隧道二襯混凝土施工質量現場控制技術

杜亮DU Liang

（中鐵一局集團第四工程有限公司，咸陽 712000）

1 概述

隨著國家經濟的發張，作為經濟騰飛的紐帶，交通工程在其中發展著不可替代的作用。社會經濟水平的提高，人們對生活質量的要求也隨之提高，相應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，橋梁和隧道的建設將會大量增加。特別是穿山越嶺時，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越來越多。如石太客運專線中最長隧道為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量控制不到位以及地質災害等原因，經常發生隧道二襯拱頂掉塊造成的事故。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，改變了二襯設計受力狀態，二襯實際受力可能超過設計應力范圍，在外部荷載作用下，加上其它不利因素影響，隧道二襯發生破壞的機率就會增大。因此，確保二襯拱部混凝土密實尤為重要。

此外，隧道拱頂脫空，一旦隧道出現滲漏，在滲漏水這個病害“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，會帶來行車安全隱患。

現依托在建鐵路隧道就導致隧道缺陷產生的因素進行調研分析，從源頭制定有效措施對隧道二襯缺陷進行整治，為隧道安全運營提供保障。

2 調研分析

針對鐵路運營過程中二襯混凝土頻繁出現的各種缺陷，根據《鐵路運營隧道二襯安全等級評定暫行規定》鐵運函【2004】174 號文的第四章隧道二襯缺陷及病害的量化指標，結合鐵路總公司下發的“十嚴禁”紅線管理規定，對7 個鐵路項目已貫通的15 座隧道（合計56.4km），收集了二襯脫空、欠厚、強度不足、開裂、漏水、不密實、侵限7 個方面的缺陷數據。

表1 二襯混凝土缺陷總體情況統計表

由圖2，從缺陷發生的概率來看，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1394 處，占36.5%（平均為24.7 處/km），約14029m（2平均為249m2/km），發生在7 個項目的14 座隧道；隧道襯砌欠厚共計1213 處，占31.7%（平均為21.5處/km），約8240m（2平均為146m2/km），發生在5 個項目的10 座隧道；二襯開裂共計713 處（平均為12.6 處/km），占18.7%，約5325m（平均為94m/km），發生在3 個項目的8座隧道；二襯漏水共計363 處（平均為6.4 處/km），占9.5%，發生在2 個項目的6 座隧道；二襯不密實共計83 處（平均為1.5 處/km），占2.2%，約326m2（平均為5.8m2/km），發生在2 個項目的6 座隧道；二襯強度不足共計53 處（平均為0.9 處/km），占1.4%，約1040m2（平均為18m2/km），發生在1 個項目的3 座隧道。

通過對已建成隧道存在的缺陷進行統計分析，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，確保鐵路后期運營安全。

3 國內外隧道二襯缺陷處理情況

隧道病害的研究現狀表明目前國內外隧道工程研究人員主要從隧道病害的檢查與量測方法、隧道劣化機理分析、隧道病害分類與病害等級評定指標以及隧道病害的維修整治技術措施這四個方面對隧道病害進行研究，針對隧道病害的研究主要致力于隧道結構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防解決的研究非常少，得出的結論合理性與適用性還有待驗證。一些研究雖有理論分析，有解決病害的方法，但多為出現病害的一種后處理模式，未能從預防及過程控制的角度去解決隧道二襯缺陷的產生問題。

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量的主要因素展開，對各關鍵問題的解決總體遵循“理論分析→實驗研究→工裝研發→工程驗證→成果總結”五個步驟的研究順。

4.1 管理機制的建立與完善

針對傳統管理過程存在的冰點、痛點，通過互聯網管理平臺（智能拌合站管理平臺、關鍵工序驗收APP 軟件、鐵路信息平臺）的引進，打通管理過程中的各個環節，強化流程管控，實現過程管控公開化。嚴格管理責任制度，責任到人，通過定期對管理系統的檢查評估，不斷完善責任考核追究制度，加強制度的執行力，使全體項目管理人員人人有目標、事事有考核，從而實現“施工流程化、流程規范化、規范標準化、標準信息化、信息公開化”的目標。

加強在施工過程中對項目全體人員的系統培訓，提高全體參與人員的質量意識，提高作業人員對新技術、新工藝工裝認知操作能力，使得新技術、新工藝工裝盡快轉化推動現場施工質量控制的助推器。

4.2 智能拌和站的推廣與應用

采用基于物聯網技術的智能拌和站系統（圖3），目的是通過該系統的三項核心內容，串聯四部門協同工作（物資部、試驗室、拌和站、工程部）實現機械產生數據-人工傳遞指令-系統生成成果-系統公開顯示的智能流程管控，從而達到對拌和站綜合管控的目標。

圖3 智能化拌合站管控平臺界面

從源頭上消除不合格材料進場使用，同時避免未檢先用現象的發生；使拌和機數據造假成為歷史；將傳統人工流程管控與機器結合，實現了權責分明，提升了工作效率的同時又保證了施工質量，實現流程管理規范化的目的。

4.3 隧道關鍵工序質量驗收APP 軟件的開發與應用

通過手機APP 軟件，從隧道開挖、初期支護、防水板的施工、模板臺車的混凝土澆筑等隧道關鍵工序，上傳施工現場視頻或影像通過到工序驗收軟件，實現工序的交接質量驗收，通過多人審批把關，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生，達到預防隧道二襯空洞的目的。

4.4 鐵路信息平臺的使用

隨著信息化時代的來臨，鐵路建設也邁入信息化辦公管理模式。目前鐵路信息平臺已上線運行，并在鄭萬鐵路投入使用。有關的管理模塊有23 個，涉及綜合辦公、進度管控、物資設備、質量管理、安全管理及投資管控六大管理體系。

鄭萬×標項目主要應用工作平臺，包含綜合管理、過程控制，現場管理三部分。

綜合管理包含項目信息、人員機構管理、OA 公文處理、資料管理、工程實體分解；變更設計管理、勞務工工資系統、信用評價。

過程控制包含調度指揮、施工組織、項目動態查詢，施工日志、物資設備、驗工計價等模塊。

現場管理包含拌合站、試驗室、沉降觀測、工程影像、超前地質預報、視頻監控、檢驗批、問題庫、安全步距、隧道形象化、圍巖量測等多個模塊。

通過不斷的運行完善，鐵路信息化管理平臺的使用效果日益凸顯。

4.5 大機配套與機械化施工

隨著建筑和制造業的發展、科技的進步，機械化、智能化、數字化時代的來臨，人工成本的增加，作業人員老齡化趨勢日益突出（據調查顯示：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%），隧道施工機械化成為必然的發展趨勢。

×公司開展了一系列隧道機械化配套施工工裝的研究和應用，三筆鑿巖臺車、拱架拼裝機、濕噴機械手、自行式液壓仰拱棧橋、防水板自動鋪掛臺車、智能化模板臺車、二襯混凝土養護臺車等一系列的配套機械設備投入施工現場（如圖4-圖9）。

圖4 全電腦三筆鑿巖臺車

圖5 濕噴機械手

圖6 自行式液壓仰拱棧橋

圖7 防水半自動鋪掛臺車

圖8 信息化模板臺車

圖9 移動式水溝電纜槽模架

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，根據凈空分析數據和二襯混凝土方量計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松弛度，同時根據斷面的計算混凝土需用量，為隧道二襯混凝土的足量澆筑提供依據。

圖10 噴射混凝土表面斷面檢查

4.7 防水板自動鋪設臺車的研發與使用

采用防水板半自動掛設臺車（圖11），掛設土工布和防水板，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混凝土表面。固定點的位置可以通過漫天星激光投影到初期支護混凝土表面，確保固定點位置精確度。

圖11 防水板掛設臺車

防水板通過掛設壓實裝置和熱熔性塑料墊圈固定密貼后用電磁焊接機焊接固定。

4.8 隧道二襯成套技術

進一步完善二襯混凝土分層逐窗入模、模板臺車定型組合鋼端模、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、水溝電纜槽移動模架、仰拱二襯鋼筋定位卡具等京沈鐵路總結提煉的成套技術。

秉承“以工裝保工藝，以工藝保質量”管理理念，積極推進隧道施工機械化、專業化、標準化、規范化進程，降低隧道施工風險，減少隧道二襯質量缺陷。

4.9 二襯混凝土養護臺車的研發與使用

二襯初期養護采用二襯臺車隨車養護臺架，二襯脫模后，立即進行養護。在二襯臺車移位前，采用隨車養護臺架進行養護。二襯臺車移位后，采用自行式養護臺車養護。為確保混凝土養護效果，在養護過程中要定期測量環境溫度和濕度，調整養護時間。（見圖12、圖13）

圖12 二襯隨車養護臺架示意圖

圖13 自行式噴淋養生臺車

自行式噴淋養護臺車是集測距、補水（上水）、濕溫檢查、噴淋、自動行走為一體的智能化多功能隧道二襯噴淋養生臺車。通過自動檢測環境溫度、濕度，自行調整混凝土養護的時間，既減少了作業人員，又確保二襯混凝土實時養護，為二襯混凝土施工質量提供有力的保障。

5 隧道二襯缺陷控制效果

對××客專×標段的兩個隧道采用隧道成套技術施工前后襯砌背后脫空進行了統計對比分析。

通過對上述技術的應用，隧道襯砌質量缺陷問題取得了明顯成效，大大降低了隧道襯砌質量缺陷出現的概率和后期運營維修成本，其經濟、社會效益顯著。

表2 隧道襯砌背后脫空情況對比表

6 結語

對隧道缺陷產生的主要因素進行了深入的分析，通過管理考核機制、智能化拌合站管理平臺、機械化配套施工、智隧掃描儀的應用、關鍵工序驗收APP 軟件的開發應用、防水板自動鋪設臺車、混凝土養護臺車、鐵路信息化平臺等一系列施工過程中新技術、新工藝、新工裝的研究和完善，將傳統的隧道后期缺陷修補轉為前期施工過程質量通病預防；充分利用“互聯網+”技術開發了一系列隧道施工過程控制的智能化管理平臺，推廣應用了新儀器、新設備、新工裝，形成了一套成熟的可推廣應用的隧道機械化配套施工的工藝工法。并通過“四新”技術的應用和施工過程各個關鍵環節的管控，大大降低了二襯混凝土缺陷產生的概率和后期運營維修成本，其經濟、社會效益顯著。