高速鐵路隧道病害產(chǎn)生的原因及預(yù)防
2015-07-09
高速鐵路以其高速快捷、平順舒適、安全可靠等優(yōu)越性能受到越來越多的人們的認(rèn)可和選擇，自2005年第一條高速鐵路開工建設(shè)至今，我國已基本建成四縱四橫的高速鐵路路網(wǎng)，極大地緩解了我國鐵路客運(yùn)交通的壓力。
但是，隨著越來越多的高速鐵路投入運(yùn)營，許許多多的高速鐵路施工質(zhì)量問題逐漸暴露，也造成了一起起高速鐵路交通事故。例如：2011年7：23甬溫高鐵列車追尾事故（通信信號(hào)設(shè)備質(zhì)量問題），2009年7：10石太高鐵路基下沉事故（路基填筑質(zhì)量問題）等。高速鐵路的質(zhì)量缺陷給高鐵的運(yùn)營安全帶來了極大地隱患。在這里，主要探討一下高速鐵路隧道施工質(zhì)量病害的種類、產(chǎn)生原因以及預(yù)防措施。
1 高速鐵路隧道病害的種類
高速鐵路隧道的質(zhì)量病害主要有以下幾種：（1）隧道二襯拱頂有脫空，造成拱頂圍巖表面失去支撐，發(fā)生掉塊及塌陷，進(jìn)而導(dǎo)致二襯頂部開裂或者掉塊，掉塊擊打列車或者使得固定在二襯上的行車設(shè)備松動(dòng)，給列車運(yùn)行安全造成極大威脅；（2）隧道防水板施工質(zhì)量存在問題，導(dǎo)致隧道二襯發(fā)生滲漏水現(xiàn)象，滲漏水出現(xiàn)在拱頂或者拱腰部位，可導(dǎo)致隧道內(nèi)部分電力設(shè)備失靈和絕緣效果降低，也會(huì)導(dǎo)致外露金屬物體銹蝕。如果滲漏水出現(xiàn)在仰拱下面，則不斷積聚的水壓會(huì)將隧道內(nèi)的仰拱和無砟軌道頂起，從而影響高速鐵路的運(yùn)行安全和使用壽命；（3）拱頂二襯砼鋼筋保護(hù)層厚度不足，在列車高速通過時(shí)反復(fù)的擠壓作用下，保護(hù)層厚度不足部位的砼會(huì)產(chǎn)生疲勞破壞，容易造成砼塊掉落。（4）隧道二襯拱頂表面人工修補(bǔ)。還有初期支護(hù)背后空洞、二襯厚度不足、泄水孔排水不暢等多種問題。現(xiàn)就對(duì)高鐵運(yùn)行危害較大的前四種質(zhì)量病害產(chǎn)生的原因分析如下。
2 產(chǎn)生隧道病害的原因
導(dǎo)致隧道施工質(zhì)量問題的原因是多種多樣的。除了作業(yè)人員質(zhì)量意識(shí)不強(qiáng)，責(zé)任心差之外，還有一些工程技術(shù)方面的原因，隧道施工管理人員質(zhì)量管理體系沒有發(fā)揮作用，工序檢查不到位等都是質(zhì)量問題產(chǎn)生的原因。只有把這些影響隧道施工工程質(zhì)量的原因分析透徹，才能夠有針對(duì)性的開展隧道質(zhì)量病害的早期預(yù)防工作。下面分別對(duì)四種主要隧道病害產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析。
2.1 隧道拱頂二襯脫空
我們知道，隧道二襯砼澆筑是通過二襯臺(tái)車上的預(yù)留砼灌注孔（或者叫觀察孔）由下到上進(jìn)行對(duì)稱澆筑的，開始時(shí)砼是在依靠自身重力在附著式振動(dòng)棒的作用下，自行流動(dòng)均勻的填滿二襯臺(tái)車內(nèi)的各個(gè)空間的。但是到了拱頂部分澆筑時(shí)，所有的觀察窗都已關(guān)住，作業(yè)人員無法用眼睛觀察砼灌注是否填滿拱頂模板內(nèi)空間，只能靠感覺自行掌握，而且，最后澆筑拱頂二襯砼時(shí)，拱頂周邊全部封死，里面的空氣擠壓也會(huì)造成空洞和砼不密實(shí)。另外，砼的流動(dòng)性也是關(guān)系二襯拱頂是否密實(shí)的重要因素。如果砼的和易性差，就很容易造成拱頂二襯空洞。再者，拱頂初期支護(hù)的局部較大凹凸也會(huì)在防水板的背后形成空洞。
2.2 隧道滲漏水現(xiàn)象
高鐵隧道采用的是全包防排水設(shè)計(jì)，二襯砼與初期支護(hù)之間用土工布和防水板完全隔離，防水板的接長(zhǎng)采用熱熔焊接，并要求做氣密試驗(yàn)。在兩板二襯砼的施工縫處，設(shè)置環(huán)向止水帶，在二襯砼和仰拱之間，設(shè)置縱向止水帶。防水板與巖壁之間設(shè)置環(huán)向盲管，將巖層之間的水導(dǎo)入拱腳處的縱向排水管內(nèi)，縱向排水管間隔一定距離設(shè)置一個(gè)泄水孔，將匯集起來的山水引入中心排水溝。可以看出，如果按照設(shè)計(jì)要求施做到位，隧道是不會(huì)出現(xiàn)滲漏水現(xiàn)象的。之所以會(huì)出現(xiàn)二襯砼滲漏水現(xiàn)象，主要有以下幾個(gè)原因：一是隧道開挖控制不好，光面開挖效果差，使得開挖后的巖石表面凹凸不平（這樣的情況在Ⅲ級(jí)圍巖不設(shè)拱架時(shí)最容易發(fā)生），這樣，過大的凹凸表面就會(huì)使得防水板不能平順鋪設(shè)，也就無法使得兩條防水板臨邊對(duì)齊，焊接效果更是無法保證，氣密試驗(yàn)往往也在施工中被省略，這就使得防水板可能出現(xiàn)漏水部位；第二，二襯鋼筋施工中鋼筋戳破防水板或電焊燒壞防水板；第三，環(huán)向或縱向止水帶安裝位置不正確或者接頭處沒有焊接；第四，仰拱施工時(shí)底部殘?jiān)謇聿粡氐?，造成仰拱下部與基巖結(jié)合不牢固，有可能被水滲入仰拱底部，形成壓力水。
2.3 二襯砼鋼筋保護(hù)層厚度不足
造成這種質(zhì)量問題的原因主要的有兩種；一是施做二襯鋼筋時(shí)保護(hù)層墊塊數(shù)量不足，間距過大。二是環(huán)向鋼筋長(zhǎng)度不足，造成臺(tái)車就位后，拱頂模板到二襯鋼筋之間空間距離不足，無法安設(shè)鋼筋保護(hù)層墊塊。而造成環(huán)向鋼筋長(zhǎng)度不足的原因有二：一是鋼筋下料長(zhǎng)度偏短，二是開挖斷面預(yù)留拱頂沉降量太小，斷面高度不足。
2.4 隧道二襯拱頂人工修補(bǔ)
產(chǎn)生這種病害的原因是，作業(yè)人員和管理人員對(duì)高速鐵路的設(shè)計(jì)原理和運(yùn)行環(huán)境要求不理解。對(duì)于高速鐵路100年的使用壽命要求，對(duì)于高速鐵路隧道內(nèi)二襯表面反復(fù)受到列車進(jìn)出形成的空氣壓力作用下的砼或其他修補(bǔ)材料掉落對(duì)高速列車的安全危害認(rèn)識(shí)不足。
3 高速鐵路隧道質(zhì)量病害的預(yù)防措施
找到了造成高速鐵路隧道質(zhì)量病害的原因，就能夠有的放矢的采取針對(duì)性的措施在施工階段進(jìn)行早期預(yù)防。這些措施由兩方面組成：組織措施和技術(shù)措施。
3.1 預(yù)防隧道質(zhì)量病害的組織措施
建立健全質(zhì)量管理體系，完善質(zhì)量管理制度和質(zhì)量問題責(zé)任追究制度，配備有專業(yè)技能且責(zé)任心強(qiáng)的質(zhì)檢人員。組織作業(yè)人員進(jìn)行高鐵相關(guān)知識(shí)的教育培訓(xùn)，加強(qiáng)施工技術(shù)交底，杜絕無證上崗和未經(jīng)過高鐵培訓(xùn)就參加高鐵施工。同時(shí)要加強(qiáng)架子隊(duì)建設(shè)，杜絕工程轉(zhuǎn)包和違法分包，杜絕不聽指揮的包工隊(duì)進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)。
3.2 預(yù)防隧道質(zhì)量病害的技術(shù)措施
?。?）預(yù)防二襯拱頂脫空的技術(shù)措施：首先，加強(qiáng)隧道光面爆破技術(shù)研究，針對(duì)各種圍巖條件下的爆破參數(shù)進(jìn)行適時(shí)變化，取得較好的光面爆破效果。使得拱頂防水板的鋪設(shè)平整光滑，有利于二襯鋼筋的幫扎和保護(hù)層墊塊的安放，保證拱頂砼在澆筑時(shí)的自由流動(dòng)。其次，使用自密實(shí)砼，砼直接泵送入模板內(nèi)，不需要振搗。在拱頂設(shè)導(dǎo)流管，砼灌注滿后，會(huì)順著導(dǎo)流管溢出，這樣，會(huì)防止模板內(nèi)空氣無法排除而形成空洞。另外，要在二襯拱頂位置安設(shè)注漿管，在二襯強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后進(jìn)行注漿。
（2）預(yù)防隧道滲漏水的技術(shù)措施：加強(qiáng)光爆效果控制，對(duì)爆破形成的隧道表面及時(shí)進(jìn)行找補(bǔ)，消除凸起的巖塊，對(duì)超挖嚴(yán)重的部位，進(jìn)行掛網(wǎng)補(bǔ)噴。還要對(duì)鋼拱架背后進(jìn)行側(cè)面噴射，以保證鋼拱架背后初噴的密實(shí)度，在噴射拱頂部位時(shí)，一次不能噴射太厚，要分多次進(jìn)行噴射。在初期支護(hù)完成，二襯施工尚未開始之前，一定要對(duì)初期支護(hù)進(jìn)行雷達(dá)掃描，以確定初期支護(hù)的密實(shí)度，發(fā)現(xiàn)空洞及時(shí)解決。初期支護(hù)的密實(shí)和平整，是保證隧道防水板鋪設(shè)平整和焊接牢固的先決條件，也是阻擋巖石內(nèi)水流向隧道內(nèi)滲漏的一道屏障。在保證初期支護(hù)表面平順的前提下，做好防水板鋪設(shè)的平整和焊接的牢固，就是防水效果好壞的關(guān)鍵，每一環(huán)二襯施工完外露的防水板長(zhǎng)度不得小于1米，兩塊防水板的搭接長(zhǎng)度不得小于15厘米，接頭必須采用熱熔焊接，焊接效果要用氣密性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)。二襯環(huán)向止水帶位置正確，上下居中，接頭在磨平凸棱后再進(jìn)行粘結(jié)。另外，仰拱基礎(chǔ)底部碎渣一定要清理干凈，保證仰拱與基底巖石緊密結(jié)合，不留空隙，不讓水流滲進(jìn)仰拱底部，形成反向水壓，保證無砟軌道不被拱起。在二襯砼澆筑過程中，還要注意振搗密實(shí)，澆筑要連續(xù)進(jìn)行，不得留下施工冷縫，這也是防止二襯滲漏水的措施之一。
?。?）預(yù)防二襯保護(hù)層厚度不足的技術(shù)措施：首先，在開挖環(huán)節(jié)就要根據(jù)圍巖情況留下足夠的拱頂沉降量，保證二襯砼施工時(shí)有足夠的斷面高度。其次，在二襯砼施工前，要精確測(cè)量斷面，確定臺(tái)車位置，清除侵入二襯限界的凸臺(tái)，保證二襯鋼筋有足夠的空間進(jìn)行布設(shè)。還有，在環(huán)向鋼筋下料時(shí)，要留有足夠的搭接長(zhǎng)度，在鋼筋網(wǎng)的相應(yīng)位置布置足夠的鋼筋保護(hù)層墊塊，并用墊塊本身的鐵絲幫扎在鋼筋上，防止?jié)仓^程中脫落。
（4）預(yù)防隧道二襯人工修補(bǔ)的技術(shù)措施：隨時(shí)保持二襯臺(tái)車的良好狀態(tài)，精確就位，減少二襯接頭處的砼錯(cuò)臺(tái)。經(jīng)常在臺(tái)車表面涂油，保證臺(tái)車表面光潔，加強(qiáng)澆筑時(shí)的振搗，減少二襯砼的不密實(shí)和滲漏水現(xiàn)象。
4 結(jié)語
保證高速鐵路工程質(zhì)量是每一名高鐵建設(shè)者的責(zé)任，我們要通過工程實(shí)踐不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，完善技術(shù)措施，提高高速鐵路的工程質(zhì)量，為人民提供一個(gè)安全快捷的出行條件。
