高速鐵路隧道襯砌施工質(zhì)量控制關(guān)鍵技術(shù)研究

岳先龍

（中鐵十二局集團(tuán)第四工程有限公司，西安 710000）

1 引言

隨著現(xiàn)代交通系統(tǒng)的快速發(fā)展，高速鐵路快速、高效和環(huán)保的交通特點(diǎn)正日益受到重視，其中，良好的高速鐵路隧道襯砌的施工質(zhì)量無(wú)疑是確保鐵路安全、穩(wěn)定和持久運(yùn)行的基石。因此，深入研究高速鐵路隧道襯砌施工的質(zhì)量控制關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)于推動(dòng)鐵路工程技術(shù)的進(jìn)步和保障公眾的安全至關(guān)重要。

2 襯砌施工過(guò)程及其重要性

2.1 襯砌的功能

襯砌在高速鐵路隧道工程中的主要功能是提供堅(jiān)固和持久的保護(hù)結(jié)構(gòu)，以支撐和維護(hù)軌道的穩(wěn)定，確保列車(chē)在任何氣候和使用條件下都能安全、平穩(wěn)地行駛。 襯砌作為隧道或開(kāi)挖部分的結(jié)構(gòu)元素， 可以有效防止周?chē)翆雍蛶r石對(duì)軌道造成不良影響。 高質(zhì)量的襯砌可以防止軌道因地震而位移，避免可能的列車(chē)脫軌事故，還能起到防水的作用，保護(hù)軌道免受積水的侵害[1]。

2.2 不同類(lèi)型的襯砌材料和設(shè)計(jì)

為確保工程的長(zhǎng)期穩(wěn)定性、耐久性和功能性需求，高速鐵路隧道襯砌結(jié)構(gòu)的選材和設(shè)計(jì)涉及多種因素。

不同的襯砌材料具有各自獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，因此，在選擇襯砌材料和進(jìn)行襯砌設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)， 必須仔細(xì)考慮與所在環(huán)境和預(yù)期使用條件的匹配性。 傳統(tǒng)的襯砌材料主要包括混凝土、磚和石材。其中，混凝土是最常用的襯砌材料之一。由于較高的壓縮強(qiáng)度和良好的耐久性， 混凝土在各種環(huán)境條件下都能提供穩(wěn)固的支撐。 現(xiàn)代混凝土材料還可以通過(guò)添加特殊的添加劑和纖維增強(qiáng)其抗?jié)B、 抗凍和抗腐蝕等性能。 磚材料，尤其是耐火磚，在過(guò)去某些特定的環(huán)境中被廣泛使用，如高濕度或高溫度環(huán)境， 但由于其在某些條件下的脆性和相對(duì)較低的抗壓強(qiáng)度，磚的應(yīng)用已逐漸受到限制。 石材，如花崗巖或砂巖，由于具有天然的均勻性和良好的耐候性，在某些高端或歷史性工程中仍然受到歡迎， 但高昂的成本和較大的加工難度使其在普通高速鐵路工程中的應(yīng)用較為有限。

襯砌設(shè)計(jì)除選擇合適的材料外，還需要考慮襯砌的厚度、接縫處理、加固方法，以及與其他結(jié)構(gòu)元素的接口等因素。 為防止水分積聚或侵蝕襯砌， 通常還需要設(shè)計(jì)有效的防水和排水系統(tǒng)。

3 高速鐵路隧道襯砌施工質(zhì)量控制關(guān)鍵技術(shù)研究

3.1 高精度測(cè)量與定位技術(shù)

襯砌的正確定位與精確測(cè)量直接關(guān)系到鐵路的運(yùn)行質(zhì)量和安全性。 為滿(mǎn)足高速鐵路隧道對(duì)襯砌的精度要求，必須采用先進(jìn)的測(cè)量?jī)x器和方法，如全站儀、三維激光掃描儀和差分全球定位系統(tǒng)（DGPS），提供毫米級(jí)別的測(cè)量精度，確保襯砌的平整性、高度和寬度都滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。 全站儀與激光掃描儀相結(jié)合可以實(shí)時(shí)捕捉施工現(xiàn)場(chǎng)的三維數(shù)據(jù)， 生成詳細(xì)的點(diǎn)云模型，為施工團(tuán)隊(duì)提供實(shí)時(shí)的反饋，以調(diào)整施工方法，才可以在施工完成后用于質(zhì)量檢查和驗(yàn)收。DGPS 為襯砌的準(zhǔn)確定位提供了強(qiáng)有力的支持， 可以確保每一塊襯砌都能準(zhǔn)確無(wú)誤地放置在設(shè)計(jì)位置。 除硬件設(shè)備外，現(xiàn)代測(cè)量軟件能夠?qū)Σ杉臄?shù)據(jù)進(jìn)行快速處理和分析，輸出精確的測(cè)量結(jié)果，并與設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行對(duì)比， 及時(shí)發(fā)現(xiàn)偏差和錯(cuò)誤。 通過(guò)與其他工程軟件的集成，測(cè)量數(shù)據(jù)還可以為施工計(jì)劃、材料管理和質(zhì)量控制提供強(qiáng)有力的支撐[2]。 另外，施工團(tuán)隊(duì)必須正確、有效地操作設(shè)備，并準(zhǔn)確解讀測(cè)量結(jié)果； 測(cè)量與定位工作需要與其他施工環(huán)節(jié)緊密配合，確保整個(gè)施工過(guò)程的連貫性和效率。

3.2 自動(dòng)化和機(jī)械化施工方法

機(jī)械化施工方法， 如專(zhuān)用的襯砌鋪設(shè)機(jī)械和混凝土澆筑設(shè)備，可以確保每一步操作的精確性和連貫性，在短時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確地鋪設(shè)和固定襯砌，確保其與軌道的完美對(duì)接，減少人為誤差和操作差異，確保施工的均勻性和質(zhì)量。 同時(shí)，自動(dòng)化技術(shù)在襯砌施工中也起到了關(guān)鍵作用。 通過(guò)使用傳感器、控制器和其他先進(jìn)設(shè)備， 施工過(guò)程可以在無(wú)人或少人干預(yù)的情況下自動(dòng)進(jìn)行。 此外，實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)監(jiān)控和反饋也為施工團(tuán)隊(duì)提供了有價(jià)值的信息，便于及時(shí)調(diào)整施工方法，優(yōu)化施工流程。

3.3 高性能混凝土和其他材料的應(yīng)用

高性能混凝土HPC 的主要優(yōu)勢(shì)在于其具有極佳的強(qiáng)度和耐久性， 能夠保證襯砌在高速列車(chē)荷載長(zhǎng)期的作用下保持穩(wěn)定，同時(shí)減少由于環(huán)境侵蝕、凍融循環(huán)和其他外部因素造成的損傷。此外，HPC 的高流動(dòng)性和自密實(shí)性也使其在施工中更加容易操作，從而提高了施工效率和結(jié)構(gòu)的整體性能。 除了高性能混凝土外，其他先進(jìn)的襯砌材料，如纖維增強(qiáng)混凝土、自密實(shí)混凝土和高韌性材料， 也在高速鐵路隧道襯砌中得到了廣泛應(yīng)用。

3.4 防水與排水技術(shù)

防水技術(shù)的核心在于預(yù)防水分對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)的侵入， 采用防水膜、防水涂層、水泥基復(fù)合材料和注入劑，能夠有效隔絕外部的水分，并確保襯砌內(nèi)部保持干燥。 排水技術(shù)的主要目的是將襯砌結(jié)構(gòu)中或其周?chē)姆e水迅速排出， 有效的排水系統(tǒng)可以防止水分積聚，減少對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的不良影響。 常用的排水技術(shù)包括表面排水溝、亞表面排水系統(tǒng)和深層排水井。為確保水分迅速流出，避免積水和滲水現(xiàn)象，排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和施工還需要考慮地質(zhì)、氣候和水文條件，確保其在各種環(huán)境下的有效性和穩(wěn)定性[3]。

3.5 節(jié)能與環(huán)保施工技術(shù)

節(jié)能技術(shù)在襯砌施工中主要體現(xiàn)在材料選擇、 施工設(shè)備和施工方法的優(yōu)化方面。 例如，選擇低碳或再生材料，如再生混凝土或利用工業(yè)副產(chǎn)品， 可以大幅度減少材料制造和運(yùn)輸過(guò)程中的碳足跡；采用高效的施工設(shè)備和先進(jìn)的施工方法，如電動(dòng)設(shè)備或自動(dòng)化施工技術(shù)， 可以進(jìn)一步降低能源消耗和排放。 環(huán)保技術(shù)在襯砌施工中主要是減少對(duì)環(huán)境的不良影響，如噪聲、灰塵和污水，可以采用各種噪聲控制措施，如隔音屏障或低噪聲施工設(shè)備， 確保施工過(guò)程中的噪聲控制在合理范圍內(nèi)；對(duì)于灰塵和污水，則可以采用塵土控制措施和污水處理系統(tǒng)，避免塵土和污水流入自然環(huán)境，造成污染。

4 高速鐵路隧道襯砌施工質(zhì)量控制方法與策略

4.1 質(zhì)量管理體系的建立

質(zhì)量管理體系為高速鐵路隧道襯砌施工各階段提供了明確的指導(dǎo)、標(biāo)準(zhǔn)和流程，確保工程的順利完成、安全和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。 質(zhì)量管理體系的核心是制定明確、可行的質(zhì)量政策和目標(biāo)，應(yīng)根據(jù)國(guó)家和行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合項(xiàng)目的特點(diǎn)和要求進(jìn)行制定，確保所有參與方，包括設(shè)計(jì)師、施工團(tuán)隊(duì)、監(jiān)理和甲方對(duì)政策和目標(biāo)有明確的了解和共識(shí)。 詳細(xì)的質(zhì)量管理計(jì)劃和程序應(yīng)涵蓋項(xiàng)目的整個(gè)生命周期，從前期設(shè)計(jì)、材料采購(gòu)、施工到后期維護(hù)，明確各階段的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、檢測(cè)方法、責(zé)任分工和反饋機(jī)制。 此外，為確保計(jì)劃和程序的有效實(shí)施，還需要建立健全質(zhì)量管理組織結(jié)構(gòu)，配備專(zhuān)業(yè)的質(zhì)量管理人員。 實(shí)施嚴(yán)格的質(zhì)量檢查和監(jiān)控制度， 確保施工過(guò)程中的每個(gè)步驟都符合預(yù)定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，包括定期的現(xiàn)場(chǎng)巡查、材料測(cè)試、工藝驗(yàn)證和完成驗(yàn)收，發(fā)現(xiàn)任何的偏差和問(wèn)題都應(yīng)及時(shí)糾正，避免對(duì)工程質(zhì)量產(chǎn)生不良影響。 建立完善的質(zhì)量反饋和改進(jìn)機(jī)制也是質(zhì)量管理體系的關(guān)鍵組成部分，通過(guò)收集和分析質(zhì)量數(shù)據(jù)，評(píng)估質(zhì)量管理體系的有效性和完善度， 不斷優(yōu)化和完善質(zhì)量管理流程，提高工程的質(zhì)量水平。

4.2 施工過(guò)程中的質(zhì)量監(jiān)控與檢測(cè)方法

現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量監(jiān)控是施工過(guò)程中的首要任務(wù)， 包括對(duì)施工團(tuán)隊(duì)的操作方法、施工設(shè)備的狀態(tài)和材料的質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。采用高分辨率攝像頭、傳感器和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，實(shí)時(shí)捕捉和記錄施工現(xiàn)場(chǎng)的情況，確保每一步驟符合預(yù)定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控可為施工團(tuán)隊(duì)提供及時(shí)的反饋和指導(dǎo)，優(yōu)化施工方法，提高工作效率。 材料質(zhì)量檢測(cè)是確保工程質(zhì)量的基礎(chǔ)，應(yīng)對(duì)進(jìn)場(chǎng)材料進(jìn)行抽樣檢測(cè)、對(duì)混凝土的強(qiáng)度和工作性進(jìn)行測(cè)試，以及對(duì)襯砌材料的性能進(jìn)行評(píng)估。 通過(guò)采用先進(jìn)的檢測(cè)設(shè)備和方法，如光譜分析、超聲波檢測(cè)和電磁波檢測(cè)，確保材料的質(zhì)量滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，避免由于材料問(wèn)題導(dǎo)致的工程質(zhì)量下降。

4.3 故障與問(wèn)題的早期識(shí)別及應(yīng)對(duì)策略

在高速鐵路隧道襯砌施工中， 故障與問(wèn)題的早期識(shí)別并采取相應(yīng)的應(yīng)對(duì)策略對(duì)于確保工程的質(zhì)量、 安全和時(shí)間表至關(guān)重要。 延誤識(shí)別可能導(dǎo)致更大的結(jié)構(gòu)問(wèn)題，增加維修成本，時(shí)間延誤，以及產(chǎn)生潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)，因此，應(yīng)針對(duì)識(shí)別并報(bào)告潛在問(wèn)題對(duì)施工團(tuán)隊(duì)進(jìn)行培訓(xùn)。 經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)呐嘤?xùn)，施工人員會(huì)更加敏感地注意施工中的不規(guī)范行為或潛在故障跡象，并及時(shí)向上級(jí)或工程師報(bào)告。 此外，在高速鐵路隧道襯砌施工過(guò)程中，還應(yīng)制訂應(yīng)對(duì)策略和應(yīng)急計(jì)劃，以備不時(shí)之需，一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，立即啟動(dòng)應(yīng)急計(jì)劃，根據(jù)預(yù)先制定的應(yīng)對(duì)策略進(jìn)行操作，以減少問(wèn)題對(duì)整個(gè)工程的影響。

4.4 后期維護(hù)與補(bǔ)救措施

高速鐵路隧道襯砌施工完成后， 為確保襯砌結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和安全性， 對(duì)其進(jìn)行持續(xù)的維護(hù)和爭(zhēng)取必要的補(bǔ)救措施同樣重要。 專(zhuān)業(yè)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)定期對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面檢查，包括但不限于裂縫、滲漏、腐蝕和沉降，一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，必須迅速制定和實(shí)施補(bǔ)救措施。 例如，對(duì)于裂縫，可以采用注射劑或?qū)Ｓ梅忾]材料進(jìn)行密封；對(duì)于滲水問(wèn)題，可能需要在襯砌內(nèi)外進(jìn)行防水處理。 針對(duì)性的補(bǔ)救措施不僅可以延長(zhǎng)襯砌的使用壽命，還可以避免更大的結(jié)構(gòu)問(wèn)題和安全風(fēng)險(xiǎn)。 此外，預(yù)防性維護(hù)也是后期維護(hù)的一部分。 根據(jù)襯砌結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況和環(huán)境因素，如氣候、土壤和地下水，定期進(jìn)行必要的保養(yǎng)和修復(fù)，如清潔、涂抹防護(hù)涂層或更換破損部件，可以預(yù)防潛在問(wèn)題，減少補(bǔ)救措施的需求和成本。 建立完整的維護(hù)和補(bǔ)救記錄系統(tǒng)至關(guān)重要，不僅能為工程管理者提供關(guān)于襯砌結(jié)構(gòu)狀況的詳細(xì)信息，還可以為未來(lái)的維護(hù)和修復(fù)工作提供參考， 確保每一步措施實(shí)施的效果和效率。

5 結(jié)語(yǔ)

高速鐵路隧道襯砌施工的質(zhì)量控制是多層面、 綜合性的任務(wù)，涉及多種技術(shù)、方法和策略的結(jié)合和應(yīng)用。 在當(dāng)前技術(shù)迅速發(fā)展的背景下，為追求更高效、更經(jīng)濟(jì)的施工方法，確保鐵路的長(zhǎng)期安全和穩(wěn)定性，工程師、研究者、施工者和管理者理應(yīng)共同努力，不斷探索、創(chuàng)新和完善。 施工技術(shù)同時(shí)，高速鐵路隧道襯砌施工質(zhì)量控制也是持續(xù)的過(guò)程， 需要根據(jù)實(shí)際情況和技術(shù)進(jìn)步進(jìn)行調(diào)整和更新。