鐵路隧道二襯脫空原因分析及防治研究

陳勝、王軍

（1.中國(guó)鐵路南寧局集團(tuán)有限公司建設(shè)部，廣西 南寧 530029；2.中鐵四局集團(tuán)有限公司第七工程分公司，安徽 合肥 230000）

0 引言

當(dāng)前我國(guó)鐵路隧道二襯施工中，由于施工設(shè)備、工裝、技術(shù)及管理水平的差異，導(dǎo)致二次襯砌后方脫空現(xiàn)象頻發(fā)，部分隧道還存在著拱頂脫空、襯砌厚度偏薄等問題。二次襯砌后方脫空會(huì)引起圍巖支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力變化，特別是在盾構(gòu)法施工過程中出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，會(huì)嚴(yán)重影響盾構(gòu)施工及鐵路交通的正常運(yùn)行。所以，要對(duì)隧道二次襯砌后方脫空的原因展開剖析，并提出有針對(duì)性的防治對(duì)策，這對(duì)于強(qiáng)化鐵路隧道二襯建設(shè)質(zhì)量、解決隧道工程中存在的問題、確保通車后的運(yùn)行安全有著非常重大的意義。

1 鐵路隧道二襯施工質(zhì)控要點(diǎn)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，鐵路隧道建設(shè)也隨之迅速壯大。然而，由于國(guó)內(nèi)地質(zhì)條件復(fù)雜、施工水平參差不齊等原因，許多鐵路隧道都存在著二襯脫空現(xiàn)象。為了避免這種情況發(fā)生，提出隧道二襯脫空原因分析及防治對(duì)策。鐵路隧道二襯施工質(zhì)控作為決定工程整體質(zhì)量的主要因素，其要點(diǎn)包括以下六個(gè)方面：

其一，施工前的準(zhǔn)備工作。在進(jìn)行隧道二襯施工前，需要做好充分的準(zhǔn)備工作。包括清理施工現(xiàn)場(chǎng)、確定施工方案、準(zhǔn)備施工材料和設(shè)備等，確保施工區(qū)域的穩(wěn)定性和安全性。在施工前應(yīng)對(duì)施工區(qū)域進(jìn)行全面勘察，包括地質(zhì)條件、地下水位等情況，確保施工方案的合理性和可行性。

其二，施工材料的質(zhì)量控制。對(duì)于鐵路隧道二襯施工，常用的材料有混凝土、鋼筋、防水材料等。在施工過程中，需要對(duì)這些材料進(jìn)行質(zhì)量控制，包括材料的檢測(cè)和試驗(yàn)，確保其達(dá)到相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和要求[1]。

其三，施工工藝的控制。施工過程中，需要按照相關(guān)的工藝要求進(jìn)行施工，包括混凝土澆筑、鋼筋連接、防水處理等。施工工藝應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，確保工藝的正確和施工質(zhì)量的穩(wěn)定。

其四，施工設(shè)備的使用和維護(hù)。施工過程中需要使用各種設(shè)備和機(jī)械，如混凝土攪拌機(jī)、起重機(jī)等。對(duì)于這些設(shè)備，相關(guān)工作人員需要進(jìn)行定期的檢查和維護(hù)，確保其正常運(yùn)行和安全可靠。

其五，施工現(xiàn)場(chǎng)的管理。對(duì)于隧道二襯施工，施工現(xiàn)場(chǎng)的管理尤為重要。需要對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行科學(xué)組織，確保施工安全和秩序。同時(shí)，還需要對(duì)施工人員進(jìn)行培訓(xùn)，提高其安全意識(shí)和技術(shù)水平。

其六，施工質(zhì)量的監(jiān)督和檢驗(yàn)。包括對(duì)混凝土、鋼筋等施工材料及其施工工藝的檢驗(yàn)等。在進(jìn)行隧道二襯施工時(shí)，需要按照合理的工藝進(jìn)行混凝土澆筑、鋼筋安裝等施工。材料的選擇應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求和標(biāo)準(zhǔn)，并且具有良好的耐久性和承載力，以確保施工質(zhì)量[2]。

施工過程中，一是需要采取必要的安全措施，以保證施工人員的安全。包括穿戴安全裝備、遵守作業(yè)規(guī)程等。二是需要嚴(yán)格控制施工進(jìn)度。包括制訂合理的施工計(jì)劃、合理調(diào)配人力物力等，確保施工按時(shí)完成。三是需要做好施工記錄和報(bào)告，包括記錄施工過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和質(zhì)量控制情況，并及時(shí)向相關(guān)部門進(jìn)行報(bào)告和反饋。只有嚴(yán)格按照要求進(jìn)行施工，才能確保隧道二襯的質(zhì)量和安全性，為鐵路運(yùn)營(yíng)提供可靠的保障。

2 鐵路隧道二襯缺陷的成因分析

一是初始投入未到位造成的鐵路隧道二襯脫空。在施工中，為了降低混凝土噴射量，往往采取人工支撐、填充等措施，從而產(chǎn)生了初支孔隙，并最終引起鐵路隧道二襯混凝土背面剝落。這種人為形成的初支孔隙多出現(xiàn)在前期建設(shè)的隧道中，隨著現(xiàn)代隧道探測(cè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，該問題已越來越少。

二是由于不能正確安裝防水面板而造成的漏斗。當(dāng)巷道初始支護(hù)表面平整度較差時(shí)，如果錨桿片懸掛的松弛程度不足，會(huì)使錨桿片與初始支護(hù)接觸不緊密，從而在錨桿片后方產(chǎn)生空洞；如果防水板懸吊過于松散，在二次襯砌過程中，會(huì)因?yàn)楸粩D壓而產(chǎn)生折痕，折痕部位會(huì)形成間隙，造成二次襯砌脫落。在初期施工過程中，如果防水面板后方的錨固點(diǎn)數(shù)量不足，在鐵路隧道二襯混凝土澆筑過程中受到撞擊時(shí)，防水面板也會(huì)掉落，從而引起鐵路隧道二襯脫空[3]。

三是由于二次襯砌和模架造成的滑落。鐵路隧道二襯臺(tái)車基座支承不當(dāng)，導(dǎo)致鐵路隧道二襯，混凝土在灌漿過程中或灌漿結(jié)束后，發(fā)生變形和沉降，形成鐵路隧道二襯拱凹陷，鐵路隧道二襯的?？蜻B接不緊密，造成漏漿和漏模，以及混凝土未凝固時(shí)由于自身重量而沉降，造成鐵路隧道二襯底板脫落。

四是鐵路隧道二次襯砌施工時(shí)出現(xiàn)的脫?，F(xiàn)象。二次襯砌施工過程中，由于臺(tái)車布孔開度不統(tǒng)一，造成布孔不均勻、振搗不緊實(shí)，不得不在澆筑完后用附加振動(dòng)器進(jìn)行振搗，導(dǎo)致混凝土沉降，從而造成拱頂脫落；在下段鐵路隧道二襯施工過程中，因混凝土澆筑段的循環(huán)通風(fēng)口發(fā)生阻塞，在鐵路隧道二襯拱部位產(chǎn)生氣泡，導(dǎo)致鐵路隧道二襯后壁出現(xiàn)空腔，二次襯砌施工中，如果混凝土澆筑不及時(shí)、和易性不好，或振動(dòng)不當(dāng)，都會(huì)造成二次襯砌部位脫空[4]。

五是在施工過程中，由于拱頂灌漿管沒有埋入或在施工過程中發(fā)生阻塞，造成拱頂回填液的灌漿施工不能正常進(jìn)行。常規(guī)的拱頂灌漿施工是在鐵路隧道二襯混凝土結(jié)構(gòu)滿足要求后進(jìn)行，但由于灌漿管發(fā)生阻塞，從而導(dǎo)致鐵路隧道二襯拱頂出現(xiàn)孔隙。

六是其他因素所致的二次襯砌背面缺孔。鐵路隧道二襯混凝土在硬化過程中，會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而收縮變形，如果是利用人工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷，或者鐵路隧道二襯混凝土方量計(jì)算出現(xiàn)錯(cuò)誤等，都可能導(dǎo)致缺陷的產(chǎn)生。

3 鐵路隧道二襯缺陷的防治策略

3.1 注漿處理

注漿處理是一種常用的鐵路隧道二襯缺陷的防治策略。鐵路隧道二襯是指在隧道內(nèi)壁使用混凝土或鋼板等材料進(jìn)行加固，以增強(qiáng)隧道的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和抗壓能力。然而，由于施工能力、材料質(zhì)量或使用年限等原因，隧道二襯可能出現(xiàn)裂縫、脫落或滲水等問題，而這些缺陷如果不及時(shí)處理，會(huì)對(duì)隧道的安全運(yùn)行形成威脅。注漿處理是一種通過注入特定的漿液材料來修復(fù)隧道二襯缺陷的方法。該方法主要利用注漿材料的滲透性和充填性能，將漿液注入缺陷處，實(shí)現(xiàn)填補(bǔ)裂縫、加固脫落部分、阻止水滲透等目的。常用的注漿材料包括水泥漿、聚氨酯漿、環(huán)氧樹脂漿等[5]。

注漿處理的優(yōu)勢(shì)在于能夠針對(duì)不同類型的缺陷進(jìn)行精確修復(fù)。對(duì)于裂縫缺陷，可以選擇低黏度的注漿材料，利用其滲透性填充裂縫，增強(qiáng)鐵路隧道二襯的整體強(qiáng)度。對(duì)于脫落缺陷，可以選擇高填充性注漿材料，將其注入脫落部分，使其重新黏結(jié)于隧道壁上。對(duì)于滲水缺陷，可以選擇具有防水性能的注漿材料，將其注入滲水路徑，阻止水的進(jìn)入。在進(jìn)行注漿處理時(shí)，需要進(jìn)行充分的現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)和缺陷評(píng)估，確定缺陷的類型、位置和嚴(yán)重程度，選擇合適的注漿材料和注漿方式。注漿處理需要專業(yè)的施工團(tuán)隊(duì)和設(shè)備，以確保操作規(guī)范和質(zhì)量可控。

注漿處理的效果通常較為顯著，能夠有效修復(fù)隧道二襯的缺陷，提高隧道的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全運(yùn)行能力。注漿處理還具有施工周期短、成本相對(duì)較低的優(yōu)勢(shì)，能夠快速恢復(fù)隧道的使用功能，減少對(duì)鐵路運(yùn)輸?shù)挠绊?。然而，注漿處理也存在一些限制和注意事項(xiàng)。

一是注漿材料的選擇需要根據(jù)隧道二襯的材質(zhì)、缺陷類型和性質(zhì)來確定，以確保其與隧道材料和環(huán)境相容性良好，減少不必要的化學(xué)反應(yīng)和損害。

二是施工過程需要控制注漿壓力、流量和速度等參數(shù)，避免過度注漿導(dǎo)致鐵路隧道二襯破壞或局部應(yīng)力增大。

三是注漿處理后需要進(jìn)行嚴(yán)密的監(jiān)測(cè)和檢測(cè)，以確保處理效果符合預(yù)期，并及時(shí)采取調(diào)整措施。總體而言，注漿處理是一種有效的鐵路隧道二襯缺陷修復(fù)方法，可以快速、精確地修復(fù)各種類型的缺陷，提高隧道的安全性和可靠性。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，注漿處理在鐵路隧道維護(hù)和管理中將發(fā)揮越來越重要的作用[6]。

3.2 離縫、脫空處理

離縫和脫空是鐵路隧道二襯常見的缺陷問題，對(duì)此需要采取一系列的防治策略來保障隧道的安全和穩(wěn)定運(yùn)行。針對(duì)離縫問題，可以采取以下措施。

第一，定期進(jìn)行巡視和檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)離縫問題。

第二，加強(qiáng)施工質(zhì)量控制，確保鐵路隧道二襯的施工質(zhì)量，減少離縫問題的發(fā)生概率。

第三，采用適當(dāng)?shù)奶羁p材料進(jìn)行修補(bǔ)，對(duì)離縫較為嚴(yán)重的區(qū)域進(jìn)行加固處理，提高鐵路隧道二襯的整體穩(wěn)定性。

針對(duì)脫空問題，可以采取以下防治策略。一是加強(qiáng)隧道施工過程中的質(zhì)量控制，確保鐵路隧道二襯與地基的緊密貼合，減少脫空問題的出現(xiàn)概率。二是進(jìn)行定期檢測(cè)和維修，發(fā)現(xiàn)脫空問題及時(shí)修補(bǔ)，防止其擴(kuò)大。三是采用適當(dāng)?shù)难a(bǔ)充材料填充脫空部位，恢復(fù)鐵路隧道二襯的完整性。四是進(jìn)行加固處理，對(duì)脫空嚴(yán)重的區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)施工，提高鐵路隧道二襯的抗震和承載能力。除了以上防治策略，還應(yīng)加強(qiáng)管理和監(jiān)督，確保施工人員嚴(yán)格按照規(guī)范操作，杜絕施工過程中的疏忽和錯(cuò)誤。

同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)隧道使用過程中的監(jiān)測(cè)和維護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理隧道二襯的缺陷問題，避免出現(xiàn)嚴(yán)重的安全事故。在脫空帶內(nèi)，灌漿劑應(yīng)與原有的襯墊作為一個(gè)整體，以避免原有的襯墊落下或孤立地施加壓力。對(duì)于二次襯砌拱頂后方出現(xiàn)的空洞，原則上利用施工中預(yù)留的灌漿孔進(jìn)行灌漿處理；對(duì)于二次襯砌后拱和側(cè)壁出現(xiàn)的空洞，原則上采用打眼注漿的方法進(jìn)行回填。

還可以考慮引入新的技術(shù)手段來防治離縫和脫空問題。一種方法是采用攝像監(jiān)測(cè)技術(shù)，通過安裝攝像頭對(duì)隧道內(nèi)部進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)離縫和脫空問題并進(jìn)行修補(bǔ)。另一種方法是采用無損檢測(cè)技術(shù)，利用超聲波、電磁波等無損檢測(cè)方法，對(duì)鐵路隧道二襯進(jìn)行全面檢測(cè)，及早發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行修復(fù)。此外，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)施工人員的培訓(xùn)和技術(shù)指導(dǎo)，提高其施工技能和質(zhì)量意識(shí)，減少施工過程中的瑕疵和缺陷。同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)材料供應(yīng)商的監(jiān)督和管理，并對(duì)材料進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)和驗(yàn)收，確保其符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。隧道管理部門還應(yīng)建立健全隧道維護(hù)體系，制訂維護(hù)計(jì)劃，定期進(jìn)行隧道維護(hù)和檢修工作，及時(shí)解決離縫和脫空問題，以保障隧道的長(zhǎng)期安全運(yùn)營(yíng)。通過定期巡視、加強(qiáng)施工質(zhì)量管理、采用適當(dāng)?shù)奶羁p材料和補(bǔ)充材料、進(jìn)行加固處理、引入新的技術(shù)手段、加強(qiáng)管理和監(jiān)督以及建立健全維護(hù)體系等措施，可以有效防治隧道二襯的離縫和脫空問題，確保隧道的安全和穩(wěn)定運(yùn)行。

3.3 施工質(zhì)控及技術(shù)管理

鐵路隧道二襯缺陷的防治策略涉及施工質(zhì)控及技術(shù)管理方面的措施。在施工前應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的工程勘察和設(shè)計(jì)，并根據(jù)地質(zhì)情況選擇合適的鐵路隧道二襯結(jié)構(gòu)類型和材料，確保施工方案科學(xué)合理。在施工過程中，要嚴(yán)格按照施工規(guī)范和技術(shù)要求進(jìn)行操作，確保鐵路隧道二襯施工質(zhì)量和工藝達(dá)到設(shè)計(jì)要求。以下是具體的防治策略：

一是質(zhì)量控制。建立完善的質(zhì)量管理體系，要求包含施工質(zhì)量檢查、質(zhì)量驗(yàn)收、質(zhì)量追蹤等環(huán)節(jié)，確保鐵路隧道二襯施工質(zhì)量符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求。

二是施工技術(shù)管理。采用先進(jìn)的施工技術(shù)和設(shè)備，確保施工操作的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。同時(shí)，要加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)督和管理，確保施工人員技術(shù)合格、操作規(guī)范。

三是材料選擇。選擇符合標(biāo)準(zhǔn)的鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土等二襯材料。同時(shí)，要對(duì)材料進(jìn)行嚴(yán)格的檢測(cè)和試驗(yàn)，確保材料的質(zhì)量達(dá)到要求。

四是防水防腐。在鐵路隧道二襯施工中，要加強(qiáng)防水防腐工作，采用合適的防水材料和防腐涂料，確保鐵路隧道二襯的防水防腐性能。

五是定期檢測(cè)和維護(hù)。在隧道二襯施工完成后，要定期進(jìn)行檢測(cè)和維護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并修復(fù)鐵路隧道二襯的缺陷，防止其進(jìn)一步惡化。

4 結(jié)語

隨著我國(guó)鐵路建設(shè)的發(fā)展，對(duì)隧道施工提出更高要求，而對(duì)隧道二襯支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高其安全性和穩(wěn)定性，是鐵路建設(shè)中亟待解決的問題。為了使我國(guó)的鐵路交通達(dá)到更高的水平，本文對(duì)隧道二次襯砌背后脫空、回填不密實(shí)等質(zhì)量問題及其成因展開剖析，進(jìn)一步明確隧道二次襯砌混凝土施工質(zhì)量管理的重要性，并對(duì)相關(guān)防治技術(shù)進(jìn)行了研究，以期尋求改進(jìn)和完善，這對(duì)于提升隧道二次襯砌施工質(zhì)量、保證鐵路交通安全運(yùn)行有著十分重要的作用。