隧道二襯混凝土施工質(zhì)量現(xiàn)場控制技術(shù)

杜亮DU Liang

（中鐵一局集團(tuán)第四工程有限公司，咸陽 712000）

1 概述

隨著國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)張，作為經(jīng)濟(jì)騰飛的紐帶，交通工程在其中發(fā)展著不可替代的作用。社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的提高，人們對生活質(zhì)量的要求也隨之提高，相應(yīng)對出行的要求也越來越高。由于我國是多山國家，為了保證高鐵線路的平順性，橋梁和隧道的建設(shè)將會(huì)大量增加。特別是穿山越嶺時(shí)，基本以橋隧的形式通過，隧道的長度越來越長，高遂線比的線路將會(huì)越來越多。如石太客運(yùn)專線中最長隧道為27.87km，蘭渝鐵路隧線比為68.1%，京沈高鐵隧道約200km，甚至一些線路的橋隧比超過90%。

近年來由于施工工藝和施工過程中的質(zhì)量控制不到位以及地質(zhì)災(zāi)害等原因，經(jīng)常發(fā)生隧道二襯拱頂?shù)魤K造成的事故。隧道二襯不同程度地存在著空洞掉塊，開裂，滲漏水等現(xiàn)象，直接影響到行車安全，見圖1。

圖1 隧道掉塊及脫空

由于二襯缺陷，致使二襯受力不均勻，惡化了二襯受力條件，改變了二襯設(shè)計(jì)受力狀態(tài)，二襯實(shí)際受力可能超過設(shè)計(jì)應(yīng)力范圍，在外部荷載作用下，加上其它不利因素影響，隧道二襯發(fā)生破壞的機(jī)率就會(huì)增大。因此，確保二襯拱部混凝土密實(shí)尤為重要。

此外，隧道拱頂脫空，一旦隧道出現(xiàn)滲漏，在滲漏水這個(gè)病害“催化劑”的作用下，加速二襯混凝土的破壞，尤其是拱頂部位的滲漏水，會(huì)帶來行車安全隱患。

現(xiàn)依托在建鐵路隧道就導(dǎo)致隧道缺陷產(chǎn)生的因素進(jìn)行調(diào)研分析，從源頭制定有效措施對隧道二襯缺陷進(jìn)行整治，為隧道安全運(yùn)營提供保障。

2 調(diào)研分析

針對鐵路運(yùn)營過程中二襯混凝土頻繁出現(xiàn)的各種缺陷，根據(jù)《鐵路運(yùn)營隧道二襯安全等級評定暫行規(guī)定》鐵運(yùn)函【2004】174 號(hào)文的第四章隧道二襯缺陷及病害的量化指標(biāo)，結(jié)合鐵路總公司下發(fā)的“十嚴(yán)禁”紅線管理規(guī)定，對7 個(gè)鐵路項(xiàng)目已貫通的15 座隧道（合計(jì)56.4km），收集了二襯脫空、欠厚、強(qiáng)度不足、開裂、漏水、不密實(shí)、侵限7 個(gè)方面的缺陷數(shù)據(jù)。

表1 二襯混凝土缺陷總體情況統(tǒng)計(jì)表

由圖2，從缺陷發(fā)生的概率來看，二襯脫空與欠厚是最主要的缺陷，且主要集中在隧道拱部與拱腰位置。

圖2 缺陷種類及占比情況示意圖

二襯脫空共計(jì)1394 處，占36.5%（平均為24.7 處/km），約14029m（2平均為249m2/km），發(fā)生在7 個(gè)項(xiàng)目的14 座隧道；隧道襯砌欠厚共計(jì)1213 處，占31.7%（平均為21.5處/km），約8240m（2平均為146m2/km），發(fā)生在5 個(gè)項(xiàng)目的10 座隧道；二襯開裂共計(jì)713 處（平均為12.6 處/km），占18.7%，約5325m（平均為94m/km），發(fā)生在3 個(gè)項(xiàng)目的8座隧道；二襯漏水共計(jì)363 處（平均為6.4 處/km），占9.5%，發(fā)生在2 個(gè)項(xiàng)目的6 座隧道；二襯不密實(shí)共計(jì)83 處（平均為1.5 處/km），占2.2%，約326m2（平均為5.8m2/km），發(fā)生在2 個(gè)項(xiàng)目的6 座隧道；二襯強(qiáng)度不足共計(jì)53 處（平均為0.9 處/km），占1.4%，約1040m2（平均為18m2/km），發(fā)生在1 個(gè)項(xiàng)目的3 座隧道。

通過對已建成隧道存在的缺陷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并針對引起隧道缺陷的主要因素制定有效措施，確保隧道二襯混凝土質(zhì)量。將隧道二襯混凝土各種缺陷消除在施工過程中，確保鐵路后期運(yùn)營安全。

3 國內(nèi)外隧道二襯缺陷處理情況

隧道病害的研究現(xiàn)狀表明目前國內(nèi)外隧道工程研究人員主要從隧道病害的檢查與量測方法、隧道劣化機(jī)理分析、隧道病害分類與病害等級評定指標(biāo)以及隧道病害的維修整治技術(shù)措施這四個(gè)方面對隧道病害進(jìn)行研究，針對隧道病害的研究主要致力于隧道結(jié)構(gòu)的長期安全性對施工缺陷在施工過程中如何有效控制及提前預(yù)防解決的研究非常少，得出的結(jié)論合理性與適用性還有待驗(yàn)證。一些研究雖有理論分析，有解決病害的方法，但多為出現(xiàn)病害的一種后處理模式，未能從預(yù)防及過程控制的角度去解決隧道二襯缺陷的產(chǎn)生問題。

4 隧道二襯混凝土缺陷控制措施

圍繞影響隧道二襯混凝土質(zhì)量的主要因素展開，對各關(guān)鍵問題的解決總體遵循“理論分析→實(shí)驗(yàn)研究→工裝研發(fā)→工程驗(yàn)證→成果總結(jié)”五個(gè)步驟的研究順。

4.1 管理機(jī)制的建立與完善

針對傳統(tǒng)管理過程存在的冰點(diǎn)、痛點(diǎn)，通過互聯(lián)網(wǎng)管理平臺(tái)（智能拌合站管理平臺(tái)、關(guān)鍵工序驗(yàn)收APP 軟件、鐵路信息平臺(tái)）的引進(jìn)，打通管理過程中的各個(gè)環(huán)節(jié)，強(qiáng)化流程管控，實(shí)現(xiàn)過程管控公開化。嚴(yán)格管理責(zé)任制度，責(zé)任到人，通過定期對管理系統(tǒng)的檢查評估，不斷完善責(zé)任考核追究制度，加強(qiáng)制度的執(zhí)行力，使全體項(xiàng)目管理人員人人有目標(biāo)、事事有考核，從而實(shí)現(xiàn)“施工流程化、流程規(guī)范化、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)化、標(biāo)準(zhǔn)信息化、信息公開化”的目標(biāo)。

加強(qiáng)在施工過程中對項(xiàng)目全體人員的系統(tǒng)培訓(xùn)，提高全體參與人員的質(zhì)量意識(shí)，提高作業(yè)人員對新技術(shù)、新工藝工裝認(rèn)知操作能力，使得新技術(shù)、新工藝工裝盡快轉(zhuǎn)化推動(dòng)現(xiàn)場施工質(zhì)量控制的助推器。

4.2 智能拌和站的推廣與應(yīng)用

采用基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能拌和站系統(tǒng)（圖3），目的是通過該系統(tǒng)的三項(xiàng)核心內(nèi)容，串聯(lián)四部門協(xié)同工作（物資部、試驗(yàn)室、拌和站、工程部）實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)生數(shù)據(jù)-人工傳遞指令-系統(tǒng)生成成果-系統(tǒng)公開顯示的智能流程管控，從而達(dá)到對拌和站綜合管控的目標(biāo)。

圖3 智能化拌合站管控平臺(tái)界面

從源頭上消除不合格材料進(jìn)場使用，同時(shí)避免未檢先用現(xiàn)象的發(fā)生；使拌和機(jī)數(shù)據(jù)造假成為歷史；將傳統(tǒng)人工流程管控與機(jī)器結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了權(quán)責(zé)分明，提升了工作效率的同時(shí)又保證了施工質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)流程管理規(guī)范化的目的。

4.3 隧道關(guān)鍵工序質(zhì)量驗(yàn)收APP 軟件的開發(fā)與應(yīng)用

通過手機(jī)APP 軟件，從隧道開挖、初期支護(hù)、防水板的施工、模板臺(tái)車的混凝土澆筑等隧道關(guān)鍵工序，上傳施工現(xiàn)場視頻或影像通過到工序驗(yàn)收軟件，實(shí)現(xiàn)工序的交接質(zhì)量驗(yàn)收，通過多人審批把關(guān)，從管理上杜絕工序間造成拱頂脫空的因子疊加，從源頭上逐步消除空洞的產(chǎn)生，達(dá)到預(yù)防隧道二襯空洞的目的。

4.4 鐵路信息平臺(tái)的使用

隨著信息化時(shí)代的來臨，鐵路建設(shè)也邁入信息化辦公管理模式。目前鐵路信息平臺(tái)已上線運(yùn)行，并在鄭萬鐵路投入使用。有關(guān)的管理模塊有23 個(gè)，涉及綜合辦公、進(jìn)度管控、物資設(shè)備、質(zhì)量管理、安全管理及投資管控六大管理體系。

鄭萬×標(biāo)項(xiàng)目主要應(yīng)用工作平臺(tái)，包含綜合管理、過程控制，現(xiàn)場管理三部分。

綜合管理包含項(xiàng)目信息、人員機(jī)構(gòu)管理、OA 公文處理、資料管理、工程實(shí)體分解；變更設(shè)計(jì)管理、勞務(wù)工工資系統(tǒng)、信用評價(jià)。

過程控制包含調(diào)度指揮、施工組織、項(xiàng)目動(dòng)態(tài)查詢，施工日志、物資設(shè)備、驗(yàn)工計(jì)價(jià)等模塊。

現(xiàn)場管理包含拌合站、試驗(yàn)室、沉降觀測、工程影像、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、視頻監(jiān)控、檢驗(yàn)批、問題庫、安全步距、隧道形象化、圍巖量測等多個(gè)模塊。

通過不斷的運(yùn)行完善，鐵路信息化管理平臺(tái)的使用效果日益凸顯。

4.5 大機(jī)配套與機(jī)械化施工

隨著建筑和制造業(yè)的發(fā)展、科技的進(jìn)步，機(jī)械化、智能化、數(shù)字化時(shí)代的來臨，人工成本的增加，作業(yè)人員老齡化趨勢日益突出（據(jù)調(diào)查顯示：1960 年之前出生建筑工人占比12%，1960-1980 年代之間出生的建筑工人占比68%，1980 后出生建筑工人占比20%），隧道施工機(jī)械化成為必然的發(fā)展趨勢。

×公司開展了一系列隧道機(jī)械化配套施工工裝的研究和應(yīng)用，三筆鑿巖臺(tái)車、拱架拼裝機(jī)、濕噴機(jī)械手、自行式液壓仰拱棧橋、防水板自動(dòng)鋪掛臺(tái)車、智能化模板臺(tái)車、二襯混凝土養(yǎng)護(hù)臺(tái)車等一系列的配套機(jī)械設(shè)備投入施工現(xiàn)場（如圖4-圖9）。

圖4 全電腦三筆鑿巖臺(tái)車

圖5 濕噴機(jī)械手

圖6 自行式液壓仰拱棧橋

圖7 防水半自動(dòng)鋪掛臺(tái)車

圖8 信息化模板臺(tái)車

圖9 移動(dòng)式水溝電纜槽模架

4.6 三維智能激光掃描儀的使用

采用斷面儀或者三維斷面掃描儀檢查噴射混凝土斷面（圖10），生成三維立體模型，根據(jù)凈空分析數(shù)據(jù)和二襯混凝土方量計(jì)算擬合出防水板的松弛度富裕量以及二襯混凝土的需要量，以滿足防水板的掛設(shè)松弛度，同時(shí)根據(jù)斷面的計(jì)算混凝土需用量，為隧道二襯混凝土的足量澆筑提供依據(jù)。

圖10 噴射混凝土表面斷面檢查

4.7 防水板自動(dòng)鋪設(shè)臺(tái)車的研發(fā)與使用

采用防水板半自動(dòng)掛設(shè)臺(tái)車（圖11），掛設(shè)土工布和防水板，土工布采用射釘或者膨脹螺栓通過熱熔性塑料墊圈固定在初期支護(hù)混凝土表面。固定點(diǎn)的位置可以通過漫天星激光投影到初期支護(hù)混凝土表面，確保固定點(diǎn)位置精確度。

圖11 防水板掛設(shè)臺(tái)車

防水板通過掛設(shè)壓實(shí)裝置和熱熔性塑料墊圈固定密貼后用電磁焊接機(jī)焊接固定。

4.8 隧道二襯成套技術(shù)

進(jìn)一步完善二襯混凝土分層逐窗入模、模板臺(tái)車定型組合鋼端模、仰拱輕便弧形腹模與定型組合鋼端模、矮邊墻縱向止水帶定位卡具與熱熔焊機(jī)、水溝電纜槽移動(dòng)模架、仰拱二襯鋼筋定位卡具等京沈鐵路總結(jié)提煉的成套技術(shù)。

秉承“以工裝保工藝，以工藝保質(zhì)量”管理理念，積極推進(jìn)隧道施工機(jī)械化、專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化進(jìn)程，降低隧道施工風(fēng)險(xiǎn)，減少隧道二襯質(zhì)量缺陷。

4.9 二襯混凝土養(yǎng)護(hù)臺(tái)車的研發(fā)與使用

二襯初期養(yǎng)護(hù)采用二襯臺(tái)車隨車養(yǎng)護(hù)臺(tái)架，二襯脫模后，立即進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。在二襯臺(tái)車移位前，采用隨車養(yǎng)護(hù)臺(tái)架進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。二襯臺(tái)車移位后，采用自行式養(yǎng)護(hù)臺(tái)車養(yǎng)護(hù)。為確?；炷琉B(yǎng)護(hù)效果，在養(yǎng)護(hù)過程中要定期測量環(huán)境溫度和濕度，調(diào)整養(yǎng)護(hù)時(shí)間。（見圖12、圖13）

圖12 二襯隨車養(yǎng)護(hù)臺(tái)架示意圖

圖13 自行式噴淋養(yǎng)生臺(tái)車

自行式噴淋養(yǎng)護(hù)臺(tái)車是集測距、補(bǔ)水（上水）、濕溫檢查、噴淋、自動(dòng)行走為一體的智能化多功能隧道二襯噴淋養(yǎng)生臺(tái)車。通過自動(dòng)檢測環(huán)境溫度、濕度，自行調(diào)整混凝土養(yǎng)護(hù)的時(shí)間，既減少了作業(yè)人員，又確保二襯混凝土實(shí)時(shí)養(yǎng)護(hù)，為二襯混凝土施工質(zhì)量提供有力的保障。

5 隧道二襯缺陷控制效果

對××客?！翗?biāo)段的兩個(gè)隧道采用隧道成套技術(shù)施工前后襯砌背后脫空進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)對比分析。

通過對上述技術(shù)的應(yīng)用，隧道襯砌質(zhì)量缺陷問題取得了明顯成效，大大降低了隧道襯砌質(zhì)量缺陷出現(xiàn)的概率和后期運(yùn)營維修成本，其經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益顯著。

表2 隧道襯砌背后脫空情況對比表

6 結(jié)語

對隧道缺陷產(chǎn)生的主要因素進(jìn)行了深入的分析，通過管理考核機(jī)制、智能化拌合站管理平臺(tái)、機(jī)械化配套施工、智隧掃描儀的應(yīng)用、關(guān)鍵工序驗(yàn)收APP 軟件的開發(fā)應(yīng)用、防水板自動(dòng)鋪設(shè)臺(tái)車、混凝土養(yǎng)護(hù)臺(tái)車、鐵路信息化平臺(tái)等一系列施工過程中新技術(shù)、新工藝、新工裝的研究和完善，將傳統(tǒng)的隧道后期缺陷修補(bǔ)轉(zhuǎn)為前期施工過程質(zhì)量通病預(yù)防；充分利用“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)開發(fā)了一系列隧道施工過程控制的智能化管理平臺(tái)，推廣應(yīng)用了新儀器、新設(shè)備、新工裝，形成了一套成熟的可推廣應(yīng)用的隧道機(jī)械化配套施工的工藝工法。并通過“四新”技術(shù)的應(yīng)用和施工過程各個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的管控，大大降低了二襯混凝土缺陷產(chǎn)生的概率和后期運(yùn)營維修成本，其經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益顯著。