高速铁路隧道衬砌施工质量控制关键技术研究

岳先龙

（中铁十二局集团第四工程有限公司，西安 710000）

1 引言

随着现代交通系统的快速发展，高速铁路快速、高效和环保的交通特点正日益受到重视，其中，良好的高速铁路隧道衬砌的施工质量无疑是确保铁路安全、稳定和持久运行的基石。因此，深入研究高速铁路隧道衬砌施工的质量控制关键技术，对于推动铁路工程技术的进步和保障公众的安全至关重要。

2 衬砌施工过程及其重要性

2.1 衬砌的功能

衬砌在高速铁路隧道工程中的主要功能是提供坚固和持久的保护结构，以支撑和维护轨道的稳定，确保列车在任何气候和使用条件下都能安全、平稳地行驶。 衬砌作为隧道或开挖部分的结构元素， 可以有效防止周围土层和岩石对轨道造成不良影响。 高质量的衬砌可以防止轨道因地震而位移，避免可能的列车脱轨事故，还能起到防水的作用，保护轨道免受积水的侵害[1]。

2.2 不同类型的衬砌材料和设计

为确保工程的长期稳定性、耐久性和功能性需求，高速铁路隧道衬砌结构的选材和设计涉及多种因素。

不同的衬砌材料具有各自独特的物理和化学性质，因此，在选择衬砌材料和进行衬砌设计结构时， 必须仔细考虑与所在环境和预期使用条件的匹配性。 传统的衬砌材料主要包括混凝土、砖和石材。其中，混凝土是最常用的衬砌材料之一。由于较高的压缩强度和良好的耐久性， 混凝土在各种环境条件下都能提供稳固的支撑。 现代混凝土材料还可以通过添加特殊的添加剂和纤维增强其抗渗、 抗冻和抗腐蚀等性能。 砖材料，尤其是耐火砖，在过去某些特定的环境中被广泛使用，如高湿度或高温度环境， 但由于其在某些条件下的脆性和相对较低的抗压强度，砖的应用已逐渐受到限制。 石材，如花岗岩或砂岩，由于具有天然的均匀性和良好的耐候性，在某些高端或历史性工程中仍然受到欢迎， 但高昂的成本和较大的加工难度使其在普通高速铁路工程中的应用较为有限。

衬砌设计除选择合适的材料外，还需要考虑衬砌的厚度、接缝处理、加固方法，以及与其他结构元素的接口等因素。 为防止水分积聚或侵蚀衬砌， 通常还需要设计有效的防水和排水系统。

3 高速铁路隧道衬砌施工质量控制关键技术研究

3.1 高精度测量与定位技术

衬砌的正确定位与精确测量直接关系到铁路的运行质量和安全性。 为满足高速铁路隧道对衬砌的精度要求，必须采用先进的测量仪器和方法，如全站仪、三维激光扫描仪和差分全球定位系统（DGPS），提供毫米级别的测量精度，确保衬砌的平整性、高度和宽度都满足设计要求。 全站仪与激光扫描仪相结合可以实时捕捉施工现场的三维数据， 生成详细的点云模型，为施工团队提供实时的反馈，以调整施工方法，才可以在施工完成后用于质量检查和验收。DGPS 为衬砌的准确定位提供了强有力的支持， 可以确保每一块衬砌都能准确无误地放置在设计位置。 除硬件设备外，现代测量软件能够对采集的数据进行快速处理和分析，输出精确的测量结果，并与设计图纸进行对比， 及时发现偏差和错误。 通过与其他工程软件的集成，测量数据还可以为施工计划、材料管理和质量控制提供强有力的支撑[2]。 另外，施工团队必须正确、有效地操作设备，并准确解读测量结果； 测量与定位工作需要与其他施工环节紧密配合，确保整个施工过程的连贯性和效率。

3.2 自动化和机械化施工方法

机械化施工方法， 如专用的衬砌铺设机械和混凝土浇筑设备，可以确保每一步操作的精确性和连贯性，在短时间内准确地铺设和固定衬砌，确保其与轨道的完美对接，减少人为误差和操作差异，确保施工的均匀性和质量。 同时，自动化技术在衬砌施工中也起到了关键作用。 通过使用传感器、控制器和其他先进设备， 施工过程可以在无人或少人干预的情况下自动进行。 此外，实时的数据监控和反馈也为施工团队提供了有价值的信息，便于及时调整施工方法，优化施工流程。

3.3 高性能混凝土和其他材料的应用

高性能混凝土HPC 的主要优势在于其具有极佳的强度和耐久性， 能够保证衬砌在高速列车荷载长期的作用下保持稳定，同时减少由于环境侵蚀、冻融循环和其他外部因素造成的损伤。此外，HPC 的高流动性和自密实性也使其在施工中更加容易操作，从而提高了施工效率和结构的整体性能。 除了高性能混凝土外，其他先进的衬砌材料，如纤维增强混凝土、自密实混凝土和高韧性材料， 也在高速铁路隧道衬砌中得到了广泛应用。

3.4 防水与排水技术

防水技术的核心在于预防水分对衬砌结构的侵入， 采用防水膜、防水涂层、水泥基复合材料和注入剂，能够有效隔绝外部的水分，并确保衬砌内部保持干燥。 排水技术的主要目的是将衬砌结构中或其周围的积水迅速排出， 有效的排水系统可以防止水分积聚，减少对衬砌结构和基础的不良影响。 常用的排水技术包括表面排水沟、亚表面排水系统和深层排水井。为确保水分迅速流出，避免积水和渗水现象，排水系统的设计和施工还需要考虑地质、气候和水文条件，确保其在各种环境下的有效性和稳定性[3]。

3.5 节能与环保施工技术

节能技术在衬砌施工中主要体现在材料选择、 施工设备和施工方法的优化方面。 例如，选择低碳或再生材料，如再生混凝土或利用工业副产品， 可以大幅度减少材料制造和运输过程中的碳足迹；采用高效的施工设备和先进的施工方法，如电动设备或自动化施工技术， 可以进一步降低能源消耗和排放。 环保技术在衬砌施工中主要是减少对环境的不良影响，如噪声、灰尘和污水，可以采用各种噪声控制措施，如隔音屏障或低噪声施工设备， 确保施工过程中的噪声控制在合理范围内；对于灰尘和污水，则可以采用尘土控制措施和污水处理系统，避免尘土和污水流入自然环境，造成污染。

4 高速铁路隧道衬砌施工质量控制方法与策略

4.1 质量管理体系的建立

质量管理体系为高速铁路隧道衬砌施工各阶段提供了明确的指导、标准和流程，确保工程的顺利完成、安全和长期稳定性。 质量管理体系的核心是制定明确、可行的质量政策和目标，应根据国家和行业的相关标准，结合项目的特点和要求进行制定，确保所有参与方，包括设计师、施工团队、监理和甲方对政策和目标有明确的了解和共识。 详细的质量管理计划和程序应涵盖项目的整个生命周期，从前期设计、材料采购、施工到后期维护，明确各阶段的质量标准、检测方法、责任分工和反馈机制。 此外，为确保计划和程序的有效实施，还需要建立健全质量管理组织结构，配备专业的质量管理人员。 实施严格的质量检查和监控制度， 确保施工过程中的每个步骤都符合预定的质量标准，包括定期的现场巡查、材料测试、工艺验证和完成验收，发现任何的偏差和问题都应及时纠正，避免对工程质量产生不良影响。 建立完善的质量反馈和改进机制也是质量管理体系的关键组成部分，通过收集和分析质量数据，评估质量管理体系的有效性和完善度， 不断优化和完善质量管理流程，提高工程的质量水平。

4.2 施工过程中的质量监控与检测方法

现场质量监控是施工过程中的首要任务， 包括对施工团队的操作方法、施工设备的状态和材料的质量进行实时监控。采用高分辨率摄像头、传感器和数据分析系统，实时捕捉和记录施工现场的情况，确保每一步骤符合预定质量标准。 现场监控可为施工团队提供及时的反馈和指导，优化施工方法，提高工作效率。 材料质量检测是确保工程质量的基础，应对进场材料进行抽样检测、对混凝土的强度和工作性进行测试，以及对衬砌材料的性能进行评估。 通过采用先进的检测设备和方法，如光谱分析、超声波检测和电磁波检测，确保材料的质量满足设计要求，避免由于材料问题导致的工程质量下降。

4.3 故障与问题的早期识别及应对策略

在高速铁路隧道衬砌施工中， 故障与问题的早期识别并采取相应的应对策略对于确保工程的质量、 安全和时间表至关重要。 延误识别可能导致更大的结构问题，增加维修成本，时间延误，以及产生潜在的安全风险，因此，应针对识别并报告潜在问题对施工团队进行培训。 经过适当的培训，施工人员会更加敏感地注意施工中的不规范行为或潜在故障迹象，并及时向上级或工程师报告。 此外，在高速铁路隧道衬砌施工过程中，还应制订应对策略和应急计划，以备不时之需，一旦发现问题，立即启动应急计划，根据预先制定的应对策略进行操作，以减少问题对整个工程的影响。

4.4 后期维护与补救措施

高速铁路隧道衬砌施工完成后， 为确保衬砌结构的长期稳定性和安全性， 对其进行持续的维护和争取必要的补救措施同样重要。 专业团队应定期对衬砌结构进行全面检查，包括但不限于裂缝、渗漏、腐蚀和沉降，一旦发现问题，必须迅速制定和实施补救措施。 例如，对于裂缝，可以采用注射剂或专用封闭材料进行密封；对于渗水问题，可能需要在衬砌内外进行防水处理。 针对性的补救措施不仅可以延长衬砌的使用寿命，还可以避免更大的结构问题和安全风险。 此外，预防性维护也是后期维护的一部分。 根据衬砌结构的实际情况和环境因素，如气候、土壤和地下水，定期进行必要的保养和修复，如清洁、涂抹防护涂层或更换破损部件，可以预防潜在问题，减少补救措施的需求和成本。 建立完整的维护和补救记录系统至关重要，不仅能为工程管理者提供关于衬砌结构状况的详细信息，还可以为未来的维护和修复工作提供参考， 确保每一步措施实施的效果和效率。

5 结语

高速铁路隧道衬砌施工的质量控制是多层面、 综合性的任务，涉及多种技术、方法和策略的结合和应用。 在当前技术迅速发展的背景下，为追求更高效、更经济的施工方法，确保铁路的长期安全和稳定性，工程师、研究者、施工者和管理者理应共同努力，不断探索、创新和完善。 施工技术同时，高速铁路隧道衬砌施工质量控制也是持续的过程， 需要根据实际情况和技术进步进行调整和更新。