杜亮DU Liang

（中铁一局集团第四工程有限公司，咸阳 712000）

1 概述

随着国家经济的发张，作为经济腾飞的纽带，交通工程在其中发展着不可替代的作用。社会经济水平的提高，人们对生活质量的要求也随之提高，相应对出行的要求也越来越高。由于我国是多山国家，为了保证高铁线路的平顺性，桥梁和隧道的建设将会大量增加。特别是穿山越岭时，基本以桥隧的形式通过，隧道的长度越来越长，高遂线比的线路将会越来越多。如石太客运专线中最长隧道为27.87km，兰渝铁路隧线比为68.1%，京沈高铁隧道约200km，甚至一些线路的桥隧比超过90%。

近年来由于施工工艺和施工过程中的质量控制不到位以及地质灾害等原因，经常发生隧道二衬拱顶掉块造成的事故。隧道二衬不同程度地存在着空洞掉块，开裂，渗漏水等现象，直接影响到行车安全，见图1。

图1 隧道掉块及脱空

由于二衬缺陷，致使二衬受力不均匀，恶化了二衬受力条件，改变了二衬设计受力状态，二衬实际受力可能超过设计应力范围，在外部荷载作用下，加上其它不利因素影响，隧道二衬发生破坏的机率就会增大。因此，确保二衬拱部混凝土密实尤为重要。

此外，隧道拱顶脱空，一旦隧道出现渗漏，在渗漏水这个病害“催化剂”的作用下，加速二衬混凝土的破坏，尤其是拱顶部位的渗漏水，会带来行车安全隐患。

现依托在建铁路隧道就导致隧道缺陷产生的因素进行调研分析，从源头制定有效措施对隧道二衬缺陷进行整治，为隧道安全运营提供保障。

2 调研分析

针对铁路运营过程中二衬混凝土频繁出现的各种缺陷，根据《铁路运营隧道二衬安全等级评定暂行规定》铁运函【2004】174 号文的第四章隧道二衬缺陷及病害的量化指标，结合铁路总公司下发的“十严禁”红线管理规定，对7 个铁路项目已贯通的15 座隧道（合计56.4km），收集了二衬脱空、欠厚、强度不足、开裂、漏水、不密实、侵限7 个方面的缺陷数据。

表1 二衬混凝土缺陷总体情况统计表

由图2，从缺陷发生的概率来看，二衬脱空与欠厚是最主要的缺陷，且主要集中在隧道拱部与拱腰位置。

图2 缺陷种类及占比情况示意图

二衬脱空共计1394 处，占36.5%（平均为24.7 处/km），约14029m（2平均为249m2/km），发生在7 个项目的14 座隧道；隧道衬砌欠厚共计1213 处，占31.7%（平均为21.5处/km），约8240m（2平均为146m2/km），发生在5 个项目的10 座隧道；二衬开裂共计713 处（平均为12.6 处/km），占18.7%，约5325m（平均为94m/km），发生在3 个项目的8座隧道；二衬漏水共计363 处（平均为6.4 处/km），占9.5%，发生在2 个项目的6 座隧道；二衬不密实共计83 处（平均为1.5 处/km），占2.2%，约326m2（平均为5.8m2/km），发生在2 个项目的6 座隧道；二衬强度不足共计53 处（平均为0.9 处/km），占1.4%，约1040m2（平均为18m2/km），发生在1 个项目的3 座隧道。

通过对已建成隧道存在的缺陷进行统计分析，并针对引起隧道缺陷的主要因素制定有效措施，确保隧道二衬混凝土质量。将隧道二衬混凝土各种缺陷消除在施工过程中，确保铁路后期运营安全。

3 国内外隧道二衬缺陷处理情况

隧道病害的研究现状表明目前国内外隧道工程研究人员主要从隧道病害的检查与量测方法、隧道劣化机理分析、隧道病害分类与病害等级评定指标以及隧道病害的维修整治技术措施这四个方面对隧道病害进行研究，针对隧道病害的研究主要致力于隧道结构的长期安全性对施工缺陷在施工过程中如何有效控制及提前预防解决的研究非常少，得出的结论合理性与适用性还有待验证。一些研究虽有理论分析，有解决病害的方法，但多为出现病害的一种后处理模式，未能从预防及过程控制的角度去解决隧道二衬缺陷的产生问题。

4 隧道二衬混凝土缺陷控制措施

围绕影响隧道二衬混凝土质量的主要因素展开，对各关键问题的解决总体遵循“理论分析→实验研究→工装研发→工程验证→成果总结”五个步骤的研究顺。

4.1 管理机制的建立与完善

针对传统管理过程存在的冰点、痛点，通过互联网管理平台（智能拌合站管理平台、关键工序验收APP 软件、铁路信息平台）的引进，打通管理过程中的各个环节，强化流程管控，实现过程管控公开化。严格管理责任制度，责任到人，通过定期对管理系统的检查评估，不断完善责任考核追究制度，加强制度的执行力，使全体项目管理人员人人有目标、事事有考核，从而实现“施工流程化、流程规范化、规范标准化、标准信息化、信息公开化”的目标。

加强在施工过程中对项目全体人员的系统培训，提高全体参与人员的质量意识，提高作业人员对新技术、新工艺工装认知操作能力，使得新技术、新工艺工装尽快转化推动现场施工质量控制的助推器。

4.2 智能拌和站的推广与应用

采用基于物联网技术的智能拌和站系统（图3），目的是通过该系统的三项核心内容，串联四部门协同工作（物资部、试验室、拌和站、工程部）实现机械产生数据-人工传递指令-系统生成成果-系统公开显示的智能流程管控，从而达到对拌和站综合管控的目标。

图3 智能化拌合站管控平台界面

从源头上消除不合格材料进场使用，同时避免未检先用现象的发生；使拌和机数据造假成为历史；将传统人工流程管控与机器结合，实现了权责分明，提升了工作效率的同时又保证了施工质量，实现流程管理规范化的目的。

4.3 隧道关键工序质量验收APP 软件的开发与应用

通过手机APP 软件，从隧道开挖、初期支护、防水板的施工、模板台车的混凝土浇筑等隧道关键工序，上传施工现场视频或影像通过到工序验收软件，实现工序的交接质量验收，通过多人审批把关，从管理上杜绝工序间造成拱顶脱空的因子叠加，从源头上逐步消除空洞的产生，达到预防隧道二衬空洞的目的。

4.4 铁路信息平台的使用

随着信息化时代的来临，铁路建设也迈入信息化办公管理模式。目前铁路信息平台已上线运行，并在郑万铁路投入使用。有关的管理模块有23 个，涉及综合办公、进度管控、物资设备、质量管理、安全管理及投资管控六大管理体系。

郑万×标项目主要应用工作平台，包含综合管理、过程控制，现场管理三部分。

综合管理包含项目信息、人员机构管理、OA 公文处理、资料管理、工程实体分解；变更设计管理、劳务工工资系统、信用评价。

过程控制包含调度指挥、施工组织、项目动态查询，施工日志、物资设备、验工计价等模块。

现场管理包含拌合站、试验室、沉降观测、工程影像、超前地质预报、视频监控、检验批、问题库、安全步距、隧道形象化、围岩量测等多个模块。

通过不断的运行完善，铁路信息化管理平台的使用效果日益凸显。

4.5 大机配套与机械化施工

随着建筑和制造业的发展、科技的进步，机械化、智能化、数字化时代的来临，人工成本的增加，作业人员老龄化趋势日益突出（据调查显示：1960 年之前出生建筑工人占比12%，1960-1980 年代之间出生的建筑工人占比68%，1980 后出生建筑工人占比20%），隧道施工机械化成为必然的发展趋势。

×公司开展了一系列隧道机械化配套施工工装的研究和应用，三笔凿岩台车、拱架拼装机、湿喷机械手、自行式液压仰拱栈桥、防水板自动铺挂台车、智能化模板台车、二衬混凝土养护台车等一系列的配套机械设备投入施工现场（如图4-图9）。

图4 全电脑三笔凿岩台车

图5 湿喷机械手

图6 自行式液压仰拱栈桥

图7 防水半自动铺挂台车

图8 信息化模板台车

图9 移动式水沟电缆槽模架

4.6 三维智能激光扫描仪的使用

采用断面仪或者三维断面扫描仪检查喷射混凝土断面（图10），生成三维立体模型，根据净空分析数据和二衬混凝土方量计算拟合出防水板的松弛度富裕量以及二衬混凝土的需要量，以满足防水板的挂设松弛度，同时根据断面的计算混凝土需用量，为隧道二衬混凝土的足量浇筑提供依据。

图10 喷射混凝土表面断面检查

4.7 防水板自动铺设台车的研发与使用

采用防水板半自动挂设台车（图11），挂设土工布和防水板，土工布采用射钉或者膨胀螺栓通过热熔性塑料垫圈固定在初期支护混凝土表面。固定点的位置可以通过漫天星激光投影到初期支护混凝土表面，确保固定点位置精确度。

图11 防水板挂设台车

防水板通过挂设压实装置和热熔性塑料垫圈固定密贴后用电磁焊接机焊接固定。

4.8 隧道二衬成套技术

进一步完善二衬混凝土分层逐窗入模、模板台车定型组合钢端模、仰拱轻便弧形腹模与定型组合钢端模、矮边墙纵向止水带定位卡具与热熔焊机、水沟电缆槽移动模架、仰拱二衬钢筋定位卡具等京沈铁路总结提炼的成套技术。

秉承“以工装保工艺，以工艺保质量”管理理念，积极推进隧道施工机械化、专业化、标准化、规范化进程，降低隧道施工风险，减少隧道二衬质量缺陷。

4.9 二衬混凝土养护台车的研发与使用

二衬初期养护采用二衬台车随车养护台架，二衬脱模后，立即进行养护。在二衬台车移位前，采用随车养护台架进行养护。二衬台车移位后，采用自行式养护台车养护。为确保混凝土养护效果，在养护过程中要定期测量环境温度和湿度，调整养护时间。（见图12、图13）

图12 二衬随车养护台架示意图

图13 自行式喷淋养生台车

自行式喷淋养护台车是集测距、补水（上水）、湿温检查、喷淋、自动行走为一体的智能化多功能隧道二衬喷淋养生台车。通过自动检测环境温度、湿度，自行调整混凝土养护的时间，既减少了作业人员，又确保二衬混凝土实时养护，为二衬混凝土施工质量提供有力的保障。

5 隧道二衬缺陷控制效果

对××客专×标段的两个隧道采用隧道成套技术施工前后衬砌背后脱空进行了统计对比分析。

通过对上述技术的应用，隧道衬砌质量缺陷问题取得了明显成效，大大降低了隧道衬砌质量缺陷出现的概率和后期运营维修成本，其经济、社会效益显著。

表2 隧道衬砌背后脱空情况对比表

6 结语

对隧道缺陷产生的主要因素进行了深入的分析，通过管理考核机制、智能化拌合站管理平台、机械化配套施工、智隧扫描仪的应用、关键工序验收APP 软件的开发应用、防水板自动铺设台车、混凝土养护台车、铁路信息化平台等一系列施工过程中新技术、新工艺、新工装的研究和完善，将传统的隧道后期缺陷修补转为前期施工过程质量通病预防；充分利用“互联网+”技术开发了一系列隧道施工过程控制的智能化管理平台，推广应用了新仪器、新设备、新工装，形成了一套成熟的可推广应用的隧道机械化配套施工的工艺工法。并通过“四新”技术的应用和施工过程各个关键环节的管控，大大降低了二衬混凝土缺陷产生的概率和后期运营维修成本，其经济、社会效益显著。