鲁非
中铁十一局集团第一工程有限公司 湖北省 襄阳市441000
摘要：随着交通基础设施的快速发展，高等级铁路建设了一大批隧道投入运营，大大改善了交通环境，但隧道建设过程中和运营后陆续暴露出诸多缺陷病害，已成为影响铁路运营的重大安全隐患。尤其是高速铁路隧道，受施工技术条件的限制，出现隧道衬砌厚度不足、背后脱空、裂纹、渗漏水等情况，严重危及行车交通安全，因此需要我们在铁路隧道质量缺陷防治上下功夫，要研究把消缺前置。
1.1目的
（1）树立系统化理念，强化技术管理能力
（2）推行标准化管理，提升隧道施工品质
（3）落实常态化管理，严控隧道施工质量
（4）坚持科技创新，增强隧道专业化能力
1.2背景
一是质量意识差。自2018 年国铁集团开展红线检查以来，隧道工程质量有所改进，整体水平逐步提升，但是还是有部分项目隧道问题突出，特别是在红线检查工作已开展多轮的情况下，还有项目在红线监督检查中被发现存在隧道二衬厚度严重不足的情况，并被认定不良行为，这在一定程度上反应了有些项目的质量意识比较差，还需要提高。
二是质量隐患多。一方面是原材料的把控能力弱，由于环保要求高，地材资源紧缺，可供项目选择的合格料源受限，另外项目原材料进场关没有把好，项目物资、试验部门联动效果不佳，导致一些质量不合格的材料进入现场，质量风险高；另一方面是现场监督执行不力，有些隧道协作队伍施工行为不受控，管理人员缺乏有效的监管手段，三检制度未得到落实，关键工序质量隐患大。
二、初期支护缺陷类型
2.1初支厚度不足
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2.1.1缺陷现象
喷射混凝土厚度不足，喷射回弹量大。
2.1.2原因分析
（1）轮廓面欠挖
（2）拱架加工精度不足或立架偏位
（3）沉降收敛超预留沉降量或沉降量预留不足
（4）喷射混凝土平整度差，喷射厚度不足（薄弱部位：①台阶连接处；②锁脚位置；③下台阶拱脚；）
（5）初支脱空、空洞（薄弱部位：钢架周边、背后及连接板间）
（6）隧底虚渣清理不干净，底、墙连接处定位控制不准
（7）测量放样不准（控制点扰动、计算错误等）
2.1.3防控措施
（1）开挖测量放线控制：架子队每循环测量放样、工区每周每掌子面复核一次、项目部每月每掌子面核查一次，留存记录、数据；对围岩级别变更及易出问题洞口，加密检查次数。
（2）拱架加工件满足设计要求；拱架出厂进时，按频次进行试拼装检验，合格方可出厂；立架定位准确并复核验收合格。
（3）根据围岩地质情况、 监控量测情况、 成环封闭时间，及时调整沉降预留量。
（4）喷锚时，对喷射混凝土表面进行修整；喷射后，进行平整度、厚度检查（平整度，拱顶每1米检测一尺，共检测5尺；厚度，拱墙每5米一个断面，一个断面7个检测点、仰拱每两板检查2个检测点），发现问题及时补喷或返工处理；及时进行总结培训考核，奖优罚劣。
（5）钢架背后、钢架翼缘板间，认真操作；连接板处清理干净；作业时，检查是否存有掉块；通过打孔验证、雷达或敲击检查进行复查。
（6）仰拱初支开挖后清理隧道虚渣，并整平夯实；底部、拱墙钢架连接定位准确;初支完成后及时钻孔检查（仰拱每两板检查2个检测点）是否存在虚渣及厚度不足。
（7）测量放样采用换手复核；工区每周复核一次；项目部每月复核一次。
2.2初支背后脱空
2.2.1缺陷现象
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初支背后脱空
2.2.2原因分析
（1）超挖后为减少喷射混凝土量，人为采用支挡、填塞杂物等方法，造成初支空洞
（2）喷射混凝土施工过程中围岩掉块未及时清理，造成初支背后空洞
（3）围岩渗水侵蚀、冲刷后形成空洞
（4）喷射工艺（距离、压力、角度、方向等）（薄弱部位：钢架周边、背后及连接板间）
2.2.3预防措施
（1）加强开挖控制，从源头上控制混凝土超耗量，提高工效，杜绝人为原因造成空洞。黄土隧道采用机械人工相结合开挖方式，尽量减少对围岩扰动，开挖后及时封闭，防止围岩失稳掉块；石质隧道采用聚能水压爆破、光面爆破，减少对围岩扰动，减少超挖量。确实因地质原因造成局部超挖的，必须留存影像资料，并提前预埋好2～3 个注浆孔，超挖部位必须用喷射混凝土喷填饱满、密实，待喷射混凝土强度满足要求后，要及时进行注浆，确保超挖部位不能出现空洞现象。
（2）岩面有渗水时，在喷射混凝土前预埋排水盲管，做好集中引排措施，避免围岩面水散流，造成喷射混凝土与围岩粘连不牢，后期流水渗蚀、冲刷混凝土形成空洞。
（3）加强钢架周边喷射混凝土施工工艺控制，分片喷射自下而上进行，先喷钢架与壁面间混凝土，再喷射两榀钢架之间混凝土，保证钢架周边喷射混凝土无盲区。
（4）喷射混凝土施工时设置厚度控制标识，对施工人员做好技能培训和交底，严格控制喷射混凝土表面平整度，保证防水板铺设平顺。
（5）初支完成后、防水板铺设前，项目部必须安排初支施工质量雷达扫描检测（自检或第三方检测），检测7 条线（拱顶1 条线、两侧起拱拱脚2 条线、上台阶两侧拱脚以上1～1.5m 处2 条线、下台阶两侧电缆槽顶以上1～1.5m 处2 条线），检测频率，每座隧道100%检测。检查合格后方可允许铺设防水板。
2.3拱架施工不规范
2.3.1缺陷现象
拱架加工几何尺寸不规范，钢架连接板焊接不牢，架立间距较大。
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2.3.2原因分析
（1）现场管理人员质量意识较差。
（2）型钢拱架的弯曲设备对两端的弧度控制有偏差。
（3）电焊工技术较差，责任心不强。
2.3.3预防措施
（1）加强现场管理人员的质量意识，拱架架立间距偏差控制在±50mm。
（2）型钢拱架的每节弯曲时，两端60cm范围内的弧度要严格控制，确保整个拱架几何尺寸。
（3）提高电焊工的业务水平，增强责任心，确保连接板和拱架之间的焊接质量。
三、衬砌缺陷类型
3.1防水板切割二衬
3.1.1缺陷现象
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防水板切割二衬
3.1.2原因分析
防水板铺设松弛度过大，接头局部焊接效果不好，混凝土顺着接头缝隙进入防水板背后，从而造成二衬混凝土被防水板切割。
3.1.3预防措施
防水板铺设松紧适度。固定点间距拱部按照50cm 要求布置，拱腰按照80cm 要求布置。防水板搭接长度、焊缝及固定点焊接，严格按防水板施工作业要求施工到位。
3.2衬砌厚度不足
3.2.1缺陷现象
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衬砌厚度不足取芯验证
衬砌厚度不足钻孔验证
衬砌厚度不足质量化指标：
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3.2.2原因分析
（1）光面爆破效果差，欠挖断面未处理；由于爆破炮孔布置、成孔质量、装药结构等问题断面尺寸出现欠挖，欠挖断面未及时量测或发现后未处理。
（2）初支拱架未按照断面测量定位放线侵界；初期支护预留变形量不够，变形侵限。
（3）衬砌台车定位不准确，未按交底定位，断面检查验收缺项；衬砌台车端模封堵杂物未清理；浇筑拱部混凝土时，未浇筑满形成空洞，导致厚度不足。
（4）防水板铺设未控制好松弛度，致使在浇筑混凝土后过紧，呈扯拉状导致防水板后形成脱空，衬砌厚度不足。
（5）中埋止水带固定不牢，混凝土浇筑时止水带受挤压变形形成厚度不足
（6）背贴止水带与防水板粘结不牢，混凝土浇筑时止水带受挤压变形形成厚度不足
（7）仰拱矮边墙错台
3.2.3预防措施
（1）初支断面扫描，禁止侵限。
（2）土工布、防水板与初支面铺设密贴、牢固，防止褶皱、脱落， 固定点间距符合要求。
（3）砼冲顶时，预留泄压口，泄压口封闭后，持压冲顶，确保砼密实；及时带模注浆及注饱满。
（4）模板定位，架子队每板复核，工区每周每口复核一次，项目部每月每口复核一次。
（5）“两带”敷设顺直、定位（钢端模、钢筋卡等）准确，背贴带焊密贴牢固。
（6）拆模后封堵杂物及上板混凝土浆清理干净。
（7）仰拱施工采用全腹模工装，模板定位准确。
3.3衬砌背后脱空
3.3.1缺陷现象
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3.3.2原因分析
（1）防水板铺设松弛度不足，局部紧绷或褶皱，在防水板与喷砼面之间形成空腔。
（2）防水板固定点数量不足，砼浇筑过程中易因砼摩擦力而下坍，引起拱部防水板紧绷而脱空。
（3）挡头板封堵不严实，漏浆，造成二衬背后脱空或不密实。此情况多出现于拱顶处。
（4）混凝土浇筑时仅利用个别窗口，混凝土流动距离过长，距灌注窗口远处易因混凝土供应数量不足、压力不足而造成脱空。
（5）混凝土浇筑过程中未振捣密实，浇筑完成后混凝土受自重下沉，造成拱部脱空。
（6）混凝土浇筑至拱部时，难以精确掌握混凝土量，拱部混凝土灌注量不足而致使拱部局部形成脱空。
（7）拱顶带模注浆时注浆孔堵塞、注浆材料性能差、注浆工序操作不当等，不能完全消除二衬拱部空洞
（8）下坡施工时，浇注段与上循环之间会形成空气囊（拱部）而造成衬砌背后空洞。
3.3.3预防措施
（1）二衬混凝土浇筑严格落实逐窗分层浇筑工艺要求，振捣到位。每层窗口间安装一台附着式振动器，并安设一个对应专用电表，入模窗口、附着式振动器和集中控制柜开关统一编号管理，集中操作控制。混凝土边入模边振捣，每次入模时，混凝土振实振平。四层及四层以下窗口采用“插入式振捣棒与附着式振动器”相结合方式振捣，五层窗口采用带压入模。各预留孔洞封堵到位，拱部浇筑预留通气孔，防止下坡施工时，浇注段与上循环之间会形成空气囊（拱部）而造成衬砌背后空洞。冲顶补方时，保证混凝土及时供应、和易性良好，冲顶孔使用顺序按照坡度方向，由下及上，充分利用附着式振动器辅助振捣密实，同时利用拱顶密贴度监控仪，实时监控二衬冲顶情况。现场填写二衬施工可溯源管理信息表，为分析二衬混凝土施工情况提供基础数据，以便总结分析采取相应有效措施，指导后续二衬施工，提高二衬浇筑质量。
（2）严格执行带模注浆工艺要求。二衬浇筑完成4～6 个小时后开始带模注浆。拱顶带模注浆施工工序：安装RPC 注浆管并固定—衬砌混凝土浇筑—安装注浆组合件——浆液拌制—注浆—拆卸注浆组件、衬砌脱模—衬砌混凝土表面清理—养护；现场主要有四个注浆孔，原则上除4#孔外每一个注浆孔均需注浆，但在注浆过程中进行其他孔注浆时未注浆的孔流出达到相同密度的浆体时，该孔也可封闭，不进行注浆。注浆过程中主要以台车上部压力表和端模出浆情况来作为注浆双控标准。如果端头模板圆弧最高点漏浆，先停止注浆，及时对浆漏处进行封堵，然后继续注浆，直至浆体与制浆机中一致，然后更换下一个注浆孔。注浆时如果台车处压力表超过1.0Mpa,直接转至下一注浆孔。及时跟进带模注浆情况，注浆异常时，一次一分析，不断总结提高注浆质量。
（3）仰拱施工前必须将基底虚渣清理干净，严禁在仰拱局部超挖部位采用虚渣回填。同时做好仰拱排水管路（道）排水畅通，确保仰拱底不积水，防水仰拱底基岩被水浸泡后软化或被流水冲刷造成仰拱底部出现空洞。
（4）改善作业环境。隧道衬砌台车作业平台二端增设鼓风机，降低工作面温度，改善操作人员工作环境。
（5）“两带”（环向背贴式止水带、中埋式止水带）均采取加固措施。背贴式止水带利用衬砌端头环向内层主筋顶撑牢固，使之与防水板密贴，并用胶水与防水板粘接，再利用纵向衬砌Φ14 构造筋水平支撑，环向间距按照40cm 控制；中埋式止水带采用ψ8“U”筋进行固定，环向间距按照拱部40cm,拱腰以下60cm 控制；每板二衬拆模后检查端头情况，及时清理堵缝土工布。
（6）利用好自创轨行式自动控湿标养台车，做好二衬混凝土养生工作，减少因养护不到位引起的混凝土自身收缩、徐变而引起的砼与防水板间空洞。
（7）对每板二衬做好敲击自检，一板不落，在衬砌施工150m 后即安排雷达检测，以便能够及早发现问题，制定解决方案。通过不断总结分析，改进工装和调整施工工艺，减少后续施工衬砌空洞现象的发生，促进衬砌混凝土施工质量的总体提高。
3.4衬砌施工冷缝
3.4.1缺陷现象
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施工冷缝
3.4.2原因分析
隧道拱墙衬砌要求一次连续灌筑，但施工过程中由于某种原因造成浇筑中断、前浇筑混凝土在已经初凝后，现场未取相应的处理措施就进行后浇筑混凝土的灌筑，导致前后混凝土连接处出现一道软弱的结合面。
3.4.3预防措施
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采用断面仪测量断面，预估混凝土浇筑数量，在封顶混凝土浇筑时进一步确认混凝土数量，保证混凝土供应。
3.5接触网预留槽道缺陷
3.5.1接触网预留槽道缺陷现象
（1）接触网槽道间距不符合要求
（2）槽道外露不符合要求
（3）槽道离伸缩缝过近
（4）槽道漏埋
（5）中锚槽道只有单边滑槽
（6）中锚底座滑槽高度不符合要求
（7）槽道被水泥覆盖
（8）附加线滑槽无预埋
（9）附加线滑槽有异物
（10）附加线槽道过高
（11）附加线滑槽有水泥
（12）锚臂槽道和拉线槽道距离太近，不符合要求
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3.5.2原因分析
（1）槽道位置偏差主要是由于开孔时定位不准确产生的，一旦用螺栓固定在衬砌台车模板上后，槽道将很难再产生位置变动。
（2）槽道被水泥覆盖主要是由于槽道内发泡填充物的不完整。
（3）槽道漏埋主要是由于每模二衬的槽道类型、具体里程以及二衬环向施工缝的里程未按设计施工。
3.5.3接触网预埋槽道防控措施
（1）槽道定位前准备
a、检查槽道内发泡填充物的完整状态，如有残缺，应进行填补。
b、对于两根一组的槽道，应根据设计要求的槽道平行间距，用钢筋或型钢焊接牢固。钢筋等效截面不小于Φ16的圆钢，并对焊缝进行喷锌处理。
c、依据台车模板上槽道的设计要求位置，在模板台车上开螺栓二次定位安装长孔，每根槽道上固定点建议为两处（槽道两端部各一处），隧道顶部2.5m的弧形槽道固定点建议为三处（槽道两端、中间各一处）。
d、二次定位安装长孔的开孔原则：应结合所有槽道预留台车模板布置图进行统筹优化，减少模板开孔数量，开孔方向见施工图；应避开台车模板的加固支撑、顶升固定点及各种连接结构；应严格按图控制槽道距台车边缘的距离。
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（2）槽道一次定位
a、绑扎第二层网片钢筋后，按照设计位置，测量出槽道布置位置，在钢筋网外层将事先焊接好的成组槽道就位。
b、在槽道后部锚杆处，垂直槽道方向，间隔绑扎几根短筋，长约30mm，将锚杆和短筋绑扎固定在钢筋网上。
c、根据接地要求，将槽道锚杆与相应的接地钢筋可靠焊接。
d、将槽道与模板固定点位置（开孔位置）的发泡填充物扣除。
（3）槽道二次定位
a、台车移动就位到指定位置后，油缸顶升拱顶、拱腰模板到位，与网片钢筋上固定的槽道接近贴住后，通过二次定位孔，找到并调整槽道位置。一根槽道用一个顺线路开孔、一个垂直线路开孔固定及进行调整。
b、将T型螺栓穿过钢模板上的二次定位长孔，放入槽道，水平旋转90°，可参考T型螺栓安装外部检查标准（即后部压痕垂直于槽道方向）。
c、将开孔封堵钢板安装在二次定位孔的T型螺栓上，扭紧螺母，使槽道紧贴模板，进行模板上精确的二次定位。
d、对模板上开的二次定位孔需要采用可靠的封堵，封堵钢板可用铆钉与台车模板固定，确保局部不会出现漏浆，脱模后造成外观缺陷。
（4）槽道脱模处理
1、脱模后T型螺栓螺母松开，打开封堵，将T形螺栓反方向旋转90度，取出螺栓，螺栓螺母可重复使用。
2、将槽道表面的少量水泥浆剔除，并做好养护工作。
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脱模处理
四、质量管理与工装工艺创新
4.1 工装工艺创新
4.1.1仰拱工装工艺创新
（1）隧底虚渣清理机
实现了设备的机动行走、仰拱虚渣负压吸附、泥浆泵排污、高压水清洗、高压风吹扫等功能。
（2）仰拱边墙浇筑混凝土布料装置
确保隧底混凝土和边墙混凝土一次浇筑成型
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（4）矮边墙凿毛机
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4.1.2二衬工装工艺创新
（1）防水板台车
防水板铺设使用半自动铺设台车辅助铺挂，台车主要由行走系统、门架支撑系统、作业平台、小车行走拱形轨道。
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（2）超声波热熔焊机
a.自下而上铺设，铺设前对基面进行检查，不平整的进行整平，钢筋切除后抹砂浆。
b.安装钢筋、模板过程中注意保护。
c.挂点间距拱部0.5~0.8m，边墙0.8~1m，局部凹凸较大时应加密，确保防水板松弛有度。
d.防水板固定用超声波焊接工艺，提高焊接质量，确保固定牢固。
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（3）矮边墙纵向止水带热熔化焊接工艺，确保纵向止水带焊接质量
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（6）径向预埋RPC注浆管与拱顶带模注浆技术及注制浆一体机
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注制浆一体机
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（7）排气溢浆装置
径向溢浆管通过法兰盘连接，顶部管口与防水板顶紧，拱顶混凝土浇筑时观察溢浆管溢浆情况，确保拱部混凝土浇筑密实。
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4.2总结
（1）隧道质量缺陷由于后期整治工序繁琐、工效低、成本及安全风险高，所以重在过程预防控制。
（2）源头控制在开挖效果，改进开挖工艺，改善作业条件是提高开挖效果的必要途径；原材料质量、施工配合比选定，是保证混凝土强度的首要条件。
（3）隐蔽工程过程控制严格工序验收，坚持旁站和领导带班，保证衬砌拱部混凝土两处以上冲顶浇筑，配合分层分窗和带模注浆工艺，混凝土养护落实到位。
（4）坚持断面检查、测量复核、敲击验证等，及时自检分析，优化工艺参数，提前预防处理。