【摘要】介紹了隧道襯砌的常見(jiàn)質(zhì)量缺陷，并舉例分析了數(shù)次襯砌病害的成因。為規(guī)避襯砌質(zhì)量誘發(fā)鐵路安全事故，提出控制混凝土質(zhì)量、優(yōu)化澆筑工藝、重視養(yǎng)護(hù)作業(yè)、實(shí)施質(zhì)量檢測(cè)、創(chuàng)建質(zhì)量保障體系等針對(duì)性措施。

【關(guān)鍵詞】鐵路隧道； 質(zhì)量缺陷； 成因分析； 預(yù)防措施

【中圖分類(lèi)號(hào)】U457+.2【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

［定稿日期］2022-11-15

［基金項(xiàng)目］蜀道投資集團(tuán)科技計(jì)劃（項(xiàng)目編號(hào)：SDTL2022YB009）

［作者簡(jiǎn)介］李瑞林（1980—），男，本科，高級(jí)工程師，主要從事鐵路項(xiàng)目建設(shè)管理、鐵路隧道、橋梁工程技術(shù)及科研工作。

0 引言

截止2021年底，中國(guó)鐵路營(yíng)業(yè)里程突破150 000 km，投入運(yùn)營(yíng)的隧道17 532座，總長(zhǎng)21 055 km［1］。列車(chē)運(yùn)行需要安全穩(wěn)定的環(huán)境，襯砌作為隧道結(jié)構(gòu)的重要承載部分，其施工質(zhì)量是影響隧道運(yùn)營(yíng)安全的關(guān)鍵因素。隨著高速鐵路的發(fā)展，隧道的長(zhǎng)度、跨度及埋深被不斷刷新，襯砌質(zhì)量缺陷的危害進(jìn)一步增加。有鑒于此，總結(jié)鐵路隧道常見(jiàn)的襯砌質(zhì)量缺陷成因及預(yù)防措施具有非常重要的實(shí)用價(jià)值，本文歸納了常見(jiàn)襯砌質(zhì)量缺陷類(lèi)型，并對(duì)近年來(lái)發(fā)生的襯砌質(zhì)量事故成因進(jìn)行分析，提出合理的預(yù)防措施，以期提高隧道襯砌的施工質(zhì)量。

1 隧道常見(jiàn)的襯砌質(zhì)量缺陷

目前，隧道襯砌質(zhì)量缺陷的描述并不統(tǒng)一，筆者根據(jù)隧道施工經(jīng)驗(yàn)，并與檢測(cè)單位、設(shè)計(jì)單位、施工單位交流討論，歸納了圖1所示的7種常見(jiàn)鐵路隧道襯砌結(jié)構(gòu)質(zhì)量缺陷［2-3］。

（1）襯砌不密實(shí)。該類(lèi)質(zhì)量缺陷主要表現(xiàn)為襯砌混凝土內(nèi)部存在大量的孔隙、氣孔等，形成蜂窩結(jié)構(gòu)。此外，二襯與初支之間填充虛渣會(huì)導(dǎo)致襯砌背后不密實(shí)。

（2）襯砌厚度不足。是指厚度不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，但二襯與初支間、二襯與防水板之間并不存在縫隙或空洞，襯砌混凝土強(qiáng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

（3）襯砌背后脫空。指二襯背后存在空洞、縫隙等，形成空腔。脫空缺陷可能出現(xiàn)在襯砌的任何部位，一般多發(fā)生在拱頂和拱腰部位。

（4）襯砌強(qiáng)度不足。指隧道二襯混凝土強(qiáng)度比設(shè)計(jì)s低，屬隱蔽型襯砌質(zhì)量缺陷，多與混凝土原材料質(zhì)量差和澆筑工藝差有關(guān)。

（5）襯砌蜂窩麻面。蜂窩指襯砌內(nèi)部出現(xiàn)酥松，石子間形成類(lèi)似蜂窩狀的空隙。麻面指襯砌表面出現(xiàn)小凹槽和麻點(diǎn)形成粗糙面。

（6）襯砌局部裂縫。是指隧道襯砌表面局部出現(xiàn)裂紋。根據(jù)走向可分為環(huán)向裂縫和縱向裂縫，根據(jù)成因可分為荷載裂縫和非荷載裂縫。嚴(yán)重的襯砌表面裂縫將會(huì)導(dǎo)致襯砌掉塊、剝落。

（7）襯砌滲漏水。滲漏水一般發(fā)生在施工縫、變形縫以及裂紋發(fā)生部位，表現(xiàn)為襯砌表面濕漬或有水流出，是襯砌質(zhì)量缺陷的綜合反映。

2 隧道襯砌質(zhì)量事故案例及原因分析

隧道服役過(guò)程中，襯砌質(zhì)量缺陷可能會(huì)引起掉塊、突水等事故［4～5］，干擾正常行車(chē)秩序，甚至?xí)?dǎo)致行車(chē)中斷。

2.1 襯砌脫空影響行車(chē)秩序

某工務(wù)段在天窗期間對(duì)隧道邊墻滲漏水進(jìn)行整治，在滲漏水地點(diǎn)前后段檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)隧道拱頂接觸網(wǎng)支架附近有1個(gè)直徑6 cm的小洞，敲開(kāi)襯砌小洞混凝土后發(fā)現(xiàn)，隧道二襯背后沿線(xiàn)路方向1.2 m，垂直線(xiàn)路環(huán)向1.1 m為空洞狀態(tài)，空洞處二襯混凝土最薄僅8 cm，遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)厚度35 cm，空洞最大深度為34 cm。如圖2所示，空洞內(nèi)可見(jiàn)防水板、鋼筋?？紤]到襯砌背后空洞存在極大的安全隱患，隧道所處段落上、下行高鐵限速至160 km/h，直至襯砌背后空洞區(qū)域整治完畢。

經(jīng)相關(guān)單位的實(shí)地勘察，認(rèn)為隧道襯砌背后空洞的主要原因是：隧道施工過(guò)程中，由于注漿壓力控制不均勻，導(dǎo)致防水板存在空洞，造成二襯混凝土厚度遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)厚度。

2.2 隧道襯砌拱頂?shù)魤K致列車(chē)停運(yùn)

某隧道2015年年底開(kāi)通，隧址區(qū)圍巖等級(jí)為III級(jí)，區(qū)間無(wú)不良地質(zhì)段，襯砌設(shè)計(jì)厚度30 cm。2020年7月30日工作人員在例行檢查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)隧道拱頂有掉塊（圖3），為確保行車(chē)安全，調(diào)度人員下發(fā)封鎖區(qū)間命令，直至襯砌掉塊周邊的松動(dòng)混凝土鑿除干凈。

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，隧道拱部施工時(shí)，模板連接處漏漿，施工單位發(fā)現(xiàn)后，將漏漿處的襯砌表面鑿除并采用水泥砂漿進(jìn)行修補(bǔ)，但修補(bǔ)使用的水泥砂漿強(qiáng)度不足，與二次襯砌的粘結(jié)力較弱。加之隧道內(nèi)濕度大，襯砌長(zhǎng)期受列車(chē)風(fēng)壓、振動(dòng)等不良因素的耦合作用，導(dǎo)致水泥砂漿開(kāi)裂并與襯砌分離，造成表層砂漿掉落。

2.3 隧道襯砌滲漏水

某隧道修建于2001年，全長(zhǎng)1 457 m，圍巖為II級(jí)圍巖，上覆碎石土、砂黏土、黏土，厚0～4 m，下伏灰?guī)r、頁(yè)巖、灰泥巖，局部巖溶發(fā)育，地下水豐富，預(yù)計(jì)隧道涌水量為3 631 m3/d，雨季涌水量為12 710 m3/d。

2019年7月23日，因區(qū)間接觸網(wǎng)跳閘自動(dòng)重合不成功，巡檢人員在檢查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)隧道進(jìn)口70 m范圍內(nèi)的襯砌多處射水（圖4），拱頂襯砌施工縫噴水在承力索上，導(dǎo)致跨中承力索燒斷，總突涌水約16 000 m3，隧道行車(chē)完全中斷。為了減小水流量，搶險(xiǎn)人員在襯砌邊墻處打設(shè)減壓孔并安裝導(dǎo)流板。從減壓孔的揭示情況發(fā)現(xiàn)，隧道邊墻下部襯砌厚度平均80～100 cm，邊墻中部襯砌厚度平均50～60 cm，拱腰襯砌厚度40～50 cm，基本滿(mǎn)足設(shè)計(jì)厚度要求。

事故發(fā)生后的現(xiàn)場(chǎng)勘察表明，造成本次隧道強(qiáng)滲水的主要原因是“連續(xù)強(qiáng)降雨”和“地震影響”，根本原因是襯砌有質(zhì)量缺陷。突涌水前兩個(gè)月內(nèi)，隧道附近共發(fā)生2次地震，分別為6.1級(jí)（震源距隧道173 km）、4.1級(jí)（震源距隧道125 km），導(dǎo)致隧道襯砌背后的巖溶管道相互貫通，改變了原有的排水路徑。加之當(dāng)日強(qiáng)降雨，大量雨水通過(guò)巖溶管道和巖層裂隙下滲匯集到隧道襯砌周?chē)率顾淼辣澈笏惑E升，水壓增大，水流從襯砌中的裂縫、施工縫、變形縫等薄弱部位噴出。

3 隧道襯砌病害的預(yù)防措施

上述襯砌病害事故表明，襯砌質(zhì)量對(duì)隧道的有運(yùn)營(yíng)安全的影響十分突出，尤其是襯砌背后空洞、厚度不足、滲漏水等缺陷，在外界環(huán)境的作用下，含有質(zhì)量缺陷的襯砌極易發(fā)生破壞，出現(xiàn)開(kāi)裂、掉塊、涌水等問(wèn)題，影響行車(chē)秩序，甚至?xí)斐扇藛T傷亡。隧道襯砌質(zhì)量病害具有隱蔽性，施工完成后肉眼難以分辨，一旦引起事故，后果不堪設(shè)想，且運(yùn)營(yíng)后補(bǔ)強(qiáng)、翻修、整治、重建等工作將會(huì)耗費(fèi)巨大的人力、物力、財(cái)力，引起不必要的浪費(fèi)。為此，建議襯砌施工過(guò)程中做好下列幾點(diǎn)，從源頭上杜絕襯砌質(zhì)量缺陷。

（1）嚴(yán)格控制混凝土質(zhì)量。施工現(xiàn)場(chǎng)可制定“多頻率、小批量”的檢驗(yàn)制度，加強(qiáng)對(duì)混凝土原材料檢驗(yàn)，不合格的材料必須清退出場(chǎng)。嚴(yán)格按照配合比拌制混凝土，試驗(yàn)人員對(duì)拌制的混凝土進(jìn)行隨機(jī)抽查，嚴(yán)禁使用流動(dòng)性、和易性不滿(mǎn)足要求的混凝土。

（2）優(yōu)化混凝土澆筑工藝。澆筑時(shí)落實(shí)好“分層逐窗入模”的澆筑工藝，確保澆筑連續(xù)，規(guī)避施工冷縫的出現(xiàn)。澆筑過(guò)程中加強(qiáng)振搗，拱腰以下采取插入式振搗器為主、附著式振搗器為輔的振搗方式；拱頂和鋼筋混凝土區(qū)段，采取附著式振搗器為主、插入式振搗器為輔的振搗方式，避免出現(xiàn)漏振或振搗不足引起混凝土不密實(shí)、局部空洞、強(qiáng)度不足的問(wèn)題。

（3）重視養(yǎng)護(hù)作業(yè)。襯砌澆筑完成后，要精心養(yǎng)護(hù)［6］，為混凝土提供合適的硬化環(huán)境。重視養(yǎng)護(hù)作業(yè)，能有效減少混凝土水化不充分、干縮以及內(nèi)外溫差過(guò)大產(chǎn)生的裂縫，大大提高襯砌強(qiáng)度。

（4）開(kāi)展襯砌質(zhì)量檢測(cè)。每段襯砌混凝土澆筑完畢，端頭模板拆除后，應(yīng)及時(shí)檢查混凝土澆筑質(zhì)量及注漿情況，查看混凝土內(nèi)部有無(wú)空洞。襯砌施工完成200 m后，采取地質(zhì)雷達(dá)等［7-8］無(wú)損檢測(cè)方法對(duì)襯砌質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)于檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題，及時(shí)采取整治措施，避免襯砌“帶病服役”。此外，應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化完善施工工藝和作業(yè)流程，確保后續(xù)襯砌施工質(zhì)量符合要求。

（5）創(chuàng)建質(zhì)量保障體系［9］。除施工工藝的影響外，管理不善也是襯砌質(zhì)量缺陷重要誘因。施工方應(yīng)建立完整的質(zhì)量管理體系，明確職能部門(mén)責(zé)任，專(zhuān)業(yè)班組之間相互配合，嚴(yán)格控制施工過(guò)程，保證各項(xiàng)工藝符合要求，及時(shí)糾正襯砌施工中的不規(guī)范行為。

（6）依托新裝備，推廣新工藝。明確“工裝保工藝，工藝保質(zhì)量”的理念。加強(qiáng)襯砌臺(tái)車(chē)的改良，采用自動(dòng)化、信息化、智能化的襯砌臺(tái)車(chē)裝備。利用機(jī)械化、信息化及智能化等手段，研究開(kāi)發(fā)高效安全的隧道施工裝備，是提高襯砌施工質(zhì)量的必由之路。

4 結(jié)束語(yǔ)

隧道襯砌的施工質(zhì)量關(guān)乎隧道運(yùn)營(yíng)安全，近年來(lái)因襯砌質(zhì)量缺陷引發(fā)的行車(chē)事故也時(shí)有發(fā)生，國(guó)家鐵路總公司已將襯砌質(zhì)量缺陷問(wèn)題納入質(zhì)量安全管理紅線(xiàn)。同時(shí)運(yùn)營(yíng)期間對(duì)襯砌質(zhì)量缺陷進(jìn)行整治將帶來(lái)大量的人力、財(cái)力浪費(fèi)。若想從源頭上杜絕襯砌質(zhì)量問(wèn)題的出現(xiàn)，需要從原材料、澆筑工藝、養(yǎng)護(hù)措施等方面入手，同時(shí)增加質(zhì)量檢測(cè)頻率、建立質(zhì)量保證體系，依托新設(shè)備、新工藝，嚴(yán)格設(shè)計(jì)，精細(xì)施工，仔細(xì)檢查，從而提高襯砌施工質(zhì)量，確保鐵路隧道長(zhǎng)期安全運(yùn)營(yíng)。

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