趙風嶺 張奇

1.中國鐵路北京局集團有限公司工程質(zhì)量監(jiān)督站，北京 100860；2.中鐵十六局集團有限公司，北京 100018

鐵路隧道二次襯砌作為重要支護結(jié)構(gòu)，其質(zhì)量直接影響到隧道整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和后續(xù)的正常運營，提高隧道二次襯砌施工質(zhì)量至關重要。

國內(nèi)一些學者對隧道二次襯砌檢測和質(zhì)量控制開展了相關研究。劉宗輝等［1］結(jié)合電磁波在隧道二次襯砌中的傳播規(guī)律，通過模擬分析提出一種根據(jù)反射系數(shù)序列頻譜估算二次襯砌厚度及脫空高度的反演方法。陳英福等［2］采用探地雷達對一高速鐵路隧道二次襯砌進行檢測，基于荷載-結(jié)構(gòu)法對二次襯砌存在的缺陷進行了分析，計算了不同缺陷程度下的安全系數(shù)。蘇卿［3］采用探地雷達對重慶一公路隧道二次襯砌混凝土進行了檢測，根據(jù)其遭受病害的程度進行了劣化等級評定。竇順等［4］采用模態(tài)分析法對隧道二次襯砌脫空程度進行判定，為聲振法在二次襯砌質(zhì)量檢測中的運用提供了理論依據(jù)。衛(wèi)敏等［5］采用專用激振裝置，以智能手機為數(shù)據(jù)采集、處理和分析平臺，研發(fā)了隧道襯砌敲擊法檢測技術。尹濤等［6］基于探地雷達技術對檢測結(jié)果進行F-K偏移處理，一定程度上還原了缺陷的實際形態(tài)，有效降低了二次襯砌缺陷解譯難度和檢測的誤判率。黃雄軍［7］針對隧道二次襯砌質(zhì)量問題，對二次襯砌拉壓極限強度進行研究，提出了二次襯砌安全評價方法。董武［8］采用數(shù)值模擬方法對富水區(qū)隧道二次襯砌混凝土施工冷縫引起的質(zhì)量破壞進行研究，分析了富水環(huán)境下二次襯砌的劣化機理。這些研究對于改善隧道二次襯砌質(zhì)量具有重要意義。

本文針對太子城—錫林浩特鐵路太子城至崇禮段（簡稱太錫鐵路太崇段）崇禮隧道出口段施工質(zhì)量檢測中發(fā)現(xiàn)的問題進行成因分析，根據(jù)各因素影響程度提出改進措施，并通過現(xiàn)場實測驗證其改進效果。

1 工程概況

太錫鐵路太崇段位于河北省張家口市崇禮區(qū)境內(nèi)，大致呈南北走向，全長15.865 km。共2座隧道（崇禮隧道、和平隧道），均為設計時速160 km的單線隧道，總長14.434 km。隧道斷面較?。▓D1），軌面以上凈空橫斷面面積為42.06 m2。

圖1 崇禮隧道斷面尺寸（單位：cm）

崇禮隧道總長5.490 km，其中Ⅲ級、Ⅳ級、Ⅴ級圍巖段長度分別為2.223、2.023、1.244 km。崇禮隧道出口段從上至下依次為新黃土、卵石土、斜長片麻巖，巖土較破碎，圍巖穩(wěn)定性極差，主要為Ⅳ級圍巖。出口段地表植被發(fā)育，自然坡度8°～15°。隧道拱頂至地表約23 m。該段地下水主要為第四系孔隙潛水及基巖裂隙水。

2 二次襯砌檢測標準及施工現(xiàn)狀調(diào)查

2.1 檢測標準

二次襯砌厚度檢測在混凝土澆筑完成并滿足齡期要求后進行。崇禮隧道出口段二次襯砌厚度檢測主要采用地質(zhì)雷達法，即以寬頻帶短脈沖的形式，從地面通過900 MHz天線發(fā)射主頻75 MHz的電磁波至地下，經(jīng)地下目標體或地層界面反射回到地面，被雷達天線接收。根據(jù)電磁波在介質(zhì)中的速度和雙程旅時計算襯砌厚度。各級圍巖不同部位混凝土設計厚度見表1。檢測厚度達到設計厚度為合格。

表1 各級圍巖不同部位混凝土設計厚度 cm

2.2 現(xiàn)場檢測結(jié)果

對崇禮隧道DK62+310—DK62+710段二次襯砌厚度檢測了200處，共有48處不合格，檢測結(jié)果見表2。其中，5處脫空，43處厚度不足。按缺陷所在部位劃分，拱頂左側(cè)13處，拱頂右側(cè)14處，拱腰中線（左右均包括）上方12處，拱腰中線下方9處。拱腰中線距隧道內(nèi)軌頂面2.8 m。拱頂及拱腰缺陷位置見圖2。

表2 DK62+310—DK62+710段二次襯砌厚度檢測結(jié)果

圖2 拱頂及拱腰缺陷位置示意（單位：cm）

3 二次襯砌厚度不足原因分析及改進措施

3.1 原因分析

通過對隧道施工段二次襯砌厚度進行檢測，發(fā)現(xiàn)檢測合格率僅為73.5%。對缺陷部位二次襯砌厚度不足的原因進行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)主要原因為二次襯砌臺車組裝及定位不準確、支護結(jié)構(gòu)防水板背后脫空、掌子面欠挖、初期支護不平整導致欠挖、混凝土質(zhì)量不良等。各因素在總體質(zhì)量問題中的占比分別為0.05%、9.40%、3.80%、81.15%、5.60%?？梢姡跗谥ёo不平整導致的欠挖是影響二次襯砌厚度不足的主要原因。

從人員、機械、物料、施工方法、施工環(huán)境、測量方式六個方面分析隧道初期支護不平整的誘因，結(jié)果見圖3。

圖3 初期支護不平整的誘因

3.2 改進措施

針對各種誘因分別采取改進措施。①人員：施工前進行技術交底，作業(yè)人員了解施工質(zhì)量要求，掌子面鉆爆開挖時打孔位置及裝藥量嚴格按設計要求進行。②機械：采用新的濕噴機械手。③物料：嚴格控制混凝土工作性能，保證混凝土噴射均勻。④施工方法：對施工人員定期進行培訓，使其熟練掌握各道工序，并嚴格按照設計要求進行。⑤施工環(huán)境：隧道內(nèi)補充照明設備，保證照明完全滿足正常施工要求。⑥測量方法：初期支護斷面采用光電斷面掃描儀測量時測點間距較大，數(shù)據(jù)處理復雜，對斷面超（欠）挖的測量精度較低，因此現(xiàn)場改用更高精度的測量儀器。

3.3 斷面復測方式優(yōu)化

三維激光掃描儀、光電斷面掃描儀性能對比見表3。

表3 兩種掃描儀性能對比

從表3可以看出，三維激光掃描儀具有精度高、測量快的優(yōu)點。經(jīng)對比、分析和測試發(fā)現(xiàn)：①三維激光掃描儀可一站掃描60 m，大大提高工作效率，而光電斷面掃描儀測一個斷面就需架設一次工作站，施工速率慢。②所需人員較少，有效節(jié)約成本。③三維激光掃描儀數(shù)據(jù)可批處理，可設定斷面間隔，展示斷面超（欠）挖分析圖，而光電斷面掃描儀只能展示單個斷面圖。④三維激光掃描儀測點間距較小，采用三角網(wǎng)算法處理斷面數(shù)據(jù)，計算的面積比較準確；光電斷面掃描儀采用平滑算法處理斷面數(shù)據(jù)，當測點間距過大時掃描面積與實際面積相差較大。⑤三維激光掃描儀采集所得的點云數(shù)據(jù)較密集，數(shù)據(jù)隨機性較?。欢捎霉怆姅嗝鎾呙鑳x采集數(shù)據(jù)時測點間距過大，導致所采集的數(shù)據(jù)存在一定偶然性。

結(jié)合兩種掃描儀的工作性能和工程現(xiàn)場實際情況，決定采用三維激光掃描儀代替光電斷面掃描儀。二次襯砌混凝土澆筑前，采用三維激光掃描儀測量初期支護斷面，測量結(jié)果及時校驗，對欠挖部位精準鑿除，然后進行復測，直至該斷面無欠挖部位方可澆筑。

4 現(xiàn)場實施效果

通過對隧道初期支護不平整的6種誘因采取相應的改進措施后，2020年10月對DK62+720—DK62+840段隧道二次襯砌厚度檢測60次，結(jié)果見表4。僅有4處脫空，2處厚度不足。拱頂左側(cè)全部全格。

表4 DK62+720—DK62+840段二次襯砌厚度檢測結(jié)果

通過現(xiàn)場嚴格把控施工質(zhì)量，每周定期對檢測情況進行總結(jié)，隧道二次襯砌厚度檢測合格率由78.0%提高到96.7%。隧道二次襯砌厚度不足在總質(zhì)量缺陷中的占比由89.5%降到33.3%，由主要問題變成了一般問題。

5 結(jié)語

對太錫鐵路太崇段崇禮隧道質(zhì)量檢測發(fā)現(xiàn)的二次襯砌厚度不足、背后脫空、混凝土不密實等問題進行了分析，發(fā)現(xiàn)二次襯砌厚度不足主要因初期支護不平整引起，而導致初期支護不平整的重要原因是初期支護斷面檢測間距較大。因此，建議二次襯砌混凝土澆筑前采用三維激光掃描儀代替光電斷面掃描儀測量初期支護斷面，對發(fā)現(xiàn)的欠挖部位精準鑿除后復測，直至該斷面無欠挖部位方可澆筑。

通過現(xiàn)場檢測，采取措施后二次襯砌厚度檢測合格率由78.0%提升至96.7%。該措施有效可行，可供以后鐵路隧道二次襯砌質(zhì)量控制借鑒。