铁路隧道施工技术常见缺陷及改进措施分析

尉晓波

(中铁十六局集团第五工程有限公司,河北 唐山 063000)

1 铁路隧道工程施工建设特点

铁路隧道施工建设现场,衬砌背后脱空、衬砌密实度不足、施工缝破损或错台等问题时有发生。因此,工程建设者应采取更为有效的施工控制手段,尽可能提高建设环节的作业水平,避免因后续的缺陷修复而消耗大量时间与成本。

1.1 施工工序较为复杂

铁路隧道工程施工作业涵盖多种工序与作业段,这些工种之间相互配合衔接,是确保隧道建设稳定实施的关键。此外,隧道作业区域的工作面十分狭窄,区域内部作业器械众多,开挖以及衬砌铺设环节涉及大规模进料、出渣等运输活动,这就让现场施工难度进一步增加。此外,铁路施工工程的进度控制与质量控制标准较高,施工单位需结合现场作业环境以及施工建设标准,提前做好相关规划,但隧道作业带有很强的不可控性,作业段经常会出现突发危险,这也同样加大施工作业的安全管理难度。

1.2 施工作业现场环境恶劣

铁路隧道施工建设环节,岩层、水文等条件因素的变化将直接改变现场作业秩序。此外,铁路隧道施工建设需使用多种机械设备,隧道内部空间狭窄,无论是空气流动水平还是光照条件,均难以得到有效保障,进一步加大现场作业以及质量管理工作难度[1]。隧道开挖环节,作业人员也要对隧道坍塌、涌水、瓦斯泄漏等问题进行防范,即便防护手段再全面,也很难保证现场作业的绝对安全,一旦出现突发情况,很容易造成施工人员伤亡,严重影响铁路隧道建设作业整体发展。

2 铁路隧道施工环节存在的缺陷

2.1 衬砌结构厚度不足或存在脱空以及密实度不足现象

导致衬砌结构厚度不足或脱空现象出现的因素有很多,依照铁路施工作业工序与技术应用现状,主要可分为以下几点。

(1)隧道作业面爆破设计存在缺陷

隧道开挖作业过程中,为保证建设进度,施工人员经常需要在作业掌子面进行爆破,一旦爆破设计存在缺陷,工程人员未能对作业面以及周边围岩的岩石结构进行精确分析,岩石完整度不足,或遭遇软弱围岩地段。而现场爆破管理人员却来不及进行具体的参数调整,很容易造成隧道开挖轮廓平整度较差,存在凸凹不平或棱角现象。

隧道开挖环节,若工程团队在隧道初期支护工序的控制强度不高,支护技术不够规范,亦或是喷射混凝土前未能进行测量复核,欠挖部位没有进行有效处理,隧道轮廓凹凸不平区域没有及时喷射混凝土进行处理,则后续衬砌铺设环节将很难保证其质量与结构强度。

(3)防水板未能及时固定

隧道工程作业期间,若防水板固定强度不够,没有按照要求预留足够的松铺系数,则混凝土浇筑完成后,防水板与初支面之间的贴合度将会受到影响,密实度不足,最终影响到隧道防水效果,破坏工程建设稳定性,甚至会造成隧道使用寿命削减。

(4)混凝土浇筑控制不合理

隧道混凝土浇筑期间,工程人员应对浇筑技术进行科学管控,若未能按照要求进行振捣,亦或是混凝土输送环节出现堵管现象,都会影响到混凝土浇筑质量。此外,当混凝土浇筑隧道拱顶位置时,一旦混凝土塌落度没有进行调整,则拱顶位置的混凝土密室效果将受到影响,衬砌背后脱空问题将难以避免。

(5)拱顶压浆作业控制不合理

混凝土浇筑环节,拱顶压浆作业意义重大,若现场施工人员技术水平不足,作业经验存在欠缺,当混凝土浇筑到拱顶位置时,未能及时向混凝土拌和站提供相应的补方数据,亦或是在未仔细分析的情况下主观认为已浇筑完成[2]。此时,拱顶位置二衬厚度将无法满足设计规范,脱空现象随之出现。

(6)过早拆管导致二衬脱空

为了对水压进行有效的监督，对子系统进行保压，保证试水的工作能够顺利的进行，建筑中和室内的管道相贴合的地方定是要进行压力表的安装。与此同时，在进行消防栓安装时务必要考虑的是消防栓与外墙之间的距离，一定要确保二者之间的距离是在5～40m间，同时和路旁的距离要设置在2m之内[4]。除此之外，以双速风机在控制上的理念作为依据，在控制箱的上方进行手动和自动按键开关的设置，低速和停高以及地启排风挡的设计也需要是健全的，从而使在低俗运转时火灾的信号可以及时、准确捕捉到，促进排烟挡高速的运转，为了使消防的安装变得更加有效，进行施工的时候对直流开关的实验是必不可少的。

二衬混凝土未初凝前,工程人员过早拆管,此时,混凝土自身稳定性很差,拆管后混凝土将会下落并形成漏斗,这种作业行为也会导致二衬脱空问题。因此,拆管时间应合理控制,针对混凝土配比参数,做好初凝试验工作,依照现场作业环境掌握更为合理初凝时间点。

(7)混凝土配合比不佳

混凝土浇筑环节,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异,若混凝土施工配合比水灰比超出设计规范,混凝土塌落度过大,亦或是混凝土浇筑振捣不足。此时,混凝土因自重下沉,其收缩形变也将超出工程质量标准,最终导致衬砌后部以及混凝土内部出现空隙。

(8)混凝土内部空气未能及时排出

混凝土内部空气问题也是影响混凝土浇筑质量的关键因素,尤其是在拱顶浇筑期间,拱顶的混凝土因其所处的空间十分狭小,混凝土内部气泡很难通过常规手段排出,若施工人员未能采取有效措施,混凝土内部空隙现象将普遍存在,无论是结构强度还是防水能力都将受到很大破坏。

2.2 施工缝错台或破损现象

施工缝破损也是当前铁路隧道施工建设期间的常见弊病。现场作业期间,若施工缝位置未能按照要求设置钢筋,施工缝模板端头存在漏筋少筋问题,亦或是混凝土浇筑环节振捣控制不当,施工缝位置的混凝土密实度不满足要求,都会导致施工缝出现破损现象。此外,铁路隧道施工作业空间狭小,现场作业器械众多,若施工管理不当,施工缝处理环节也很容易出现人为破坏问题。从技术以及现场作业角度分析,铁路隧道曲线下,衬砌台车与上一版二衬搭接时没有紧密贴合,或是工程人员在使用衬砌台车时没有进行精准定位与测量,混凝土浇筑前也没有进行校核作业,则衬砌作业环节的精度控制将成为隐患。同时,模板台车固定不牢,混凝土浇筑环节也会出现模板移位现象,在此条件下,施工缝控制将很难满足初始预期与设计标准。

2.3 隧道衬砌结构出现裂缝问题

铁路隧道衬砌结构建设期间,导致衬砌结构出现裂缝的原因有很多中,根据当前铁路隧道建设模式,可分为以下几点。

图1 隧道作业设备

(1)混凝土水化控制不佳

混凝土浇筑后,伴随着水化反应的持续发生,混凝土内部将产生大量热能,混凝土水分散失速度加快,加之混凝土导热性能很差,很容易出现干缩裂缝与温度裂缝。

(2)现场操作与施工技术存在问题

衬砌施工期间,若作业人员未能根据现场实际情况对混凝土配合比以及相关作业技术手段进行调整,亦或是混凝土输送环节随意加水,混凝土浇筑过程振捣不规范,也会导致混凝土自身性质出现改变,匀质性差。

3 铁路隧道施工环节常见技术缺陷的改进措施

3.1 注重超挖与欠挖现象的合理管控

铁路隧道开挖环节,工程人员应对开挖量进行管控,一旦开挖尺寸超出设计规范,其不仅会增加出渣量以及衬砌施工作业量,造成施工作业周期延长,也会导致施工建设材料投入增加,工程造价提高。因此,工程团队应对现场开挖量进行合理管控,重点实施初始平整度控制,从而减少混凝土浇筑消耗[3]。针对施工作业现场存在的不稳定因素,施工建设单位与项目部门应成为超前挖控制小组,严格控制隧道开挖环节,在每一个循环开挖作业期间,应对轮廓线测量、爆破参数等进行优化,从而确保开挖后的隧道轮廓与初始预期保持一致。初期支护完成后,工程技术人员应及时进行断面数据扫描工作,以此为基础,指导后续开挖工作。此外,现场管理环节也要落实包保管理制度,注重每一个细节的把关与监控,每一个开挖循环都要进行具体的数据分析,每日作业数据也要进行有效整理,从而保证施工质量,并有效控制作业混凝土消耗。

3.2 针对初期支护表面不平整区域进行改良

施工建设环节,针对初期支护表面不平整区域,工程团队可采用混凝土喷射法进行修补,必要时可搭设锚杆、挂网等,确保混凝土喷射环节的作业水平,并同步控制个别岩石突出现象,其欠挖数据不能超过5 cm,从而保证后续防水板铺设工作的稳定进行,避免因隧道轮廓凹凸不平而出现衬砌背后脱空问题。

3.3 改进二衬混凝土浇筑到拱顶位置时的技术工艺

二衬混凝土浇筑到隧道拱顶位置时,现场作业管理人员应及时调整混凝土塌落度,可采取液位继电法,在衬砌模板台车拱顶位置设置五组液位继电器防空洞装置,并沿着拱顶均匀布置。当衬砌混凝土浇筑到指定位置时,因混凝土自身也是一种导电材料,相连位置将会连通,液位继电器进入工作状态,配合声光报警器,可及时提醒现场工作人员。此外,作业环节可在拱顶位置设置观察孔,实时观察混凝土浇筑高度,帮助作业人员判断混凝土浇筑结束时间点,并保证拱顶位置混凝土的填充效果与密实度。

3.4 强化施工作业人员管理

工程建设经验表明,人为因素是导致铁路隧道施工质量问题的首要来源,因此,建设单位应采取合理的奖惩措施,注重现场施工人员与管理人员的管理效能,激发其责任心与质量意识。如,衬砌作业期间,若后续质量审查环节未发现任何质量问题,建设单位应给予现场工作团队一定的奖励,反之则要给予必要的惩罚,以经济利益为切入点,让铁路隧道现场作业的每一位人员均具备必要的规范理念与作业积极性,尽可能减少因隧道缺陷后实施的后期处理工作量。

3.5 针对部分作业缺陷进行科学处理

(1)铁路隧道作业期间,若部分区域存在欠厚或强度不足的问题,质量审查人员应根据具体的欠厚程度,实施分级验证,以确保隧道整体结构强度与使用功能为最终目标,在修复缺陷的同时,避免出现衬砌大量拆换现象。(2)针对衬砌背后脱空以及密实度不足的作业区域,若判定为二衬欠厚或强度不满足设计规范,则要进行拆除工作。若拱顶位置存在脱空现象,衬砌拆除时应以拱顶144°为标准范围,对旧混凝土进行拆除,并重新进行混凝土浇筑,确保其厚度与结构强度满足标准。如果存在二衬欠厚,但是混凝土强度满足设计标准,衬砌背后存在脱空、空洞,则工程人员可采取注浆补充处理,若发现空洞体积超过1.5 m3,则要依照工程所处区域的地址状况以及工程建设标准,具体分析改进与补充措施。(3)若施工建设现场存在混凝土密实度不足的现象,工程团队应首先进行钻孔作业,对密实度进行验证,确定缺陷范围,针对二衬欠厚以及强度不足的区域进行拆除,并重新进行衬砌铺设以及混凝土浇筑。(4)若隧道施工冷缝存在缺陷,其处理过程应以混凝土结构以及冷缝储量进行判定,如果衬砌拱顶位置存在一条施工冷缝缺陷,则应依照非结构性缝隙整治方案进行优化与调整。若存在两条或两条以上施工冷缝缺陷,工程人员则要拆除旧混凝土并重新浇筑。(5)隧道施工缝应采取无损检测技术,依照具体情况落实相应的处理对策。如果施工缝存在错台,但是其结构层面不存在裂缝或净空现象,强度层面也满足设计标准,则该处缺陷可不进行拆除处理,只要对缺陷位置进行打磨即可。(6)若隧道施工缝存在破损现象,其修复过程应按照具体的检测结果进行调整,主要检查隧道结构性与功能性层面的要求,如果这两项满足设计规范,只是观感质量方面存在不足,则工程人员可将破损位置进行凿除,并使用打磨机对松动混凝土块或砂浆块进行打磨[4]。若破损深度较大,缝隙宽度超过20 cm,则要针对性采取拆换作业,对缺陷位置进行彻底修复。(7)衬砌裂缝处理环节,工程人员也要判断裂缝是否为结构性,如果是结构性裂缝,则衬砌的整体性以及后续使用期间的安全性将受到严重影响,建设单位必须对其进行拆除重建工作。若缝隙为非结构性,则要针对缝隙的具体宽度与深度进行检测分析,如果宽度不超过0.2 mm,可通过涂抹渗透性防水材料进行修补,如果超过0.2 mm,则应采用环氧树脂或水泥砂浆等渗透材料,沿着缝隙边缘钻孔灌注。衬砌缝隙整治完成后,也要在其表面涂抹与周边混凝土同色的涂料,从而保证整体美观度。

4 结 语

综上,铁路隧道施工建设所面临的挑战与影响因素众多,施工难度很大,若某一环节存在问题,隧道建设质量将受到巨大影响。因此,工程团队应结合当前铁路隧道建设常见问题,广泛落实相关技术改进策略,注重现场作业规范性,强化人员与作业秩序管控,并对已存在的缺陷进行具体分析,寻找更为恰当的修补方式,提高铁路隧道的建设水平以及运营使用期间的社会经济价值。