鐵路隧道襯砌病害事故案例分析及預(yù)防措施

【摘要】介紹了隧道襯砌的常見質(zhì)量缺陷，并舉例分析了數(shù)次襯砌病害的成因。為規(guī)避襯砌質(zhì)量誘發(fā)鐵路安全事故，提出控制混凝土質(zhì)量、優(yōu)化澆筑工藝、重視養(yǎng)護作業(yè)、實施質(zhì)量檢測、創(chuàng)建質(zhì)量保障體系等針對性措施。

【關(guān)鍵詞】鐵路隧道； 質(zhì)量缺陷； 成因分析； 預(yù)防措施

【中圖分類號】U457+.2【文獻標(biāo)志碼】A

［定稿日期］2022-11-15

［基金項目］蜀道投資集團科技計劃（項目編號：SDTL2022YB009）

［作者簡介］李瑞林（1980—），男，本科，高級工程師，主要從事鐵路項目建設(shè)管理、鐵路隧道、橋梁工程技術(shù)及科研工作。

0 引言

截止2021年底，中國鐵路營業(yè)里程突破150 000 km，投入運營的隧道17 532座，總長21 055 km［1］。列車運行需要安全穩(wěn)定的環(huán)境，襯砌作為隧道結(jié)構(gòu)的重要承載部分，其施工質(zhì)量是影響隧道運營安全的關(guān)鍵因素。隨著高速鐵路的發(fā)展，隧道的長度、跨度及埋深被不斷刷新，襯砌質(zhì)量缺陷的危害進一步增加。有鑒于此，總結(jié)鐵路隧道常見的襯砌質(zhì)量缺陷成因及預(yù)防措施具有非常重要的實用價值，本文歸納了常見襯砌質(zhì)量缺陷類型，并對近年來發(fā)生的襯砌質(zhì)量事故成因進行分析，提出合理的預(yù)防措施，以期提高隧道襯砌的施工質(zhì)量。

1 隧道常見的襯砌質(zhì)量缺陷

目前，隧道襯砌質(zhì)量缺陷的描述并不統(tǒng)一，筆者根據(jù)隧道施工經(jīng)驗，并與檢測單位、設(shè)計單位、施工單位交流討論，歸納了圖1所示的7種常見鐵路隧道襯砌結(jié)構(gòu)質(zhì)量缺陷［2-3］。

（1）襯砌不密實。該類質(zhì)量缺陷主要表現(xiàn)為襯砌混凝土內(nèi)部存在大量的孔隙、氣孔等，形成蜂窩結(jié)構(gòu)。此外，二襯與初支之間填充虛渣會導(dǎo)致襯砌背后不密實。

（2）襯砌厚度不足。是指厚度不滿足設(shè)計要求，但二襯與初支間、二襯與防水板之間并不存在縫隙或空洞，襯砌混凝土強度滿足設(shè)計要求。

（3）襯砌背后脫空。指二襯背后存在空洞、縫隙等，形成空腔。脫空缺陷可能出現(xiàn)在襯砌的任何部位，一般多發(fā)生在拱頂和拱腰部位。

（4）襯砌強度不足。指隧道二襯混凝土強度比設(shè)計s低，屬隱蔽型襯砌質(zhì)量缺陷，多與混凝土原材料質(zhì)量差和澆筑工藝差有關(guān)。

（5）襯砌蜂窩麻面。蜂窩指襯砌內(nèi)部出現(xiàn)酥松，石子間形成類似蜂窩狀的空隙。麻面指襯砌表面出現(xiàn)小凹槽和麻點形成粗糙面。

（6）襯砌局部裂縫。是指隧道襯砌表面局部出現(xiàn)裂紋。根據(jù)走向可分為環(huán)向裂縫和縱向裂縫，根據(jù)成因可分為荷載裂縫和非荷載裂縫。嚴(yán)重的襯砌表面裂縫將會導(dǎo)致襯砌掉塊、剝落。

（7）襯砌滲漏水。滲漏水一般發(fā)生在施工縫、變形縫以及裂紋發(fā)生部位，表現(xiàn)為襯砌表面濕漬或有水流出，是襯砌質(zhì)量缺陷的綜合反映。

2 隧道襯砌質(zhì)量事故案例及原因分析

隧道服役過程中，襯砌質(zhì)量缺陷可能會引起掉塊、突水等事故［4～5］，干擾正常行車秩序，甚至?xí)?dǎo)致行車中斷。

2.1 襯砌脫空影響行車秩序

某工務(wù)段在天窗期間對隧道邊墻滲漏水進行整治，在滲漏水地點前后段檢查時發(fā)現(xiàn)隧道拱頂接觸網(wǎng)支架附近有1個直徑6 cm的小洞，敲開襯砌小洞混凝土后發(fā)現(xiàn)，隧道二襯背后沿線路方向1.2 m，垂直線路環(huán)向1.1 m為空洞狀態(tài)，空洞處二襯混凝土最薄僅8 cm，遠低于設(shè)計厚度35 cm，空洞最大深度為34 cm。如圖2所示，空洞內(nèi)可見防水板、鋼筋。考慮到襯砌背后空洞存在極大的安全隱患，隧道所處段落上、下行高鐵限速至160 km/h，直至襯砌背后空洞區(qū)域整治完畢。

經(jīng)相關(guān)單位的實地勘察，認(rèn)為隧道襯砌背后空洞的主要原因是：隧道施工過程中，由于注漿壓力控制不均勻，導(dǎo)致防水板存在空洞，造成二襯混凝土厚度遠小于設(shè)計厚度。

2.2 隧道襯砌拱頂?shù)魤K致列車停運

某隧道2015年年底開通，隧址區(qū)圍巖等級為III級，區(qū)間無不良地質(zhì)段，襯砌設(shè)計厚度30 cm。2020年7月30日工作人員在例行檢查過程中發(fā)現(xiàn)隧道拱頂有掉塊（圖3），為確保行車安全，調(diào)度人員下發(fā)封鎖區(qū)間命令，直至襯砌掉塊周邊的松動混凝土鑿除干凈。

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，隧道拱部施工時，模板連接處漏漿，施工單位發(fā)現(xiàn)后，將漏漿處的襯砌表面鑿除并采用水泥砂漿進行修補，但修補使用的水泥砂漿強度不足，與二次襯砌的粘結(jié)力較弱。加之隧道內(nèi)濕度大，襯砌長期受列車風(fēng)壓、振動等不良因素的耦合作用，導(dǎo)致水泥砂漿開裂并與襯砌分離，造成表層砂漿掉落。

2.3 隧道襯砌滲漏水

某隧道修建于2001年，全長1 457 m，圍巖為II級圍巖，上覆碎石土、砂黏土、黏土，厚0～4 m，下伏灰?guī)r、頁巖、灰泥巖，局部巖溶發(fā)育，地下水豐富，預(yù)計隧道涌水量為3 631 m3/d，雨季涌水量為12 710 m3/d。

2019年7月23日，因區(qū)間接觸網(wǎng)跳閘自動重合不成功，巡檢人員在檢查過程中發(fā)現(xiàn)隧道進口70 m范圍內(nèi)的襯砌多處射水（圖4），拱頂襯砌施工縫噴水在承力索上，導(dǎo)致跨中承力索燒斷，總突涌水約16 000 m3，隧道行車完全中斷。為了減小水流量，搶險人員在襯砌邊墻處打設(shè)減壓孔并安裝導(dǎo)流板。從減壓孔的揭示情況發(fā)現(xiàn)，隧道邊墻下部襯砌厚度平均80～100 cm，邊墻中部襯砌厚度平均50～60 cm，拱腰襯砌厚度40～50 cm，基本滿足設(shè)計厚度要求。

事故發(fā)生后的現(xiàn)場勘察表明，造成本次隧道強滲水的主要原因是“連續(xù)強降雨”和“地震影響”，根本原因是襯砌有質(zhì)量缺陷。突涌水前兩個月內(nèi)，隧道附近共發(fā)生2次地震，分別為6.1級（震源距隧道173 km）、4.1級（震源距隧道125 km），導(dǎo)致隧道襯砌背后的巖溶管道相互貫通，改變了原有的排水路徑。加之當(dāng)日強降雨，大量雨水通過巖溶管道和巖層裂隙下滲匯集到隧道襯砌周圍，致使隧道背后水位驟升，水壓增大，水流從襯砌中的裂縫、施工縫、變形縫等薄弱部位噴出。

3 隧道襯砌病害的預(yù)防措施

上述襯砌病害事故表明，襯砌質(zhì)量對隧道的有運營安全的影響十分突出，尤其是襯砌背后空洞、厚度不足、滲漏水等缺陷，在外界環(huán)境的作用下，含有質(zhì)量缺陷的襯砌極易發(fā)生破壞，出現(xiàn)開裂、掉塊、涌水等問題，影響行車秩序，甚至?xí)斐扇藛T傷亡。隧道襯砌質(zhì)量病害具有隱蔽性，施工完成后肉眼難以分辨，一旦引起事故，后果不堪設(shè)想，且運營后補強、翻修、整治、重建等工作將會耗費巨大的人力、物力、財力，引起不必要的浪費。為此，建議襯砌施工過程中做好下列幾點，從源頭上杜絕襯砌質(zhì)量缺陷。

（1）嚴(yán)格控制混凝土質(zhì)量。施工現(xiàn)場可制定“多頻率、小批量”的檢驗制度，加強對混凝土原材料檢驗，不合格的材料必須清退出場。嚴(yán)格按照配合比拌制混凝土，試驗人員對拌制的混凝土進行隨機抽查，嚴(yán)禁使用流動性、和易性不滿足要求的混凝土。

（2）優(yōu)化混凝土澆筑工藝。澆筑時落實好“分層逐窗入模”的澆筑工藝，確保澆筑連續(xù)，規(guī)避施工冷縫的出現(xiàn)。澆筑過程中加強振搗，拱腰以下采取插入式振搗器為主、附著式振搗器為輔的振搗方式；拱頂和鋼筋混凝土區(qū)段，采取附著式振搗器為主、插入式振搗器為輔的振搗方式，避免出現(xiàn)漏振或振搗不足引起混凝土不密實、局部空洞、強度不足的問題。

（3）重視養(yǎng)護作業(yè)。襯砌澆筑完成后，要精心養(yǎng)護［6］，為混凝土提供合適的硬化環(huán)境。重視養(yǎng)護作業(yè)，能有效減少混凝土水化不充分、干縮以及內(nèi)外溫差過大產(chǎn)生的裂縫，大大提高襯砌強度。

（4）開展襯砌質(zhì)量檢測。每段襯砌混凝土澆筑完畢，端頭模板拆除后，應(yīng)及時檢查混凝土澆筑質(zhì)量及注漿情況，查看混凝土內(nèi)部有無空洞。襯砌施工完成200 m后，采取地質(zhì)雷達等［7-8］無損檢測方法對襯砌質(zhì)量進行檢測。對于檢測發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量問題，及時采取整治措施，避免襯砌“帶病服役”。此外，應(yīng)進一步優(yōu)化完善施工工藝和作業(yè)流程，確保后續(xù)襯砌施工質(zhì)量符合要求。

（5）創(chuàng)建質(zhì)量保障體系［9］。除施工工藝的影響外，管理不善也是襯砌質(zhì)量缺陷重要誘因。施工方應(yīng)建立完整的質(zhì)量管理體系，明確職能部門責(zé)任，專業(yè)班組之間相互配合，嚴(yán)格控制施工過程，保證各項工藝符合要求，及時糾正襯砌施工中的不規(guī)范行為。

（6）依托新裝備，推廣新工藝。明確“工裝保工藝，工藝保質(zhì)量”的理念。加強襯砌臺車的改良，采用自動化、信息化、智能化的襯砌臺車裝備。利用機械化、信息化及智能化等手段，研究開發(fā)高效安全的隧道施工裝備，是提高襯砌施工質(zhì)量的必由之路。

4 結(jié)束語

隧道襯砌的施工質(zhì)量關(guān)乎隧道運營安全，近年來因襯砌質(zhì)量缺陷引發(fā)的行車事故也時有發(fā)生，國家鐵路總公司已將襯砌質(zhì)量缺陷問題納入質(zhì)量安全管理紅線。同時運營期間對襯砌質(zhì)量缺陷進行整治將帶來大量的人力、財力浪費。若想從源頭上杜絕襯砌質(zhì)量問題的出現(xiàn)，需要從原材料、澆筑工藝、養(yǎng)護措施等方面入手，同時增加質(zhì)量檢測頻率、建立質(zhì)量保證體系，依托新設(shè)備、新工藝，嚴(yán)格設(shè)計，精細施工，仔細檢查，從而提高襯砌施工質(zhì)量，確保鐵路隧道長期安全運營。

參考文獻

［1］ 鞏江峰，唐國榮，王偉，等. 截至2021年底中國鐵路隧道情況統(tǒng)計及高黎貢山隧道設(shè)計施工概況［J］. 隧道建設(shè)（中英文），2022，42（3）： 508-517.

［2］ 王金波. 淺析高速鐵路隧道二次襯砌質(zhì)量控制措施［J］. 四川建筑，2021，41（5）： 81-82.

［3］ 楊超，鄒永木. 鐵路隧道常見病害原因分析及整治技術(shù)［J］. 四川建筑，2021，41（5）： 125-128.

［4］ 周明，吳耀宗，吳昊宇. 某運營高速公路隧道襯砌病害檢測與處治［J］. 四川建筑，2017，37（6）： 94-96+100.

［5］ 劉瑋. 隧道襯砌厚度不足及劣化對結(jié)構(gòu)承載能力影響研究［J］. 四川建筑，2019，39（1）： 118-120.

［6］ 王國舉. 隧道自動養(yǎng)護噴淋臺車的應(yīng)用［J］. 四川建筑，2022，42（4）： 266-267+272.

［7］ 朱旺，馮超，趙海霖. 既有鐵路隧道襯砌病害檢測與整治措施［J］. 四川建筑，2020，40（1）： 81-83+86.

［8］ 鄧瑞. 探地雷達在公路工程探測中的應(yīng)用［J］. 四川建筑，2020，40（3）： 88-90.

［9］ 王金波. 淺析高速鐵路隧道二次襯砌質(zhì)量控制措施［J］. 四川建筑，2021，41（5）： 81-82.