中国铁路设计集团有限公司 天津 300308
摘要：通过铁路隧道运营期间的衬砌缺陷类型以及对其产生的原因进行分析，对隧道施工提出需要注意的施工要点。
关键词：隧道；衬砌缺陷
引言
截止至202年底，我国的铁路运营里程14.6万公里，稳居世界第一。随着运营期的增长，隧道均产生不同程度的衬砌缺陷。运营隧道衬砌缺陷的类型主要有初期支护厚度缺陷、二次衬砌厚度缺陷、混凝土质量缺陷、衬砌背后空洞或者回填不密实、隧底缺陷、拱架及钢筋缺陷等。
1.衬砌厚度缺陷
衬砌及基底混凝土厚度不足是常见的隧道缺陷类型，大量隧道无损检测结果表明，衬砌厚度不足大多分布在拱顶，其次是拱腰，边墙偶有分布；基底混凝土厚度不足主要呈现出由墙脚逐渐向隧道中心减薄的趋势。另外，衬砌及基底混凝土厚度不足多分布在洞身段，洞口段相对较厚。
造成衬砌出现厚度不足的原因较多，主要是因为隧道在修建期间施工工艺不当引起的：如围岩欠挖，造成初期支护侵入二次衬砌；二衬模板台车支撑不稳，浇筑混凝土时因压力过大引起台车滑移，造成二次衬砌一边厚一边薄的情况；施工过程中因塌方或围岩压力导致初期支护钢拱架变形侵入二次衬砌。
2.基底病害
由于隧道仰拱及填充厚度不足、仰拱底存在空洞或不密实、渗漏水等引起的碎石道床及整体道床的下沉、断裂、吊空、翻浆冒泥等现象。基床病害容易导致线路几何状态难以保持，制约列车提速，危及行车安全。
引起隧道基底病害的原因主要有：
（1）隧道水沟底面偏高，排水不畅，使基底存水；
（2）基底超挖部分为浮碴填充，遇水形成翻浆冒泥病害；
（3）软岩膨胀底鼓也会造成整体道床断裂及翻浆冒泥等病害；
3.衬砌混凝土质量缺陷类型
（1）强度等级、弹性模量、抗渗等级等性能未达到设计要求。造成混凝土强度不足的原因主要是三个方面的因素：首先是原材料质量差，外加剂质量不合格；其次，混凝土拌合质量差；最后，施工工艺不正确，搅拌不佳，时间过短或过长造成不匀[1]。
（2）外观质量缺陷，有麻面、露筋、蜂窝、孔洞、夹渣、疏松、裂缝、连接部位缺陷、外形缺陷、外表缺陷足等[2]。造成混凝土外观缺陷的主要原因是施工工艺或原材料控制不当引起的。
（3）结构尺寸偏差超出允许值。造成结构尺寸偏差的原因，一是施工过程中过程控制不当，二是施工后在外力的作用下，结构产生变形。
4.衬砌背后空洞或回填不密实缺陷
衬砌背后及基底不密实在隧道内同样较为普遍，隧道衬砌质量检测表明，拱顶、拱腰位置不密实所占比例最多，两侧边墙所占比例最小；基底不密实在仰拱或底板下任何位置均可能有分布。总体而言，轨下位置基底不密实相对较多。
造成初期支护背后空洞的主要原因有：一是超挖严重，回填不密实；二是施工控制不好，在喷射混凝土过程中，形成了空鼓或空洞。
造成二衬背后空洞的主要原因有：一是喷射混凝土厚度不足；二是防水卷材与初支表面不密贴；三是拱顶集气，模板下沉；四是混凝土质量控制不当；五是带模注浆时工艺不当。
5.衬砌开裂
隧道衬砌是承受围岩地层压力、防止围岩变形坍落，以及阻挡地下水渗漏的结构物。由于隧道衬砌受地层压力、地下水压力、围岩膨胀性或冻胀性压力、腐蚀性介质和温度的作用以及施工中人为不良因素的影响等，致使隧道衬砌在运营中产生纵向、斜向、环向、月牙形及网状等开裂，影响隧道的正常使用，统称隧道衬砌开裂病害。
衬砌开裂的主要原因如下所述：
（1）衬砌外力作用
衬砌外力作用是指由于围岩及环境的变化而施加在衬砌上的作用力变化，主要包括松弛压力、偏压、膨胀性土压、水压力、温度应力、不均匀沉降产生的结构应力及车辆荷载地震等其他荷载作用。
（2）衬砌材料的劣化
主要为混凝土碳化、冻害使混凝土产生麻面表面剥落及地下水的侵蚀等。
（3）施工工艺与质量控制效果差
施工工艺与质量控制效果差主要表现为施工没有处理好施工缝、变形缝（温度缝、沉降缝）；施工技术条件限制，施工质量管理松弛和不善，混凝土材料检验不力。施工配合比控制不严，水灰比过大，混凝土振捣质量不佳，拱部浇筑间歇施工形成工作缝，混凝土模板不平顺等因素，修成的隧道衬砌在施工缝处产生裂缝；施工欠挖、模板拱架支撑变形、塌方等原因，造成局部衬砌厚度偏薄或衬砌结构受力不对称，降低了衬砌承载能力。
（4）水文地质因素
地质因素对隧道衬砌裂缝的产生有很大影响。地质因素是一些纵向裂缝和斜向裂缝产生的主要因素。地质因素包括水的作用、复杂地质条件、如地震带、断裂带、滑坡及偏压等。纵向裂缝和斜向裂缝大多出现在进出口处，进出口衬砌主要是由于偏压、滑坡、水的作用等地质因素产生的[3]。
6.衬砌压溃与错台
衬砌压溃及错台是在衬砌开裂部位出现的一种现象。衬砌在此处逐渐失去承载能力，裂缝两侧衬砌块体相向运动，接触面挤压出衬砌粉末、小粒和碎块、并由表及里，由接触面向两侧蔓延发展，一般按发生部位分为拱顶压溃、拱腰压溃错台及边墙压溃错台。其产生原因可能是如下几种：
（1）松弛土压
松弛土压是围岩松弛、不能自持而作用在衬砌上的荷载。其发生机理，对于硬岩而言，是节理面的结合力因风化和水的作用而降低，最终导致围岩松弛；对软岩、土砂一类围岩，则因干湿的反复和冻结、融化的反复而松弛。以上松弛现象，当衬砌背后有施工留下的空洞或土砂流失形成的空洞时更容易发生。
（2）偏压
衬砌出现偏压的情况很多，偏压对衬砌的破坏作用使严重的。当两侧土压不同或不对称时，一侧拱肩附近是主动土压，迫使另一侧拱肩附近的断面上抬，压向围岩，由此产生的被动土压的作用区域。从拱顶到拱肩断面上抬的部分，最容易产生局部压溃现象。
（3）滑坡
铁路选线过程中，在给隧道定位时，对于长达隧道和短隧道在地质勘探中所给予的关注程度是非常不同的。长大隧道一定会避开尚处于活动期的滑坡，即使是已经停止活动的大滑坡，也要尽可能避绕；短隧道则因地质勘探投入不足，虽不至于摆在处于活动期的大滑坡上，但完全可能部分穿过稳定滑坡体或正处于被动期的小滑坡体，也有可能穿越未被认识到的大滑坡体内。
（4）膨胀性土压
膨胀性土压对衬砌的压力主要是侧向的。隧道断面从左右挤出的结果，拱顶多数上抬，此区域变为被动区域。如背后有空洞，围岩软弱时，拱顶会产生局部压溃。
（5）冻胀压力
冻胀压力对衬砌造成的破坏与膨胀性土压极其类似，也会使拱顶产生局部压溃。
（6）材质极度劣化
当衬砌材料因种种原因（如水泥质量不良、骨料不洁、碱—骨料反应、施工不当、养生不良、反复冻融、火灾、化学腐蚀等）引起劣化时，衬砌的承载能力会极度降低，在实际外荷载作用下，衬砌受到压力最大的部位有可能出现压溃现象。
（7）设计缺陷或施工不良
设计对围岩级别及不良地质判断严重失误，致使设计衬砌类型不当、厚度严重不足，终因承载力不足出现压溃现象。
在地质不良处施工时，常因怕引发坍塌存在局部严重开挖不足的情况，出现二衬厚度不足，此处就极易出现压溃，以及在开挖遭遇坍塌处，施工单位常为减少材料消耗故意不充分回填，有意在衬砌背后留下空洞，空洞处衬砌在出现未曾预料到的压力时常会出现压溃。
结束语
通过对上述运营期隧道衬砌缺陷进行分类以及产生原因进行分析，施工及设计过程中应对相应的原因进行控制，以减少隧道衬砌缺陷的产生。
参考文献：
[1]卢志伟.混凝土裂缝成因的防治措施[J].中国科技投资，2014，000（002）：47-47.
[2]陆鑫.混凝土的质量检查与缺陷防治[J].江西建材，2014，000（008）：264-264.
[3]李中军，潘朋.隧道衬砌渗漏水的原因及其防治措施分析[J].大科技，2013（4）：191-192.