摘要：本文以铁路隧道质量问题原因分析与防治施工技术为例浅谈隧道质量问题与防治施工技术
关键词： 隧道；质量问题与防治；施工技术
引言：
随着高速铁路和高速公路规模不断扩大，隧道比重也在不断增加，我国是世界上隧道最多的国家，因隧道质量问题引发的事故是比较多的。由于其埋于地下，隧道的质量问题具体隐蔽性、突发性、复杂性、反复性、多样性、严重性这六个特性，造成的后果极为严重，直接影响行车安全和建筑物使用寿命。相关管理部门先后组织施工、设计、科研等单位对发生隧道质量问题的原因进行分析，研究解决措施，制定严格的管理规定。铁路管理部门将铁路隧道施工纳入了“红线”管理，旨在消除质量问题和安全隐患。因此，确保隧道施工质量、防止发生质量问题对隧道工程显得极为重要。现仅以铁路隧道质量问题与防治施工技术为例，结合国内目前施工技术工艺来简单谈谈隧道质量问题与防治施工技术。
1.隧道质量问题的原因分析
1.1初支背后空洞的原因分析
偷工减料是造成这类质量问题的主要原因。主要发生在IV、V、VI级围岩初支有钢拱架地段，洞身开挖存在超挖或在初支混凝土封闭前岩体破碎掉块形成空腔，作业人员为节省施工时间或节省混凝土用量而故意采取一些措施使混凝土与围岩不密贴而形成的空腔，在下一循环喷射混凝土施工过程中又未向上一循环初支回喷混凝土致密实而成的。
1.2初支混凝土厚度和强度不足的原因分析
欠挖是造成初支混凝土厚度不足的主要原因，主要发生在I、II、III级围岩初支没有钢拱架地段，由于欠挖就牺牲初支厚度来保证二衬混凝土厚度，是人为造成的。不按配合比施工和速凝剂不合格是造成初支混凝土强度不足的主要原因。喷射使用的混凝土在配合比设计时需要用一定比例的5～16mm的碎石来提高混凝土强度，为了便于施工和防止堵管，人为减少该级配碎石的用量，增加砂子的用量，增大水灰比，使混凝土强度不足。进场试配时使用的速凝剂质量好，强度比下降比较小，后期大规模进场使用的速凝土质量差，强度比下降较大，造成混凝土强度不足。未按要求采用湿喷工艺也是造成强度不足的一个原因，为了节约成本而改湿喷为干喷，致使混凝土密实性变差而造成混凝土强度不足。
1.3二衬背后脱空的原因分析
初支混凝土面凹凸不平是造成二衬背后脱空的主要原因，主要发生在I、II、III级围岩初支没有钢拱架地段；防水板铺挂太紧，松弛度不够，是造成二衬背后脱空的一个原因；二衬混凝土浇筑时封顶不满也是拱部脱空的一个原因。
1.4二衬混凝土厚度和强度不足的原因分析
欠挖造成初支侵限是二衬混凝土厚度不足的主要原因，主要发生在I、II、III级围岩初支没有钢拱架地段；围岩沉降量大、超过预留沉降量时发生侵限未处理也是二衬混凝土厚度不足的原因，主要发生在V、VI级围岩及膨胀土（岩）地段；防水板铺挂太紧、松弛度不够也是厚度不足的一个原因。在混凝土运输或浇筑过程中加水导致水灰比变大是二衬混凝土强度不足的主要原因，是人为造成的；捣固不到位也是造成混凝土强度不足的一个原因。
1.5仰拱上鼓、开裂、渗水的原因分析
造成仰拱上鼓、开裂的主要原因是欠挖、仰拱几何形状不正确；无仰拱专用腹模与端模，也有仰拱底部虚渣清理不彻底的问题；隧底为膨胀岩（土）也是造成仰拱上鼓的一个原因。造成仰拱渗水的主要原因是施工缝处止水带破损失效和混凝土不密实抗渗能力不足。
1.6二衬混凝土渗水的原因分析
防水板破损是造成二衬混凝土渗水的主要原因，在铺设土工布前对外露的锚杆、管棚等尖锐物未进行切除、磨平而刺破防水板，防水板铺挂时松弛度不够，浇筑混凝土时挤破防水板；防水板焊接不牢、未采用双缝焊也是一个原因。施工缝、变形缝等缝隙部位渗水的主要原因是止水带破损、偏移失效、双组份聚硫密封膏未按设计施做等原因；混凝土抗渗能力不足也是一个原因。
2 隧道质量问题造成的后果和采取的预防措施
2.1初支背后空洞造成的后果和采取的预防措施
初支背后空洞造成洞身空洞处围岩有临空面，与初支不能成为一体，地应力释放得不到阻止，在后续施工过程中和运营后的振动作用下出现岩体掉块滑落，碴体增加造成初支受力增加，使初支失稳，进而不能与二衬共同抵御岩体的应力。
采取的预防措施：1、优化爆破设计及参数，控制超挖；2、及时初喷混凝土封闭开挖轮廓面，阻止地应力释放，防止岩体掉块形成空腔；3、复喷混凝土施工过程中确保复喷混凝土与初喷混凝土密贴不能形成空洞。
2.2 初支混凝土厚度和强度不足造成的后果和采取的预防措施
初支混凝土厚度和强度不足均能造成初支抵抗外力的能力变弱，达不到设计要求的抵抗能力。采取的预防措施：1、严格进行开挖断面的检查验收，防止出现欠挖，保证混凝土厚度；2、严格按照配比合施工，保证混凝土强度；3、使用合格的速凝剂，保证混凝土强度；4、使用湿喷工艺保证混凝土的密实性。
2.3二衬背后脱空造成的后果和采取的预防措施
二衬背后脱空，造成初支和二衬不能成为一体共同抵御围岩应力释放，减弱衬砌抵御围岩应力的能力，进而缩短建筑物使用寿命。预防措施：1、优化爆破设计及参数，控制超挖，使初支面平顺；2、进行基面断面检测，计算出衬砌混凝土外缘缘长，用以指导防水板的铺设，防止铺设的防水板过紧或过松。3、二衬混凝土浇筑封顶时要认真检查，混凝土灌注结束后及时进行带模注浆；4、严格进行二衬带模注浆。
二衬带模注浆施工时应注意的事项：1、铺挂防水板后及时在隧道顶部位置安装纵向注浆管和排气管，固定要牢固，注浆管和排气管采用PVC管；2、通过径向预埋的RPC管预判拱顶衬砌混凝土厚度，观察灌注混凝土时RPC管口溢浆情况；3、混凝土灌注结束后及时进行带模注浆，RPC注浆管管口均溢浆，表时注浆饱满；否则继续进行注浆。
二衬带模注浆的优缺点。优点：能解决拱顶混凝土脱空问题；2、由于及时注浆，浆体与混凝土结合完全，衬砌结构整体性好；3、修复施工间隙及混凝土不密实等缺陷，通过浆体的渗透在防水板的破损处形成“蘑菇”型栓塞，具有止水功能。缺点：1、纵向预埋PVC管节点多，须进行纵向连接和三通连接，变形大，固定难度大；2、增加防水板的负荷，加大下垂和脱落风险；3、混凝土浇筑时易脱落或堵塞，造成无法注浆或注浆失败。
2.4二衬混凝土厚度和强度不足造成的后果和采取的预防措施
二衬混凝土厚度和强度不足均能造成二衬混凝土抵抗外力的能力变弱，达不到设计要求的抵抗能力，发生混凝土开裂、掉块，缩短建筑物使用寿命。采取的预防措施：1、严格进行开挖断面的检查验收，防止出现欠挖，初支侵限部分一定要进行处理，保证混凝土厚度；2、进行基面断面检测验收，用以指导防水板的铺设，防止铺设的防水板过紧或过松；3、严格按照配比合施工，严禁在运输和浇筑过程中加水，保证混凝土强度；4、做好对混凝土的震捣，防止漏捣。
浇筑二衬混凝土时应注意的事项：1、要采用分层逐窗灌注技术进行二衬混凝土灌注，严禁“一孔到顶”；2、车台上起拱线以下所有窗口都要打开，采用人工持插入式震捣器逐层逐窗进行震捣，严禁漏震和过震；3、封顶后适时开启附着式震捣器对拱部灌注混凝土震捣；4、封顶混凝土灌注要满，端模拱顶部分有混凝土挤出方可停止泵送混凝土。
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2.5仰拱上鼓、开裂、渗水的后果和采取的预防措施
仰拱上鼓、开裂、渗水的后果会影响行车安全、缩短建筑物使用寿命。仰拱上鼓、开裂采取的预防措施：1、认真进行仰拱断面检测验收，防止欠挖；2、使用仰拱专用定型腹模板和端模浇筑仰拱；3、彻底清理隧底虚渣；4、隧底为膨胀岩（土）时清除膨胀岩（土），由设计单位确定采取的措施。
仰拱渗水采取的预防措施：1、做好仰拱环向止水带的安装和保护，确保板缝处的环向止水带中埋、完好；2、按配合比施工仰拱混凝土，认真震捣密实，确保混凝土抗渗能力满足要求。
仰拱混凝土灌注应注意的事项：1、采用仰拱腹模和组合钢端模以确保仰拱几何尺寸和与填充混凝土分开灌注；2、对混凝土捣固充分，以确保混凝土密实；3、浇筑边墙混凝土应在仰拱混凝土初凝前进行，使仰拱混凝土和边墙混凝土形成一个整体，减少施工缝；4、做好对仰拱环向止水带和边墙顶面纵向止水带的保护，防止止水带扭曲、不中埋。
2.6二衬混凝土渗水的后果和采取的预防措施
二衬混凝土渗水会影响行车安全、缩短建筑物使用寿命。采取的预防措施：1、铺设土工布前对外露的锚杆、管棚等尖锐物进行切除、磨平，防止刺破防水板；2、防水板铺挂时要有足够的松弛度，使防水板在各个部位均能贴着基面，防止浇筑混凝土时挤破防水板；3、防水板焊接要牢固，采用双缝焊，每条焊缝均要进行充气试验检查合格；4、保护好施工缝、变形缝等缝隙部位的止水带，对破损、偏移失效的要进行处治，双组份聚硫密封膏要按设计施做；5、按配合比进行混凝土施工，震捣密实，使混凝土抗渗性能达到要求。
铺设缓冲层和防水板时应注意的事项：1、采用水泥钉和与防水板相配套的圆垫片将缓冲层固定在基面上，固定点之间呈正梅花形布设，2、缓冲层铺设时应尽量与基面密贴，不出现过紧、过大的皱褶，避免影响防水板的铺设；3、在缓冲层分段铺设的连接部位预留不少于200mm的搭接余量；4、铺设防水板时沿隧道纵向进行铺设，采用热熔法手工焊接在塑料圆垫片上，焊接要牢固可靠，避免浇筑和振捣混凝土时防水板脱落；5、固定时不得拉得过紧或出现大的鼓包，铺设好的防水板要与基面凹凸起伏一致，保持自然、平整、伏贴，以免影响二衬灌注混凝土的尺寸或使防水板脱离圆垫片；6、防水板之间接缝采用双焊缝进行热熔焊接，均匀连续，不得有假焊、漏焊、焊焦、焊穿等现象。
3 对质量问题的处治措施
3.1初支背后空洞处治措施
通过对初支混凝土进行地质雷达扫描和敲击检测其背后是否密实，若存在空洞，要立即进行处治。处治方法：对于较小的空腔，采用凿开初支混凝土进行回喷密实；对于较大的空洞，采用凿开初支混凝土进行分次分层回喷密实；对发生坍塌后预留的空洞，采用通过预留孔进行分次分层泵送混凝土密实。
处治初支背后空洞时应注意的事项：1、根据空洞大小、是否发生过坍塌等情况分别采取不同的方法进行处治；2、对空洞进行喷混凝土回填或泵送混凝土回灌时不能一次回填过厚，防止混凝土过重压塌初支；3、通过预埋的注浆管进行回填注浆；4、处治完毕后要及时进行检测，确保对空洞处治完毕。
3.2 初支混凝土厚度和强度不足的处治措施
采取钻芯取样检测初支混凝土厚度和强度，对混凝土厚度和强度不足的处治措施：1、请隧道的设计单位检算，后续施工采取加强二衬措施能满足要求的可不做处理；否则只有返工重做来保证初支混凝土厚度和强度；2、对厚度不足的，采取拆除初支重新施做，对强度不足的，凿除混凝土重新喷射混凝土后再检测强度。
对因厚度不足而返工重新施做时应注意的事项：1、分段跳开进行拆除处理，对初支有钢架的，要间隔拆换钢架，一榀一榀进行更换，再凿除混凝土拆除两榀钢架间的钢筋网片，凿除侵限岩体，重新安装钢筋网片，焊接牢固后，喷射混凝土进行封闭；2、重新喷射的混凝土强度达到10Mpa以上后，方可进行下榀钢架拆除作业；重复以上工序至处治结束。
对因强度不足而返工重新施工时应注意的事项：1、分段分部位凿除混凝土，修补钢筋网片及时重新喷射混凝土封闭，可提高混凝土标号来保证混凝土强度达标；2、单次凿除混凝土面积不能太大，防止大面积凿除混凝土而发生坍塌事故；3、对有钢架的初支，凿除两榀钢架间的混凝土，修补钢筋网片，与钢架连接牢固，及时喷射混凝土进行封闭；4、重新喷射的混凝土强度达至10Mpa以上后，方可进行下一部位混凝土的凿除作业，重复以上工序至处治结束。
3.3二衬背后脱空的处治措施
通过对二衬混凝土进行地质雷达扫描和敲击检测其背后是否密实，若存在空洞，采取以下处治措施：1、对于拱顶处的小空腔，主要利用原预留的注浆孔进行回填注浆至密实；2、对于没有注浆孔或注浆孔不能注浆时，只能开孔埋管进行注浆致密实。
3.4二衬混凝土厚度和强度不足的处治措施
采取地质雷达扫描、钻芯取样检测二衬混凝土厚度和强度，对混凝土厚度和强度不足的处治措施：1、请隧道的设计单位检算，能满足要求时经设计单位可不做处理；否则只有返工重做来保证混凝土厚度和强度；2、对厚度不足的，由隧道设计单位提出加强措施，拆除二衬后按设计意见重新施工二衬；3、对强度不足的，凿除混凝土重新浇注,后再检测强度；4、重新施工的混凝土强度达至10Mpa以上后，方可进行一下步处治作业；重复以上工序至处治结束。
3.5仰拱上鼓、开裂、渗水的处治措施
凿开仰拱上鼓、开裂部位的混凝土，查明发生的原因，再进行处治。处治措施：1、因欠挖造成的的上鼓、开裂，凿除欠挖岩体，重新浇筑混凝土；2、因隧底虚渣引起的开裂，清除虚渣后重新浇筑混凝土；3、隧底为膨胀岩（土）时膨胀引起的上鼓、开裂时，要请隧道的设计单位确定采取的措施，按设计要求进行处理。
仰拱渗水采取的处治措施：1、凿除渗水部位的混凝土，查明原因；2、安装引排水管，将渗水引排至水沟排水隧道，3、做好排水管的防水措施，预埋止水带防止渗水向上渗出填充混凝土面；4、浇注混凝土封闭，做好新旧混凝土的结合面处理，防止渗水沿新旧混凝土接触面渗出。
3.6二衬混凝土渗水的处治措施
凿开二衬混凝土渗水部位的混凝土，查明渗水原因，再进行处治。处治措施：1、有渗水，防水板必然有破损，要对防水板进行修补，再浇筑混凝土封闭；2、较小的渗水也可采用埋排水管引水至侧沟的方法处治；3、对环向施工缝处的渗水，凿除混凝土埋设排水管进行引排至水沟排出隧道。
处治时应注意的事项：1、检查渗水情况，根据渗水量情况采取不同的处治措施；2、凿除混凝土处治前，请设计单位检算，不得破坏二衬的整体结构；3、对电气化铁路要注意处治渗水不得影响接触网预埋件、接触网支架等的结构。
结束语：
近年来，随着国家综合国力的增强和施工技术的不断进步，铁路隧道的长度越来越长，对隧道施工要求也越来越高，技术难度也越来越大，对施工过程的管控也越来越严格，国家及各级管理部门将中国高铁做为中国的一张名片向世界推广，铁路管理部门提出“以工装保工艺、以工艺保质量、以质量保安全”的管理理念，大力推广新工装、新工艺，来提高隧道施工技术水平，降低隧道质量风险，避免隧道质量缺陷。隧道施工的方法也在不断更新，许多技术难题有待我们去解决，新的施工工艺和新的施工方法要我们去掌握。
参考文献：
[1]《铁路隧道施工抢险救援指南》（Q/CR9219-2015）
[2]《铁路隧道设计规范》（TB10003-2016）
[3]《铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB10417-2003）
[4]《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB10753-2010）
论文作者:伍永伶
论文发表刊物:《防护工程》2018年第30期
论文发表时间:2019/1/15
标签：混凝土论文; 隧道论文; 强度论文; 厚度论文; 密实论文; 预防措施论文; 原因论文; 《防护工程》2018年第30期论文;