高速铁路隧道病害产生的原因及预防
2015-07-09
高速铁路以其高速快捷、平顺舒适、安全可靠等优越性能受到越来越多的人们的认可和选择，自2005年第一条高速铁路开工建设至今，我国已基本建成四纵四横的高速铁路路网，极大地缓解了我国铁路客运交通的压力。
但是，随着越来越多的高速铁路投入运营，许许多多的高速铁路施工质量问题逐渐暴露，也造成了一起起高速铁路交通事故。例如：2011年7：23甬温高铁列车追尾事故（通信信号设备质量问题），2009年7：10石太高铁路基下沉事故（路基填筑质量问题）等。高速铁路的质量缺陷给高铁的运营安全带来了极大地隐患。在这里，主要探讨一下高速铁路隧道施工质量病害的种类、产生原因以及预防措施。
1 高速铁路隧道病害的种类
高速铁路隧道的质量病害主要有以下几种：（1）隧道二衬拱顶有脱空，造成拱顶围岩表面失去支撑，发生掉块及塌陷，进而导致二衬顶部开裂或者掉块，掉块击打列车或者使得固定在二衬上的行车设备松动，给列车运行安全造成极大威胁；（2）隧道防水板施工质量存在问题，导致隧道二衬发生渗漏水现象，渗漏水出现在拱顶或者拱腰部位，可导致隧道内部分电力设备失灵和绝缘效果降低，也会导致外露金属物体锈蚀。如果渗漏水出现在仰拱下面，则不断积聚的水压会将隧道内的仰拱和无砟轨道顶起，从而影响高速铁路的运行安全和使用寿命；（3）拱顶二衬砼钢筋保护层厚度不足，在列车高速通过时反复的挤压作用下，保护层厚度不足部位的砼会产生疲劳破坏，容易造成砼块掉落。（4）隧道二衬拱顶表面人工修补。还有初期支护背后空洞、二衬厚度不足、泄水孔排水不畅等多种问题。现就对高铁运行危害较大的前四种质量病害产生的原因分析如下。
2 产生隧道病害的原因
导致隧道施工质量问题的原因是多种多样的。除了作业人员质量意识不强，责任心差之外，还有一些工程技术方面的原因，隧道施工管理人员质量管理体系没有发挥作用，工序检查不到位等都是质量问题产生的原因。只有把这些影响隧道施工工程质量的原因分析透彻，才能够有针对性的开展隧道质量病害的早期预防工作。下面分别对四种主要隧道病害产生的原因进行分析。
2.1 隧道拱顶二衬脱空
我们知道，隧道二衬砼浇筑是通过二衬台车上的预留砼灌注孔（或者叫观察孔）由下到上进行对称浇筑的，开始时砼是在依靠自身重力在附着式振动棒的作用下，自行流动均匀的填满二衬台车内的各个空间的。但是到了拱顶部分浇筑时，所有的观察窗都已关住，作业人员无法用眼睛观察砼灌注是否填满拱顶模板内空间，只能靠感觉自行掌握，而且，最后浇筑拱顶二衬砼时，拱顶周边全部封死，里面的空气挤压也会造成空洞和砼不密实。另外，砼的流动性也是关系二衬拱顶是否密实的重要因素。如果砼的和易性差，就很容易造成拱顶二衬空洞。再者，拱顶初期支护的局部较大凹凸也会在防水板的背后形成空洞。
2.2 隧道渗漏水现象
高铁隧道采用的是全包防排水设计，二衬砼与初期支护之间用土工布和防水板完全隔离，防水板的接长采用热熔焊接，并要求做气密试验。在两板二衬砼的施工缝处，设置环向止水带，在二衬砼和仰拱之间，设置纵向止水带。防水板与岩壁之间设置环向盲管，将岩层之间的水导入拱脚处的纵向排水管内，纵向排水管间隔一定距离设置一个泄水孔，将汇集起来的山水引入中心排水沟。可以看出，如果按照设计要求施做到位，隧道是不会出现渗漏水现象的。之所以会出现二衬砼渗漏水现象，主要有以下几个原因：一是隧道开挖控制不好，光面开挖效果差，使得开挖后的岩石表面凹凸不平（这样的情况在Ⅲ级围岩不设拱架时最容易发生），这样，过大的凹凸表面就会使得防水板不能平顺铺设，也就无法使得两条防水板临边对齐，焊接效果更是无法保证，气密试验往往也在施工中被省略，这就使得防水板可能出现漏水部位；第二，二衬钢筋施工中钢筋戳破防水板或电焊烧坏防水板；第三，环向或纵向止水带安装位置不正确或者接头处没有焊接；第四，仰拱施工时底部残渣清理不彻底，造成仰拱下部与基岩结合不牢固，有可能被水渗入仰拱底部，形成压力水。
2.3 二衬砼钢筋保护层厚度不足
造成这种质量问题的原因主要的有两种；一是施做二衬钢筋时保护层垫块数量不足，间距过大。二是环向钢筋长度不足，造成台车就位后，拱顶模板到二衬钢筋之间空间距离不足，无法安设钢筋保护层垫块。而造成环向钢筋长度不足的原因有二：一是钢筋下料长度偏短，二是开挖断面预留拱顶沉降量太小，断面高度不足。
2.4 隧道二衬拱顶人工修补
产生这种病害的原因是，作业人员和管理人员对高速铁路的设计原理和运行环境要求不理解。对于高速铁路100年的使用寿命要求，对于高速铁路隧道内二衬表面反复受到列车进出形成的空气压力作用下的砼或其他修补材料掉落对高速列车的安全危害认识不足。
3 高速铁路隧道质量病害的预防措施
找到了造成高速铁路隧道质量病害的原因，就能够有的放矢的采取针对性的措施在施工阶段进行早期预防。这些措施由两方面组成：组织措施和技术措施。
3.1 预防隧道质量病害的组织措施
建立健全质量管理体系，完善质量管理制度和质量问题责任追究制度，配备有专业技能且责任心强的质检人员。组织作业人员进行高铁相关知识的教育培训，加强施工技术交底，杜绝无证上岗和未经过高铁培训就参加高铁施工。同时要加强架子队建设，杜绝工程转包和违法分包，杜绝不听指挥的包工队进入施工现场。
3.2 预防隧道质量病害的技术措施
（1）预防二衬拱顶脱空的技术措施：首先，加强隧道光面爆破技术研究，针对各种围岩条件下的爆破参数进行适时变化，取得较好的光面爆破效果。使得拱顶防水板的铺设平整光滑，有利于二衬钢筋的帮扎和保护层垫块的安放，保证拱顶砼在浇筑时的自由流动。其次，使用自密实砼，砼直接泵送入模板内，不需要振捣。在拱顶设导流管，砼灌注满后，会顺着导流管溢出，这样，会防止模板内空气无法排除而形成空洞。另外，要在二衬拱顶位置安设注浆管，在二衬强度达到设计要求后进行注浆。
（2）预防隧道渗漏水的技术措施：加强光爆效果控制，对爆破形成的隧道表面及时进行找补，消除凸起的岩块，对超挖严重的部位，进行挂网补喷。还要对钢拱架背后进行侧面喷射，以保证钢拱架背后初喷的密实度，在喷射拱顶部位时，一次不能喷射太厚，要分多次进行喷射。在初期支护完成，二衬施工尚未开始之前，一定要对初期支护进行雷达扫描，以确定初期支护的密实度，发现空洞及时解决。初期支护的密实和平整，是保证隧道防水板铺设平整和焊接牢固的先决条件，也是阻挡岩石内水流向隧道内渗漏的一道屏障。在保证初期支护表面平顺的前提下，做好防水板铺设的平整和焊接的牢固，就是防水效果好坏的关键，每一环二衬施工完外露的防水板长度不得小于1米，两块防水板的搭接长度不得小于15厘米，接头必须采用热熔焊接，焊接效果要用气密性实验进行检验。二衬环向止水带位置正确，上下居中，接头在磨平凸棱后再进行粘结。另外，仰拱基础底部碎渣一定要清理干净，保证仰拱与基底岩石紧密结合，不留空隙，不让水流渗进仰拱底部，形成反向水压，保证无砟轨道不被拱起。在二衬砼浇筑过程中，还要注意振捣密实，浇筑要连续进行，不得留下施工冷缝，这也是防止二衬渗漏水的措施之一。
（3）预防二衬保护层厚度不足的技术措施：首先，在开挖环节就要根据围岩情况留下足够的拱顶沉降量，保证二衬砼施工时有足够的断面高度。其次，在二衬砼施工前，要精确测量断面，确定台车位置，清除侵入二衬限界的凸台，保证二衬钢筋有足够的空间进行布设。还有，在环向钢筋下料时，要留有足够的搭接长度，在钢筋网的相应位置布置足够的钢筋保护层垫块，并用垫块本身的铁丝帮扎在钢筋上，防止浇筑过程中脱落。
（4）预防隧道二衬人工修补的技术措施：随时保持二衬台车的良好状态，精确就位，减少二衬接头处的砼错台。经常在台车表面涂油，保证台车表面光洁，加强浇筑时的振捣，减少二衬砼的不密实和渗漏水现象。
4 结语
保证高速铁路工程质量是每一名高铁建设者的责任，我们要通过工程实践不断总结经验，完善技术措施，提高高速铁路的工程质量，为人民提供一个安全快捷的出行条件。
