移都会施加给千斤顶巨大的应力，从而造成圆涵出现严重的开裂。 （三）施工年限造成的涵洞危害
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随着时代的发展，铁路运输对于铁路工程的质量要求也逐渐有所提高。以宝成铁路某路段为例，该路段建成于1960年代，受到当时行车密度、速度的影响，设计施工的荷载标准低、防护措施少，且施工质量较差。在多次列车提速的过程中，该路段已经逐渐无法满足列车密度和车速的要求，出现了大规模的涵洞开裂现象。 二、铁路涵洞加固技术 （一）盖板涵加固
对于已经出现的涵洞开裂病害，盖板涵的加固方法首先要从处理裂缝入手。鉴于普通盖板涵的施工原料为混凝土结构，涵体开裂使得钢筋暴露于空气之中，因此在保持原结构的基础上，还要进行防腐蚀处理。本文针对裂缝较小的病害位置采用了传统的注射封闭工艺，利用低压环氧树脂胶实现裸露钢筋与空气隔离，效果理想。此外，针对开裂病害中的灰缝脱落现象，盖板涵加固则需要展开边墙加固的施工。对于盖板涵中常见的浆砌片石涵台，可以采用小孔注浆的方式进行加固，以增加其整体性和稳定性。对于涵洞地基，一般有换土复填、粉喷桩、花管注浆等施工工艺可供选择。在多年实践总结中，这几种方法效果最为显著。 （二）圆涵加固
对于圆涵涵洞来说，出现的涵洞开裂病害往往是由于主管道壁出现了问题。为了防止管道壁受到地基沉降的严重影响出现过高的拉应力，一般采用钢模浇筑的方法进行钢筋混凝土的补强。从而在原结构的基础上，构建起新的受力结构。其具体的施工手段为：首先对于出现开裂病害的部分进行修补，修补完成后需要将筋钢作为主要受力材料植入到原拱圈的15cm深度以内，并按照涵长所指向的方向进行筋钢的并排布置，保证间隔。为了构建结构，还需要加设一层钢筋网，并采用小骨料振捣后的混凝土进行浇筑，保证混凝土的自密实。最后设置新的沉降缝，一旦发生钢筋的二次断裂，可以由沉降缝作为主要受力点进行受力，保证与原受力点间受力均衡。
（三）钢花管注浆
钢花管注浆技术是目前各类涵洞加固技术当中所普遍采取并应用的主流技术，它通过反复注浆的工艺手法使得涵洞的受力层次更加丰富，进一步避免了地基沉降、涵洞开裂所造成的重大影响。其具体措施为：进行图纸设计，图纸内容要能够清晰明确地表述施工环境特征和施工位置。根据图纸开始进行钻孔，并在钻孔位置预埋长度在10m左右的钢花管，并保证钢花管强度，同时预留2m左右的不注浆段。将压浆头设备安装在钢花管的顶部，进行钢花管的内壁清洗，避免土地在钢花管内部填充入不必要的泥浆。清洗完成后需要使用水泥砂浆进行管体封堵，再从未封堵的钢花管底部插入一条洗孔水管喷头，利用高压冲洗疏通钢花管内部。将压浆头的压强设置在0.5MPa，使用纯水泥浆进行额定量注浆，并通过闸刀进行闷浆，再对钢花管采用高压水冲洗，反复注浆达到5-6次，当满足注浆需求时，方可停止注浆工作。
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三、结论
目前铁路工程中最为困扰的是铁路涵洞的涵身开裂，无论是横向开裂还是纵向开裂，最终都会导致涵台在砌体以及灰缝等位置出现大面积的渗水，使涵洞承载力迅速下降，最终发生坍塌造成安全危害。究其原因，主要是自然环境、设计方案以及施工年限等三个方面的问题。针对开裂病害，需要通过专业的加固施工来改变原涵洞的受力结构，实现病害治理。