鐵路隧道施工技術(shù)常見(jiàn)缺陷及改進(jìn)措施分析

尉曉波

(中鐵十六局集團(tuán)第五工程有限公司,河北 唐山 063000)

1 鐵路隧道工程施工建設(shè)特點(diǎn)

鐵路隧道施工建設(shè)現(xiàn)場(chǎng),襯砌背后脫空、襯砌密實(shí)度不足、施工縫破損或錯(cuò)臺(tái)等問(wèn)題時(shí)有發(fā)生。因此,工程建設(shè)者應(yīng)采取更為有效的施工控制手段,盡可能提高建設(shè)環(huán)節(jié)的作業(yè)水平,避免因后續(xù)的缺陷修復(fù)而消耗大量時(shí)間與成本。

1.1 施工工序較為復(fù)雜

鐵路隧道工程施工作業(yè)涵蓋多種工序與作業(yè)段,這些工種之間相互配合銜接,是確保隧道建設(shè)穩(wěn)定實(shí)施的關(guān)鍵。此外,隧道作業(yè)區(qū)域的工作面十分狹窄,區(qū)域內(nèi)部作業(yè)器械眾多,開(kāi)挖以及襯砌鋪設(shè)環(huán)節(jié)涉及大規(guī)模進(jìn)料、出渣等運(yùn)輸活動(dòng),這就讓現(xiàn)場(chǎng)施工難度進(jìn)一步增加。此外,鐵路施工工程的進(jìn)度控制與質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)較高,施工單位需結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境以及施工建設(shè)標(biāo)準(zhǔn),提前做好相關(guān)規(guī)劃,但隧道作業(yè)帶有很強(qiáng)的不可控性,作業(yè)段經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)突發(fā)危險(xiǎn),這也同樣加大施工作業(yè)的安全管理難度。

1.2 施工作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣

鐵路隧道施工建設(shè)環(huán)節(jié),巖層、水文等條件因素的變化將直接改變現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)秩序。此外,鐵路隧道施工建設(shè)需使用多種機(jī)械設(shè)備,隧道內(nèi)部空間狹窄,無(wú)論是空氣流動(dòng)水平還是光照條件,均難以得到有效保障,進(jìn)一步加大現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)以及質(zhì)量管理工作難度[1]。隧道開(kāi)挖環(huán)節(jié),作業(yè)人員也要對(duì)隧道坍塌、涌水、瓦斯泄漏等問(wèn)題進(jìn)行防范,即便防護(hù)手段再全面,也很難保證現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的絕對(duì)安全,一旦出現(xiàn)突發(fā)情況,很容易造成施工人員傷亡,嚴(yán)重影響鐵路隧道建設(shè)作業(yè)整體發(fā)展。

2 鐵路隧道施工環(huán)節(jié)存在的缺陷

2.1 襯砌結(jié)構(gòu)厚度不足或存在脫空以及密實(shí)度不足現(xiàn)象

導(dǎo)致襯砌結(jié)構(gòu)厚度不足或脫空現(xiàn)象出現(xiàn)的因素有很多,依照鐵路施工作業(yè)工序與技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀,主要可分為以下幾點(diǎn)。

(1)隧道作業(yè)面爆破設(shè)計(jì)存在缺陷

隧道開(kāi)挖作業(yè)過(guò)程中,為保證建設(shè)進(jìn)度,施工人員經(jīng)常需要在作業(yè)掌子面進(jìn)行爆破,一旦爆破設(shè)計(jì)存在缺陷,工程人員未能對(duì)作業(yè)面以及周邊圍巖的巖石結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確分析,巖石完整度不足,或遭遇軟弱圍巖地段。而現(xiàn)場(chǎng)爆破管理人員卻來(lái)不及進(jìn)行具體的參數(shù)調(diào)整,很容易造成隧道開(kāi)挖輪廓平整度較差,存在凸凹不平或棱角現(xiàn)象。

隧道開(kāi)挖環(huán)節(jié),若工程團(tuán)隊(duì)在隧道初期支護(hù)工序的控制強(qiáng)度不高,支護(hù)技術(shù)不夠規(guī)范,亦或是噴射混凝土前未能進(jìn)行測(cè)量復(fù)核,欠挖部位沒(méi)有進(jìn)行有效處理,隧道輪廓凹凸不平區(qū)域沒(méi)有及時(shí)噴射混凝土進(jìn)行處理,則后續(xù)襯砌鋪設(shè)環(huán)節(jié)將很難保證其質(zhì)量與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

(3)防水板未能及時(shí)固定

隧道工程作業(yè)期間,若防水板固定強(qiáng)度不夠,沒(méi)有按照要求預(yù)留足夠的松鋪系數(shù),則混凝土澆筑完成后,防水板與初支面之間的貼合度將會(huì)受到影響,密實(shí)度不足,最終影響到隧道防水效果,破壞工程建設(shè)穩(wěn)定性,甚至?xí)斐伤淼朗褂脡勖鳒p。

(4)混凝土澆筑控制不合理

隧道混凝土澆筑期間,工程人員應(yīng)對(duì)澆筑技術(shù)進(jìn)行科學(xué)管控,若未能按照要求進(jìn)行振搗,亦或是混凝土輸送環(huán)節(jié)出現(xiàn)堵管現(xiàn)象,都會(huì)影響到混凝土澆筑質(zhì)量。此外,當(dāng)混凝土澆筑隧道拱頂位置時(shí),一旦混凝土塌落度沒(méi)有進(jìn)行調(diào)整,則拱頂位置的混凝土密室效果將受到影響,襯砌背后脫空問(wèn)題將難以避免。

(5)拱頂壓漿作業(yè)控制不合理

混凝土澆筑環(huán)節(jié),拱頂壓漿作業(yè)意義重大,若現(xiàn)場(chǎng)施工人員技術(shù)水平不足,作業(yè)經(jīng)驗(yàn)存在欠缺,當(dāng)混凝土澆筑到拱頂位置時(shí),未能及時(shí)向混凝土拌和站提供相應(yīng)的補(bǔ)方數(shù)據(jù),亦或是在未仔細(xì)分析的情況下主觀(guān)認(rèn)為已澆筑完成[2]。此時(shí),拱頂位置二襯厚度將無(wú)法滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)范,脫空現(xiàn)象隨之出現(xiàn)。

(6)過(guò)早拆管導(dǎo)致二襯脫空

為了對(duì)水壓進(jìn)行有效的監(jiān)督，對(duì)子系統(tǒng)進(jìn)行保壓，保證試水的工作能夠順利的進(jìn)行，建筑中和室內(nèi)的管道相貼合的地方定是要進(jìn)行壓力表的安裝。與此同時(shí)，在進(jìn)行消防栓安裝時(shí)務(wù)必要考慮的是消防栓與外墻之間的距離，一定要確保二者之間的距離是在5～40m間，同時(shí)和路旁的距離要設(shè)置在2m之內(nèi)[4]。除此之外，以雙速風(fēng)機(jī)在控制上的理念作為依據(jù)，在控制箱的上方進(jìn)行手動(dòng)和自動(dòng)按鍵開(kāi)關(guān)的設(shè)置，低速和停高以及地啟排風(fēng)擋的設(shè)計(jì)也需要是健全的，從而使在低俗運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)火災(zāi)的信號(hào)可以及時(shí)、準(zhǔn)確捕捉到，促進(jìn)排煙擋高速的運(yùn)轉(zhuǎn)，為了使消防的安裝變得更加有效，進(jìn)行施工的時(shí)候?qū)χ绷鏖_(kāi)關(guān)的實(shí)驗(yàn)是必不可少的。

二襯混凝土未初凝前,工程人員過(guò)早拆管,此時(shí),混凝土自身穩(wěn)定性很差,拆管后混凝土將會(huì)下落并形成漏斗,這種作業(yè)行為也會(huì)導(dǎo)致二襯脫空問(wèn)題。因此,拆管時(shí)間應(yīng)合理控制,針對(duì)混凝土配比參數(shù),做好初凝試驗(yàn)工作,依照現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境掌握更為合理初凝時(shí)間點(diǎn)。

(7)混凝土配合比不佳

混凝土澆筑環(huán)節(jié),不同位置的混凝土在水灰比以及塌落度等方面的要求存在一定差異,若混凝土施工配合比水灰比超出設(shè)計(jì)規(guī)范,混凝土塌落度過(guò)大,亦或是混凝土澆筑振搗不足。此時(shí),混凝土因自重下沉,其收縮形變也將超出工程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),最終導(dǎo)致襯砌后部以及混凝土內(nèi)部出現(xiàn)空隙。

(8)混凝土內(nèi)部空氣未能及時(shí)排出

混凝土內(nèi)部空氣問(wèn)題也是影響混凝土澆筑質(zhì)量的關(guān)鍵因素,尤其是在拱頂澆筑期間,拱頂?shù)幕炷烈蚱渌幍目臻g十分狹小,混凝土內(nèi)部氣泡很難通過(guò)常規(guī)手段排出,若施工人員未能采取有效措施,混凝土內(nèi)部空隙現(xiàn)象將普遍存在,無(wú)論是結(jié)構(gòu)強(qiáng)度還是防水能力都將受到很大破壞。

2.2 施工縫錯(cuò)臺(tái)或破損現(xiàn)象

施工縫破損也是當(dāng)前鐵路隧道施工建設(shè)期間的常見(jiàn)弊病?，F(xiàn)場(chǎng)作業(yè)期間,若施工縫位置未能按照要求設(shè)置鋼筋,施工縫模板端頭存在漏筋少筋問(wèn)題,亦或是混凝土澆筑環(huán)節(jié)振搗控制不當(dāng),施工縫位置的混凝土密實(shí)度不滿(mǎn)足要求,都會(huì)導(dǎo)致施工縫出現(xiàn)破損現(xiàn)象。此外,鐵路隧道施工作業(yè)空間狹小,現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)器械眾多,若施工管理不當(dāng),施工縫處理環(huán)節(jié)也很容易出現(xiàn)人為破壞問(wèn)題。從技術(shù)以及現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)角度分析,鐵路隧道曲線(xiàn)下,襯砌臺(tái)車(chē)與上一版二襯搭接時(shí)沒(méi)有緊密貼合,或是工程人員在使用襯砌臺(tái)車(chē)時(shí)沒(méi)有進(jìn)行精準(zhǔn)定位與測(cè)量,混凝土澆筑前也沒(méi)有進(jìn)行校核作業(yè),則襯砌作業(yè)環(huán)節(jié)的精度控制將成為隱患。同時(shí),模板臺(tái)車(chē)固定不牢,混凝土澆筑環(huán)節(jié)也會(huì)出現(xiàn)模板移位現(xiàn)象,在此條件下,施工縫控制將很難滿(mǎn)足初始預(yù)期與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 隧道襯砌結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫問(wèn)題

鐵路隧道襯砌結(jié)構(gòu)建設(shè)期間,導(dǎo)致襯砌結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的原因有很多中,根據(jù)當(dāng)前鐵路隧道建設(shè)模式,可分為以下幾點(diǎn)。

圖1 隧道作業(yè)設(shè)備

(1)混凝土水化控制不佳

混凝土澆筑后,伴隨著水化反應(yīng)的持續(xù)發(fā)生,混凝土內(nèi)部將產(chǎn)生大量熱能,混凝土水分散失速度加快,加之混凝土導(dǎo)熱性能很差,很容易出現(xiàn)干縮裂縫與溫度裂縫。

(2)現(xiàn)場(chǎng)操作與施工技術(shù)存在問(wèn)題

襯砌施工期間,若作業(yè)人員未能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)混凝土配合比以及相關(guān)作業(yè)技術(shù)手段進(jìn)行調(diào)整,亦或是混凝土輸送環(huán)節(jié)隨意加水,混凝土澆筑過(guò)程振搗不規(guī)范,也會(huì)導(dǎo)致混凝土自身性質(zhì)出現(xiàn)改變,勻質(zhì)性差。

3 鐵路隧道施工環(huán)節(jié)常見(jiàn)技術(shù)缺陷的改進(jìn)措施

3.1 注重超挖與欠挖現(xiàn)象的合理管控

鐵路隧道開(kāi)挖環(huán)節(jié),工程人員應(yīng)對(duì)開(kāi)挖量進(jìn)行管控,一旦開(kāi)挖尺寸超出設(shè)計(jì)規(guī)范,其不僅會(huì)增加出渣量以及襯砌施工作業(yè)量,造成施工作業(yè)周期延長(zhǎng),也會(huì)導(dǎo)致施工建設(shè)材料投入增加,工程造價(jià)提高。因此,工程團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖量進(jìn)行合理管控,重點(diǎn)實(shí)施初始平整度控制,從而減少混凝土澆筑消耗[3]。針對(duì)施工作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)存在的不穩(wěn)定因素,施工建設(shè)單位與項(xiàng)目部門(mén)應(yīng)成為超前挖控制小組,嚴(yán)格控制隧道開(kāi)挖環(huán)節(jié),在每一個(gè)循環(huán)開(kāi)挖作業(yè)期間,應(yīng)對(duì)輪廓線(xiàn)測(cè)量、爆破參數(shù)等進(jìn)行優(yōu)化,從而確保開(kāi)挖后的隧道輪廓與初始預(yù)期保持一致。初期支護(hù)完成后,工程技術(shù)人員應(yīng)及時(shí)進(jìn)行斷面數(shù)據(jù)掃描工作,以此為基礎(chǔ),指導(dǎo)后續(xù)開(kāi)挖工作。此外,現(xiàn)場(chǎng)管理環(huán)節(jié)也要落實(shí)包保管理制度,注重每一個(gè)細(xì)節(jié)的把關(guān)與監(jiān)控,每一個(gè)開(kāi)挖循環(huán)都要進(jìn)行具體的數(shù)據(jù)分析,每日作業(yè)數(shù)據(jù)也要進(jìn)行有效整理,從而保證施工質(zhì)量,并有效控制作業(yè)混凝土消耗。

3.2 針對(duì)初期支護(hù)表面不平整區(qū)域進(jìn)行改良

施工建設(shè)環(huán)節(jié),針對(duì)初期支護(hù)表面不平整區(qū)域,工程團(tuán)隊(duì)可采用混凝土噴射法進(jìn)行修補(bǔ),必要時(shí)可搭設(shè)錨桿、掛網(wǎng)等,確?；炷羾娚洵h(huán)節(jié)的作業(yè)水平,并同步控制個(gè)別巖石突出現(xiàn)象,其欠挖數(shù)據(jù)不能超過(guò)5 cm,從而保證后續(xù)防水板鋪設(shè)工作的穩(wěn)定進(jìn)行,避免因隧道輪廓凹凸不平而出現(xiàn)襯砌背后脫空問(wèn)題。

3.3 改進(jìn)二襯混凝土澆筑到拱頂位置時(shí)的技術(shù)工藝

二襯混凝土澆筑到隧道拱頂位置時(shí),現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)管理人員應(yīng)及時(shí)調(diào)整混凝土塌落度,可采取液位繼電法,在襯砌模板臺(tái)車(chē)拱頂位置設(shè)置五組液位繼電器防空洞裝置,并沿著拱頂均勻布置。當(dāng)襯砌混凝土澆筑到指定位置時(shí),因混凝土自身也是一種導(dǎo)電材料,相連位置將會(huì)連通,液位繼電器進(jìn)入工作狀態(tài),配合聲光報(bào)警器,可及時(shí)提醒現(xiàn)場(chǎng)工作人員。此外,作業(yè)環(huán)節(jié)可在拱頂位置設(shè)置觀(guān)察孔,實(shí)時(shí)觀(guān)察混凝土澆筑高度,幫助作業(yè)人員判斷混凝土澆筑結(jié)束時(shí)間點(diǎn),并保證拱頂位置混凝土的填充效果與密實(shí)度。

3.4 強(qiáng)化施工作業(yè)人員管理

工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)表明,人為因素是導(dǎo)致鐵路隧道施工質(zhì)量問(wèn)題的首要來(lái)源,因此,建設(shè)單位應(yīng)采取合理的獎(jiǎng)懲措施,注重現(xiàn)場(chǎng)施工人員與管理人員的管理效能,激發(fā)其責(zé)任心與質(zhì)量意識(shí)。如,襯砌作業(yè)期間,若后續(xù)質(zhì)量審查環(huán)節(jié)未發(fā)現(xiàn)任何質(zhì)量問(wèn)題,建設(shè)單位應(yīng)給予現(xiàn)場(chǎng)工作團(tuán)隊(duì)一定的獎(jiǎng)勵(lì),反之則要給予必要的懲罰,以經(jīng)濟(jì)利益為切入點(diǎn),讓鐵路隧道現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的每一位人員均具備必要的規(guī)范理念與作業(yè)積極性,盡可能減少因隧道缺陷后實(shí)施的后期處理工作量。

3.5 針對(duì)部分作業(yè)缺陷進(jìn)行科學(xué)處理

(1)鐵路隧道作業(yè)期間,若部分區(qū)域存在欠厚或強(qiáng)度不足的問(wèn)題,質(zhì)量審查人員應(yīng)根據(jù)具體的欠厚程度,實(shí)施分級(jí)驗(yàn)證,以確保隧道整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與使用功能為最終目標(biāo),在修復(fù)缺陷的同時(shí),避免出現(xiàn)襯砌大量拆換現(xiàn)象。(2)針對(duì)襯砌背后脫空以及密實(shí)度不足的作業(yè)區(qū)域,若判定為二襯欠厚或強(qiáng)度不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)范,則要進(jìn)行拆除工作。若拱頂位置存在脫空現(xiàn)象,襯砌拆除時(shí)應(yīng)以拱頂144°為標(biāo)準(zhǔn)范圍,對(duì)舊混凝土進(jìn)行拆除,并重新進(jìn)行混凝土澆筑,確保其厚度與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)。如果存在二襯欠厚,但是混凝土強(qiáng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),襯砌背后存在脫空、空洞,則工程人員可采取注漿補(bǔ)充處理,若發(fā)現(xiàn)空洞體積超過(guò)1.5 m3,則要依照工程所處區(qū)域的地址狀況以及工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn),具體分析改進(jìn)與補(bǔ)充措施。(3)若施工建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)存在混凝土密實(shí)度不足的現(xiàn)象,工程團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)首先進(jìn)行鉆孔作業(yè),對(duì)密實(shí)度進(jìn)行驗(yàn)證,確定缺陷范圍,針對(duì)二襯欠厚以及強(qiáng)度不足的區(qū)域進(jìn)行拆除,并重新進(jìn)行襯砌鋪設(shè)以及混凝土澆筑。(4)若隧道施工冷縫存在缺陷,其處理過(guò)程應(yīng)以混凝土結(jié)構(gòu)以及冷縫儲(chǔ)量進(jìn)行判定,如果襯砌拱頂位置存在一條施工冷縫缺陷,則應(yīng)依照非結(jié)構(gòu)性縫隙整治方案進(jìn)行優(yōu)化與調(diào)整。若存在兩條或兩條以上施工冷縫缺陷,工程人員則要拆除舊混凝土并重新澆筑。(5)隧道施工縫應(yīng)采取無(wú)損檢測(cè)技術(shù),依照具體情況落實(shí)相應(yīng)的處理對(duì)策。如果施工縫存在錯(cuò)臺(tái),但是其結(jié)構(gòu)層面不存在裂縫或凈空現(xiàn)象,強(qiáng)度層面也滿(mǎn)足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),則該處缺陷可不進(jìn)行拆除處理,只要對(duì)缺陷位置進(jìn)行打磨即可。(6)若隧道施工縫存在破損現(xiàn)象,其修復(fù)過(guò)程應(yīng)按照具體的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行調(diào)整,主要檢查隧道結(jié)構(gòu)性與功能性層面的要求,如果這兩項(xiàng)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)范,只是觀(guān)感質(zhì)量方面存在不足,則工程人員可將破損位置進(jìn)行鑿除,并使用打磨機(jī)對(duì)松動(dòng)混凝土塊或砂漿塊進(jìn)行打磨[4]。若破損深度較大,縫隙寬度超過(guò)20 cm,則要針對(duì)性采取拆換作業(yè),對(duì)缺陷位置進(jìn)行徹底修復(fù)。(7)襯砌裂縫處理環(huán)節(jié),工程人員也要判斷裂縫是否為結(jié)構(gòu)性,如果是結(jié)構(gòu)性裂縫,則襯砌的整體性以及后續(xù)使用期間的安全性將受到嚴(yán)重影響,建設(shè)單位必須對(duì)其進(jìn)行拆除重建工作。若縫隙為非結(jié)構(gòu)性,則要針對(duì)縫隙的具體寬度與深度進(jìn)行檢測(cè)分析,如果寬度不超過(guò)0.2 mm,可通過(guò)涂抹滲透性防水材料進(jìn)行修補(bǔ),如果超過(guò)0.2 mm,則應(yīng)采用環(huán)氧樹(shù)脂或水泥砂漿等滲透材料,沿著縫隙邊緣鉆孔灌注。襯砌縫隙整治完成后,也要在其表面涂抹與周邊混凝土同色的涂料,從而保證整體美觀(guān)度。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上,鐵路隧道施工建設(shè)所面臨的挑戰(zhàn)與影響因素眾多,施工難度很大,若某一環(huán)節(jié)存在問(wèn)題,隧道建設(shè)質(zhì)量將受到巨大影響。因此,工程團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)結(jié)合當(dāng)前鐵路隧道建設(shè)常見(jiàn)問(wèn)題,廣泛落實(shí)相關(guān)技術(shù)改進(jìn)策略,注重現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)規(guī)范性,強(qiáng)化人員與作業(yè)秩序管控,并對(duì)已存在的缺陷進(jìn)行具體分析,尋找更為恰當(dāng)?shù)男扪a(bǔ)方式,提高鐵路隧道的建設(shè)水平以及運(yùn)營(yíng)使用期間的社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。