鐵路隧道施工技術常見缺陷及改進措施分析

尉曉波

(中鐵十六局集團第五工程有限公司,河北 唐山 063000)

1 鐵路隧道工程施工建設特點

鐵路隧道施工建設現場,襯砌背后脫空、襯砌密實度不足、施工縫破損或錯臺等問題時有發生。因此,工程建設者應采取更為有效的施工控制手段,盡可能提高建設環節的作業水平,避免因后續的缺陷修復而消耗大量時間與成本。

1.1 施工工序較為復雜

鐵路隧道工程施工作業涵蓋多種工序與作業段,這些工種之間相互配合銜接,是確保隧道建設穩定實施的關鍵。此外,隧道作業區域的工作面十分狹窄,區域內部作業器械眾多,開挖以及襯砌鋪設環節涉及大規模進料、出渣等運輸活動,這就讓現場施工難度進一步增加。此外,鐵路施工工程的進度控制與質量控制標準較高,施工單位需結合現場作業環境以及施工建設標準,提前做好相關規劃,但隧道作業帶有很強的不可控性,作業段經常會出現突發危險,這也同樣加大施工作業的安全管理難度。

1.2 施工作業現場環境惡劣

鐵路隧道施工建設環節,巖層、水文等條件因素的變化將直接改變現場作業秩序。此外,鐵路隧道施工建設需使用多種機械設備,隧道內部空間狹窄,無論是空氣流動水平還是光照條件,均難以得到有效保障,進一步加大現場作業以及質量管理工作難度[1]。隧道開挖環節,作業人員也要對隧道坍塌、涌水、瓦斯泄漏等問題進行防范,即便防護手段再全面,也很難保證現場作業的絕對安全,一旦出現突發情況,很容易造成施工人員傷亡,嚴重影響鐵路隧道建設作業整體發展。

2 鐵路隧道施工環節存在的缺陷

2.1 襯砌結構厚度不足或存在脫空以及密實度不足現象

導致襯砌結構厚度不足或脫空現象出現的因素有很多,依照鐵路施工作業工序與技術應用現狀,主要可分為以下幾點。

(1)隧道作業面爆破設計存在缺陷

隧道開挖作業過程中,為保證建設進度,施工人員經常需要在作業掌子面進行爆破,一旦爆破設計存在缺陷,工程人員未能對作業面以及周邊圍巖的巖石結構進行精確分析,巖石完整度不足,或遭遇軟弱圍巖地段。而現場爆破管理人員卻來不及進行具體的參數調整,很容易造成隧道開挖輪廓平整度較差,存在凸凹不平或棱角現象。

隧道開挖環節,若工程團隊在隧道初期支護工序的控制強度不高,支護技術不夠規范,亦或是噴射混凝土前未能進行測量復核,欠挖部位沒有進行有效處理,隧道輪廓凹凸不平區域沒有及時噴射混凝土進行處理,則后續襯砌鋪設環節將很難保證其質量與結構強度。

(3)防水板未能及時固定

隧道工程作業期間,若防水板固定強度不夠,沒有按照要求預留足夠的松鋪系數,則混凝土澆筑完成后,防水板與初支面之間的貼合度將會受到影響,密實度不足,最終影響到隧道防水效果,破壞工程建設穩定性,甚至會造成隧道使用壽命削減。

(4)混凝土澆筑控制不合理

隧道混凝土澆筑期間,工程人員應對澆筑技術進行科學管控,若未能按照要求進行振搗,亦或是混凝土輸送環節出現堵管現象,都會影響到混凝土澆筑質量。此外,當混凝土澆筑隧道拱頂位置時,一旦混凝土塌落度沒有進行調整,則拱頂位置的混凝土密室效果將受到影響,襯砌背后脫空問題將難以避免。

(5)拱頂壓漿作業控制不合理

混凝土澆筑環節,拱頂壓漿作業意義重大,若現場施工人員技術水平不足,作業經驗存在欠缺,當混凝土澆筑到拱頂位置時,未能及時向混凝土拌和站提供相應的補方數據,亦或是在未仔細分析的情況下主觀認為已澆筑完成[2]。此時,拱頂位置二襯厚度將無法滿足設計規范,脫空現象隨之出現。

(6)過早拆管導致二襯脫空

為了對水壓進行有效的監督，對子系統進行保壓，保證試水的工作能夠順利的進行，建筑中和室內的管道相貼合的地方定是要進行壓力表的安裝。與此同時，在進行消防栓安裝時務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，同時和路旁的距離要設置在2m之內[4]。除此之外，以雙速風機在控制上的理念作為依據，在控制箱的上方進行手動和自動按鍵開關的設置，低速和停高以及地啟排風擋的設計也需要是健全的，從而使在低俗運轉時火災的信號可以及時、準確捕捉到，促進排煙擋高速的運轉，為了使消防的安裝變得更加有效，進行施工的時候對直流開關的實驗是必不可少的。

二襯混凝土未初凝前,工程人員過早拆管,此時,混凝土自身穩定性很差,拆管后混凝土將會下落并形成漏斗,這種作業行為也會導致二襯脫空問題。因此,拆管時間應合理控制,針對混凝土配比參數,做好初凝試驗工作,依照現場作業環境掌握更為合理初凝時間點。

(7)混凝土配合比不佳

混凝土澆筑環節,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計規范,混凝土塌落度過大,亦或是混凝土澆筑振搗不足。此時,混凝土因自重下沉,其收縮形變也將超出工程質量標準,最終導致襯砌后部以及混凝土內部出現空隙。

(8)混凝土內部空氣未能及時排出

混凝土內部空氣問題也是影響混凝土澆筑質量的關鍵因素,尤其是在拱頂澆筑期間,拱頂的混凝土因其所處的空間十分狹小,混凝土內部氣泡很難通過常規手段排出,若施工人員未能采取有效措施,混凝土內部空隙現象將普遍存在,無論是結構強度還是防水能力都將受到很大破壞。

2.2 施工縫錯臺或破損現象

施工縫破損也是當前鐵路隧道施工建設期間的常見弊病。現場作業期間,若施工縫位置未能按照要求設置鋼筋,施工縫模板端頭存在漏筋少筋問題,亦或是混凝土澆筑環節振搗控制不當,施工縫位置的混凝土密實度不滿足要求,都會導致施工縫出現破損現象。此外,鐵路隧道施工作業空間狹小,現場作業器械眾多,若施工管理不當,施工縫處理環節也很容易出現人為破壞問題。從技術以及現場作業角度分析,鐵路隧道曲線下,襯砌臺車與上一版二襯搭接時沒有緊密貼合,或是工程人員在使用襯砌臺車時沒有進行精準定位與測量,混凝土澆筑前也沒有進行校核作業,則襯砌作業環節的精度控制將成為隱患。同時,模板臺車固定不牢,混凝土澆筑環節也會出現模板移位現象,在此條件下,施工縫控制將很難滿足初始預期與設計標準。

2.3 隧道襯砌結構出現裂縫問題

鐵路隧道襯砌結構建設期間,導致襯砌結構出現裂縫的原因有很多中,根據當前鐵路隧道建設模式,可分為以下幾點。

圖1 隧道作業設備

(1)混凝土水化控制不佳

混凝土澆筑后,伴隨著水化反應的持續發生,混凝土內部將產生大量熱能,混凝土水分散失速度加快,加之混凝土導熱性能很差,很容易出現干縮裂縫與溫度裂縫。

(2)現場操作與施工技術存在問題

襯砌施工期間,若作業人員未能根據現場實際情況對混凝土配合比以及相關作業技術手段進行調整,亦或是混凝土輸送環節隨意加水,混凝土澆筑過程振搗不規范,也會導致混凝土自身性質出現改變,勻質性差。

3 鐵路隧道施工環節常見技術缺陷的改進措施

3.1 注重超挖與欠挖現象的合理管控

鐵路隧道開挖環節,工程人員應對開挖量進行管控,一旦開挖尺寸超出設計規范,其不僅會增加出渣量以及襯砌施工作業量,造成施工作業周期延長,也會導致施工建設材料投入增加,工程造價提高。因此,工程團隊應對現場開挖量進行合理管控,重點實施初始平整度控制,從而減少混凝土澆筑消耗[3]。針對施工作業現場存在的不穩定因素,施工建設單位與項目部門應成為超前挖控制小組,嚴格控制隧道開挖環節,在每一個循環開挖作業期間,應對輪廓線測量、爆破參數等進行優化,從而確保開挖后的隧道輪廓與初始預期保持一致。初期支護完成后,工程技術人員應及時進行斷面數據掃描工作,以此為基礎,指導后續開挖工作。此外,現場管理環節也要落實包保管理制度,注重每一個細節的把關與監控,每一個開挖循環都要進行具體的數據分析,每日作業數據也要進行有效整理,從而保證施工質量,并有效控制作業混凝土消耗。

3.2 針對初期支護表面不平整區域進行改良

施工建設環節,針對初期支護表面不平整區域,工程團隊可采用混凝土噴射法進行修補,必要時可搭設錨桿、掛網等,確保混凝土噴射環節的作業水平,并同步控制個別巖石突出現象,其欠挖數據不能超過5 cm,從而保證后續防水板鋪設工作的穩定進行,避免因隧道輪廓凹凸不平而出現襯砌背后脫空問題。

3.3 改進二襯混凝土澆筑到拱頂位置時的技術工藝

二襯混凝土澆筑到隧道拱頂位置時,現場作業管理人員應及時調整混凝土塌落度,可采取液位繼電法,在襯砌模板臺車拱頂位置設置五組液位繼電器防空洞裝置,并沿著拱頂均勻布置。當襯砌混凝土澆筑到指定位置時,因混凝土自身也是一種導電材料,相連位置將會連通,液位繼電器進入工作狀態,配合聲光報警器,可及時提醒現場工作人員。此外,作業環節可在拱頂位置設置觀察孔,實時觀察混凝土澆筑高度,幫助作業人員判斷混凝土澆筑結束時間點,并保證拱頂位置混凝土的填充效果與密實度。

3.4 強化施工作業人員管理

工程建設經驗表明,人為因素是導致鐵路隧道施工質量問題的首要來源,因此,建設單位應采取合理的獎懲措施,注重現場施工人員與管理人員的管理效能,激發其責任心與質量意識。如,襯砌作業期間,若后續質量審查環節未發現任何質量問題,建設單位應給予現場工作團隊一定的獎勵,反之則要給予必要的懲罰,以經濟利益為切入點,讓鐵路隧道現場作業的每一位人員均具備必要的規范理念與作業積極性,盡可能減少因隧道缺陷后實施的后期處理工作量。

3.5 針對部分作業缺陷進行科學處理

(1)鐵路隧道作業期間,若部分區域存在欠厚或強度不足的問題,質量審查人員應根據具體的欠厚程度,實施分級驗證,以確保隧道整體結構強度與使用功能為最終目標,在修復缺陷的同時,避免出現襯砌大量拆換現象。(2)針對襯砌背后脫空以及密實度不足的作業區域,若判定為二襯欠厚或強度不滿足設計規范,則要進行拆除工作。若拱頂位置存在脫空現象,襯砌拆除時應以拱頂144°為標準范圍,對舊混凝土進行拆除,并重新進行混凝土澆筑,確保其厚度與結構強度滿足標準。如果存在二襯欠厚,但是混凝土強度滿足設計標準,襯砌背后存在脫空、空洞,則工程人員可采取注漿補充處理,若發現空洞體積超過1.5 m3,則要依照工程所處區域的地址狀況以及工程建設標準,具體分析改進與補充措施。(3)若施工建設現場存在混凝土密實度不足的現象,工程團隊應首先進行鉆孔作業,對密實度進行驗證,確定缺陷范圍,針對二襯欠厚以及強度不足的區域進行拆除,并重新進行襯砌鋪設以及混凝土澆筑。(4)若隧道施工冷縫存在缺陷,其處理過程應以混凝土結構以及冷縫儲量進行判定,如果襯砌拱頂位置存在一條施工冷縫缺陷,則應依照非結構性縫隙整治方案進行優化與調整。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)隧道施工縫應采取無損檢測技術,依照具體情況落實相應的處理對策。如果施工縫存在錯臺,但是其結構層面不存在裂縫或凈空現象,強度層面也滿足設計標準,則該處缺陷可不進行拆除處理,只要對缺陷位置進行打磨即可。(6)若隧道施工縫存在破損現象,其修復過程應按照具體的檢測結果進行調整,主要檢查隧道結構性與功能性層面的要求,如果這兩項滿足設計規范,只是觀感質量方面存在不足,則工程人員可將破損位置進行鑿除,并使用打磨機對松動混凝土塊或砂漿塊進行打磨[4]。若破損深度較大,縫隙寬度超過20 cm,則要針對性采取拆換作業,對缺陷位置進行徹底修復。(7)襯砌裂縫處理環節,工程人員也要判斷裂縫是否為結構性,如果是結構性裂縫,則襯砌的整體性以及后續使用期間的安全性將受到嚴重影響,建設單位必須對其進行拆除重建工作。若縫隙為非結構性,則要針對縫隙的具體寬度與深度進行檢測分析,如果寬度不超過0.2 mm,可通過涂抹滲透性防水材料進行修補,如果超過0.2 mm,則應采用環氧樹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,從而保證整體美觀度。

4 結 語

綜上,鐵路隧道施工建設所面臨的挑戰與影響因素眾多,施工難度很大,若某一環節存在問題,隧道建設質量將受到巨大影響。因此,工程團隊應結合當前鐵路隧道建設常見問題,廣泛落實相關技術改進策略,注重現場作業規范性,強化人員與作業秩序管控,并對已存在的缺陷進行具體分析,尋找更為恰當的修補方式,提高鐵路隧道的建設水平以及運營使用期間的社會經濟價值。