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)量無疑是確保鐵路安全、穩(wěn)定和持久運行的基石。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)，對于推動鐵路工程技術(shù)的進步和保障公眾的安全至關(guān)重要。

2 襯砌施工過程及其重要性

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固和持久的保護結(jié)構(gòu)，以支撐和維護軌道的穩(wěn)定，確保列車在任何氣候和使用條件下都能安全、平穩(wěn)地行駛。 襯砌作為隧道或開挖部分的結(jié)構(gòu)元素， 可以有效防止周圍土層和巖石對軌道造成不良影響。 高質(zhì)量的襯砌可以防止軌道因地震而位移，避免可能的列車脫軌事故，還能起到防水的作用，保護軌道免受積水的侵害[1]。

2.2 不同類型的襯砌材料和設(shè)計

為確保工程的長期穩(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)計涉及多種因素。

不同的襯砌材料具有各自獨特的物理和化學(xué)性質(zhì)，因此，在選擇襯砌材料和進行襯砌設(shè)計結(jié)構(gòu)時， 必須仔細考慮與所在環(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添加特殊的添加劑和纖維增強其抗?jié)B、 抗凍和抗腐蝕等性能。 磚材料，尤其是耐火磚，在過去某些特定的環(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較低的抗壓強度，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 高精度測量與定位技術(shù)

襯砌的正確定位與精確測量直接關(guān)系到鐵路的運行質(zhì)量和安全性。 為滿足高速鐵路隧道對襯砌的精度要求，必須采用先進的測量儀器和方法，如全站儀、三維激光掃描儀和差分全球定位系統(tǒng)（DGPS），提供毫米級別的測量精度，確保襯砌的平整性、高度和寬度都滿足設(shè)計要求。 全站儀與激光掃描儀相結(jié)合可以實時捕捉施工現(xiàn)場的三維數(shù)據(jù)， 生成詳細的點云模型，為施工團隊提供實時的反饋，以調(diào)整施工方法，才可以在施工完成后用于質(zhì)量檢查和驗收。DGPS 為襯砌的準確定位提供了強有力的支持， 可以確保每一塊襯砌都能準確無誤地放置在設(shè)計位置。 除硬件設(shè)備外，現(xiàn)代測量軟件能夠?qū)Σ杉臄?shù)據(jù)進行快速處理和分析，輸出精確的測量結(jié)果，并與設(shè)計圖紙進行對比， 及時發(fā)現(xiàn)偏差和錯誤。 通過與其他工程軟件的集成，測量數(shù)據(jù)還可以為施工計劃、材料管理和質(zhì)量控制提供強有力的支撐[2]。 另外，施工團隊必須正確、有效地操作設(shè)備，并準確解讀測量結(jié)果； 測量與定位工作需要與其他施工環(huán)節(jié)緊密配合，確保整個施工過程的連貫性和效率。

3.2 自動化和機械化施工方法

機械化施工方法， 如專用的襯砌鋪設(shè)機械和混凝土澆筑設(shè)備，可以確保每一步操作的精確性和連貫性，在短時間內(nèi)準確地鋪設(shè)和固定襯砌，確保其與軌道的完美對接，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，自動化技術(shù)在襯砌施工中也起到了關(guān)鍵作用。 通過使用傳感器、控制器和其他先進設(shè)備， 施工過程可以在無人或少人干預(yù)的情況下自動進行。 此外，實時的數(shù)據(jù)監(jiān)控和反饋也為施工團隊提供了有價值的信息，便于及時調(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)勢在于其具有極佳的強度和耐久性， 能夠保證襯砌在高速列車荷載長期的作用下保持穩(wěn)定，同時減少由于環(huán)境侵蝕、凍融循環(huán)和其他外部因素造成的損傷。此外，HPC 的高流動性和自密實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，其他先進的襯砌材料，如纖維增強混凝土、自密實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)中或其周圍的積水迅速排出， 有效的排水系統(tǒng)可以防止水分積聚，減少對襯砌結(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輸過程中的碳足跡；采用高效的施工設(shè)備和先進的施工方法，如電動設(shè)備或自動化施工技術(shù)， 可以進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， 確保施工過程中的噪聲控制在合理范圍內(nèi)；對于灰塵和污水，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)、標準和流程，確保工程的順利完成、安全和長期穩(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，應(yīng)根據(jù)國家和行業(yè)的相關(guān)標準，結(jié)合項目的特點和要求進行制定，確保所有參與方，包括設(shè)計師、施工團隊、監(jiān)理和甲方對政策和目標有明確的了解和共識。 詳細的質(zhì)量管理計劃和程序應(yīng)涵蓋項目的整個生命周期，從前期設(shè)計、材料采購、施工到后期維護，明確各階段的質(zhì)量標準、檢測方法、責任分工和反饋機制。 此外，為確保計劃和程序的有效實施，還需要建立健全質(zhì)量管理組織結(jié)構(gòu)，配備專業(yè)的質(zhì)量管理人員。 實施嚴格的質(zhì)量檢查和監(jiān)控制度， 確保施工過程中的每個步驟都符合預(yù)定的質(zhì)量標準，包括定期的現(xiàn)場巡查、材料測試、工藝驗證和完成驗收，發(fā)現(xiàn)任何的偏差和問題都應(yīng)及時糾正，避免對工程質(zhì)量產(chǎn)生不良影響。 建立完善的質(zhì)量反饋和改進機制也是質(zhì)量管理體系的關(guān)鍵組成部分，通過收集和分析質(zhì)量數(shù)據(jù)，評估質(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 施工過程中的質(zhì)量監(jiān)控與檢測方法

現(xiàn)場質(zhì)量監(jiān)控是施工過程中的首要任務(wù)， 包括對施工團隊的操作方法、施工設(shè)備的狀態(tài)和材料的質(zhì)量進行實時監(jiān)控。采用高分辨率攝像頭、傳感器和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，實時捕捉和記錄施工現(xiàn)場的情況，確保每一步驟符合預(yù)定質(zhì)量標準。 現(xiàn)場監(jiān)控可為施工團隊提供及時的反饋和指導(dǎo)，優(yōu)化施工方法，提高工作效率。 材料質(zhì)量檢測是確保工程質(zhì)量的基礎(chǔ)，應(yīng)對進場材料進行抽樣檢測、對混凝土的強度和工作性進行測試，以及對襯砌材料的性能進行評估。 通過采用先進的檢測設(shè)備和方法，如光譜分析、超聲波檢測和電磁波檢測，確保材料的質(zhì)量滿足設(shè)計要求，避免由于材料問題導(dǎo)致的工程質(zhì)量下降。

4.3 故障與問題的早期識別及應(yīng)對策略

在高速鐵路隧道襯砌施工中， 故障與問題的早期識別并采取相應(yīng)的應(yīng)對策略對于確保工程的質(zhì)量、 安全和時間表至關(guān)重要。 延誤識別可能導(dǎo)致更大的結(jié)構(gòu)問題，增加維修成本，時間延誤，以及產(chǎn)生潛在的安全風險，因此，應(yīng)針對識別并報告潛在問題對施工團隊進行培訓(xùn)。 經(jīng)過適當?shù)呐嘤?xùn)，施工人員會更加敏感地注意施工中的不規(guī)范行為或潛在故障跡象，并及時向上級或工程師報告。 此外，在高速鐵路隧道襯砌施工過程中，還應(yīng)制訂應(yīng)對策略和應(yīng)急計劃，以備不時之需，一旦發(fā)現(xiàn)問題，立即啟動應(yīng)急計劃，根據(jù)預(yù)先制定的應(yīng)對策略進行操作，以減少問題對整個工程的影響。

4.4 后期維護與補救措施

高速鐵路隧道襯砌施工完成后， 為確保襯砌結(jié)構(gòu)的長期穩(wěn)定性和安全性， 對其進行持續(xù)的維護和爭取必要的補救措施同樣重要。 專業(yè)團隊應(yīng)定期對襯砌結(jié)構(gòu)進行全面檢查，包括但不限于裂縫、滲漏、腐蝕和沉降，一旦發(fā)現(xiàn)問題，必須迅速制定和實施補救措施。 例如，對于裂縫，可以采用注射劑或?qū)Ｓ梅忾]材料進行密封；對于滲水問題，可能需要在襯砌內(nèi)外進行防水處理。 針對性的補救措施不僅可以延長襯砌的使用壽命，還可以避免更大的結(jié)構(gòu)問題和安全風險。 此外，預(yù)防性維護也是后期維護的一部分。 根據(jù)襯砌結(jié)構(gòu)的實際情況和環(huán)境因素，如氣候、土壤和地下水，定期進行必要的保養(yǎng)和修復(fù)，如清潔、涂抹防護涂層或更換破損部件，可以預(yù)防潛在問題，減少補救措施的需求和成本。 建立完整的維護和補救記錄系統(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)狀況的詳細信息，還可以為未來的維護和修復(fù)工作提供參考， 確保每一步措施實施的效果和效率。

5 結(jié)語

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。 在當前技術(shù)迅速發(fā)展的背景下，為追求更高效、更經(jīng)濟的施工方法，確保鐵路的長期安全和穩(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，高速鐵路隧道襯砌施工質(zhì)量控制也是持續(xù)的過程， 需要根據(jù)實際情況和技術(shù)進步進行調(diào)整和更新。