鐵路隧道施工技術(shù)常見缺陷及改進(jìn)措施

楊蛟

(中鐵二十二局集團(tuán)第二工程有限公司，北京 100043)

1 引言

在鐵路施工過程中，隧道技術(shù)是一項(xiàng)十分重要的施工技術(shù)，只有保證這一技術(shù)的順利實(shí)施才能提升施工效率，并提升鐵路建設(shè)的安全性。施工人員在實(shí)際施工過程中要選擇合適的施工技術(shù)，并結(jié)合實(shí)際情況制訂科學(xué)的施工計(jì)劃，這樣才能有效縮短工期，保證施工質(zhì)量，促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展。

2 鐵路隧道施工特點(diǎn)

由于鐵路隧道所處的位置和環(huán)境較為特殊，周圍氣候條件、水文特征、地形地貌均會(huì)制約鐵路隧道工程的施工建設(shè)。鐵路隧道工程正式施工時(shí)，還需應(yīng)用各類大型機(jī)械施工設(shè)施，且隧道內(nèi)部施工存在光線、空氣問題，從而使隧道施工難度增加。鐵路隧道工程在具體建設(shè)時(shí)涉及的工序復(fù)雜，各工序、工種銜接時(shí)容易產(chǎn)生質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致鐵路隧道施工技術(shù)方案無法落實(shí)[1]。為提升鐵路隧道施工建設(shè)水平，保障鐵路隧道項(xiàng)目的施工質(zhì)量，還應(yīng)提前做好鐵路隧道施工現(xiàn)場的勘測工作，并嚴(yán)格應(yīng)用鐵路隧道施工技術(shù)方案，規(guī)范鐵路隧道工程中的作業(yè)流程，突出隧道施工技術(shù)的實(shí)踐優(yōu)勢，助力我國鐵路隧道建設(shè)事業(yè)的發(fā)展。

3 鐵路隧道施工技術(shù)常見缺陷

3.1 隧道滲漏問題

滲漏是鐵路隧道施工中的常見缺陷。資料統(tǒng)計(jì)，鐵路隧道施工中約有70%的滲水缺陷均與施工縫的處理有關(guān)，若在縱向盲管固定時(shí)未鋪設(shè)無砂混凝土，隧道基面上外露鋼管或鋼筋頭，止水帶扭結(jié)等問題均會(huì)導(dǎo)致隧道滲水，防滲漏效能減弱。而隧道滲漏會(huì)侵蝕隧道圍巖，降低隧道穩(wěn)定性，誘發(fā)更多的安全問題。鐵路隧道后期運(yùn)營階段中，隧道滲水同樣會(huì)使隧道內(nèi)部結(jié)構(gòu)受到銹蝕，結(jié)構(gòu)受力性能減弱，隧道周圍原有的混凝土襯砌剝落，嚴(yán)重影響著隧道工程的安全性能。為有效預(yù)防隧道滲漏缺陷，在應(yīng)用鐵路隧道施工技術(shù)時(shí)，應(yīng)優(yōu)化隧道防排水施工，把握各環(huán)節(jié)的技術(shù)要點(diǎn)，確保隧道工程的整體質(zhì)量。

3.2 隧道背后脫空問題

鐵路隧道施工技術(shù)實(shí)踐中，背后脫空問題同樣屬于隧道施工的常見缺陷。引起隧道背后脫空的因素較多，具體可體現(xiàn)為以下內(nèi)容：

1）隧道施工初次支護(hù)流程不規(guī)范，洞口超挖后回填密實(shí)度不夠，所以，在初期支護(hù)后容易使隧道背后脫空，形成空洞。

2）隧道支護(hù)時(shí)支護(hù)表面凹凸不平，鋪設(shè)防水板后脫空，或在掛設(shè)防水板時(shí)過于松弛，繼而導(dǎo)致混凝土二次襯砌后，防水板、基礎(chǔ)支護(hù)之間存在脫空現(xiàn)象[2]。

3）隧道拱架后方噴射混凝土?xí)r，混凝土密實(shí)留有空洞，隨后在混凝土施工后期測試混凝土強(qiáng)度時(shí)，混凝土?xí)蛲獠考訅憾屏眩顾淼拦凹芴幍幕炷料侣洹?/p>

3.3 混凝土強(qiáng)度不足

鐵路隧道施工中的混凝土強(qiáng)度不足問題也較為常見。原材料配比不合理、材料性能弱、外加劑質(zhì)量差，以及混凝土澆筑、噴射、養(yǎng)護(hù)環(huán)節(jié)操作不當(dāng)，均會(huì)導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度不足，引起隧道滲漏、混凝土結(jié)構(gòu)裂開掉落。比如，混凝土澆筑后拆模時(shí)間過早、養(yǎng)護(hù)不及時(shí)且不到位，以及澆筑環(huán)節(jié)間歇時(shí)間長、振搗后密實(shí)度不高等因素都會(huì)改變隧道工程各主體結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度[3]。

4 鐵路隧道施工技術(shù)常見缺陷的改進(jìn)措施

4.1 優(yōu)化鐵路隧道防水施工設(shè)計(jì)

為減少鐵路隧道滲漏風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化隧道防水工程設(shè)計(jì)，科學(xué)選用防水板，設(shè)置隧道內(nèi)的止水帶。鋪設(shè)防水板時(shí)，可選擇EVA 防水板，具體的鋪設(shè)位置集中在隧道拱部、邊墻。鋪設(shè)EVA 防水板的同時(shí)，還應(yīng)分別在隧道拱墻兩側(cè)布設(shè)φ100 mm 縱向透水軟管、φ50 mm 環(huán)向透水軟管。在此過程中，防水板的鋪設(shè)方法是利用臺(tái)車自下而上地從邊墻鋪設(shè)到隧道拱頂上，隨后借助熱合焊機(jī)將防水板與熱熔墊片進(jìn)行焊接，固定在一起；鋪設(shè)防水板時(shí)，若防水板存在破漏處，可將防水板裁剪后使用熱合焊機(jī)修補(bǔ)，修補(bǔ)區(qū)域與實(shí)際破漏位置的距離應(yīng)保持在5 cm 左右[4]。

鋪設(shè)防水板時(shí)，隧道內(nèi)防水板的松鋪系數(shù)為1.05～1.1，將防水板固定后，施工人員可輕輕按壓防水板，與隧道洞壁緊密結(jié)合。防水板之間的縫隙可通過雙峰焊接的方式進(jìn)行搭接?？v向鋪設(shè)防水板時(shí)，首次鋪設(shè)長度應(yīng)超過二次襯砌長度1 m，以便于防水板之間相互銜接； 檢查防水板之間的焊縫時(shí)可采用充氣法，充氣檢驗(yàn)時(shí)間為15 min，氣壓為0.25 MPa，若檢查時(shí)壓力降符合設(shè)計(jì)規(guī)定，則代表防水板焊縫符合預(yù)期要求。

鐵路隧道設(shè)置止水帶時(shí)，可將背貼式止水帶布設(shè)在隧道內(nèi)的變形縫、施工縫處； 固定止水帶時(shí)可利用熱熔焊接的方式，分別搭接在施工縫隙處，實(shí)際搭接長度不得小于15 cm；將防水板、止水帶連接時(shí)，可將防水板表面清潔后，直接通過黏結(jié)的方式安裝止水帶。在此期間，止水帶需要根據(jù)隧道內(nèi)施工縫布置，外漏長度應(yīng)符合鐵路隧道防水需求，以及鐵路隧道施工技術(shù)方案。若采用中埋式止水帶，施工人員應(yīng)使用夾具，分別安裝在隧道仰拱邊墻處、混凝土襯砌頂端，并以施工縫隙為中心點(diǎn)分別向兩側(cè)埋設(shè)；埋設(shè)完畢后澆筑混凝土，但應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土澆筑、振搗時(shí)的沖擊力[5]。

4.2 及時(shí)規(guī)范隧道工程排水作業(yè)

排水作業(yè)是鐵路隧道工程中的重要施工環(huán)節(jié)，是預(yù)防、減少鐵路隧道施工技術(shù)缺陷的手段之一，對(duì)防范隧道滲漏風(fēng)險(xiǎn)意義重大。對(duì)此，相關(guān)人員應(yīng)結(jié)合鐵路隧道工程的整體設(shè)計(jì)分析該工程項(xiàng)目的特點(diǎn)，然后在隧道中心位置設(shè)置排水溝，為避免周圍溫度對(duì)排水溝的影響，還應(yīng)使排水溝深度低于凍結(jié)位置。此外，隧道進(jìn)出口區(qū)域應(yīng)設(shè)置坡道，坡道長度為隧道總長度的2%，隧道運(yùn)營過程中，該區(qū)域可作為集水坑，及時(shí)采集、排出隧道內(nèi)部的水。隧道施工完畢后，施工人員可直接使用抽水裝置轉(zhuǎn)移隧道內(nèi)的水，并借助外部坡道的重力促進(jìn)隧道排水，控制抽水裝置運(yùn)行時(shí)的負(fù)荷[6]。

4.3 完善隧道洞口開挖方案

洞口開挖屬于鐵路隧道施工的基礎(chǔ)工作，完善隧道洞口開挖方案是為規(guī)范隧道施工流程，夯實(shí)隧道工程質(zhì)量管理基礎(chǔ)。具體技術(shù)方案如下：

1）開挖隧道洞口時(shí)應(yīng)與周圍的相鄰工程集中規(guī)劃，洞口石方可采用淺孔小臺(tái)階爆破法，洞口邊坡、仰坡開挖時(shí)可應(yīng)用預(yù)留光爆層法。

2）正式開挖隧道洞口邊坡時(shí)，需要提前進(jìn)行支護(hù)，并布設(shè)格構(gòu)網(wǎng)進(jìn)行安全防護(hù)。

3）回填明洞時(shí)，應(yīng)確保混凝土強(qiáng)度100%達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，混凝土每層厚度應(yīng)小于0.3 m，明洞兩層填筑的混凝土高差需保持在0.5 m 內(nèi)。鐵路隧道施工技術(shù)中，隧道洞口開挖的實(shí)際工藝包括全斷面開挖法、中隔壁開挖法、下導(dǎo)洞前開挖法等類型，開挖過程中隧道周圍硬圍巖、中硬巖的炮眼痕跡保存率應(yīng)大于80%[7]。

4.4 重視隧道支護(hù)施工管理

鐵路隧道工程項(xiàng)目中，隧道支護(hù)是隧道施工技術(shù)方案的核心內(nèi)容，該項(xiàng)施工作業(yè)關(guān)系著鐵路隧道施工的安全性與可靠性。施工人員還應(yīng)重視隧道支護(hù)施工管理，規(guī)范地應(yīng)用鐵路隧道施工技術(shù)。隧道支護(hù)施工時(shí)，應(yīng)詳細(xì)記錄噴錨支護(hù)過程，以及噴射混凝土后混凝土的厚度、實(shí)際強(qiáng)度、混凝土結(jié)構(gòu)平整度等關(guān)鍵數(shù)據(jù)[8]。

為有效應(yīng)對(duì)混凝土強(qiáng)度不足這一常見缺陷，噴射混凝土?xí)r，所選用的混凝土膠凝材料使用量應(yīng)大于400 kg/m3，混凝土速凝劑的使用量應(yīng)小于水泥含量的5%，且噴射混凝土的實(shí)際坍落度應(yīng)控制在8～13 cm。所選用的混凝土噴射裝置應(yīng)具有較強(qiáng)的密封性，能夠持續(xù)、均勻地輸送混凝土混合料。初期支護(hù)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)混凝土表面平整度、混凝土厚度的管理，并且為保障混凝土強(qiáng)度，還應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土的配比，使混凝土性能符合鐵路隧道的施工要求。

布設(shè)錨桿時(shí)，鐵路隧道施工使用的錨桿類型包括預(yù)應(yīng)力錨桿、全長式黏結(jié)型錨桿、自鉆式錨桿等。各個(gè)錨桿桿體的抗拉力應(yīng)大于180 kN，錨桿孔深度應(yīng)比錨桿設(shè)計(jì)長度＞10 cm。正式安裝錨桿時(shí)，應(yīng)使用置中器安裝錨桿，錨桿砂漿的保護(hù)層厚度應(yīng)超過10 mm。注漿時(shí)若中途間歇時(shí)間超過30 min，則需要使用水潤滑錨桿管路，注漿過程中錨桿需要插入鉆孔內(nèi)部50～100 mm 處，注入砂漿后緩慢地將注漿管均速拔出。我國鐵路隧道工程中全長式黏結(jié)型錨桿應(yīng)用較為廣泛，但為優(yōu)化該類錨桿的受力條件，錨桿支護(hù)施工時(shí)還應(yīng)在錨桿兩端布設(shè)墊板和錨頭[9]。

4.5 靈活應(yīng)用鐵路隧道施工技術(shù)

相較于其他工程項(xiàng)目，鐵路隧道工程所處的環(huán)境較為復(fù)雜，可能會(huì)面臨特殊巖土、不良地質(zhì)。為避免因特殊地段引起隧道工程的質(zhì)量缺陷，還應(yīng)靈活應(yīng)用鐵路隧道施工技術(shù)。對(duì)于軟弱易破碎的圍巖，開挖隧道時(shí)還應(yīng)提前通過超前鉆孔的方式，用注漿堵水的方式限量排水，若隧道工程的實(shí)際埋深處于20 m 內(nèi)，可通過地表注漿的方式為隧道開挖打好基礎(chǔ)。巖溶隧道施工過程中，隧道開挖應(yīng)堅(jiān)持多打眼，打淺眼的基本原則，穿越隧道內(nèi)堆積物時(shí)，需要提前通過超前預(yù)支護(hù)的方式加固隧道。隧道支護(hù)施工設(shè)計(jì)原則與圍巖級(jí)別息息相關(guān)。

5 結(jié)語

綜上所述，為了有效應(yīng)用鐵路隧道施工技術(shù)，提升鐵路隧道施工效率。相關(guān)人員應(yīng)深入分析隧道施工技術(shù)缺陷的誘發(fā)原因，然后擬定針對(duì)性地改進(jìn)措施，解決隧道工程建設(shè)中的現(xiàn)存問題，以此保證鐵路隧道施工能夠達(dá)到相關(guān)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；利用更為完善的隧道施工技術(shù)方案，增強(qiáng)隧道工程安全性能，減少鐵路隧道上安全事故發(fā)生的概率，同時(shí)通過降低隧道施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，控制隧道工程后期維護(hù)的成本開支，為我國鐵路隧道建設(shè)事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造有利條件。