高速铁路隧道衬砌质量检测与改进方法研究

高速铁路隧道衬砌质量检测与改进方法研究

段红宝

中铁十一局集团第二工程有限公司湖北十堰442000

摘要：目前，我国在建高铁路隧道中混凝土衬砌的初期支护、二衬、仰拱、道床板经检测存在缺陷，其中初期支护有空洞、钢拱架数量不足；二衬有混凝土厚度不足、不密实、蜂窝麻面、起拱线处呈水平裂纹、台车接头处和拱顶有空洞；仰拱下洞渣未清理干净；道床板内混凝土不密实。其中混凝土不密实和空洞占总缺陷的80%以上，以一个标段的隧道为例，其补缺陷费用高达1000万元以上，且缺陷补后质量很难达到优良，经分析这些缺陷均是施工过程中造成的，因此必须重视施工过程中的质量控制，尤其要对二衬台车施工工艺进行改进，以达到混凝土衬砌一次性施工后经检测无缺陷，既节约补缺资金，又能使隧道混凝土衬砌质量达到优良。

关键词：高速铁路；隧道衬砌；质量检测；改进方法

1隧道衬砌实体质量缺陷原因分析

1.1隧道衬砌混凝土脱空问题

（1）初支平整度差是造成衬砌背后脱空的根本原因。而光面爆破效果差（特别是II、III级围岩无拱架段落）和湿喷机械手操作人员操作水平的高低是导致初支面不平整的直接原因。

（2）二衬土工布、防水板铺设的固定和松弛度控制不好，土工布、防水板未与弧形初支面密贴，造成土工布、防水板与初支之间存在空洞，如边墙和拱腰脱空（特别是II、III级围岩无拱架段落）。

（3）拱顶混凝土冲顶浇筑未灌满。在浇筑拱顶时，未根据隧道纵坡依次在台车拱顶的3个灌注孔进行混凝土泵送灌注；未设置检验拱顶灌满的检查装置和排气孔，现场技术人员旁站监督不到位，未亲自确认是否灌满到位。

（4）二次衬砌背后回填注浆不到位、不及时，未严格按照逐板带模注浆工艺要求进行注浆管埋设和注浆压力确认，注浆材料未按照要求回填砂浆。

（5）IV、V级围岩段落仰拱钢筋绑扎前，仰拱初支上虚渣、积泥积水清理和抽排不到位，造成仰拱混凝土与仰拱初支之间存在虚渣隔层。

1.2隧道衬砌混凝土不密实问题

（1）主要是混凝土浇筑不到位和捣固不密实，未严格按照工艺要求落实逐窗浇筑、分层浇筑和分层振捣，特别是浇筑窗口交错位置、拱顶拱腰和预埋槽道位置的振捣。

（2）混凝土质量不稳定，拌合站拌制混凝土时未严格按照混凝土配合比控制外加剂与水量的添加，加之砼运送距离和气温导致的坍落度损失，试验室控制混凝土和易性不好的现象时有发生，还有有时混凝土不能连续供应，未及时振捣形成冷缝，造成砼不密实。

1.3隧道衬砌混凝土强度不足问题

现场浇筑工艺是引起强度不足的最主要因素：

（1）未采取集中浇筑的方式输送混凝土：现场将二衬台车上所有溜槽全部打开输送混凝土，加上二衬双层钢筋和勾筋数量多，极易导致混凝土离析，即使振捣也造成强度不足。

（2）未逐窗浇筑、分层浇筑：现场采取同层少数窗口入料，造成混凝土在大小里程方向石子少水泥浆多，导致二衬混凝土强度不均匀。每次浇筑厚度太厚，导致插入式振捣棒下插深度不足，特别是前后两次浇筑混凝土面不能振捣到位。

（3）振捣不到位：振捣不到位是现场浇筑操作引起强度不足最重要最主要的原因，现场存在专门负责振捣的熟练施工人员和振捣棒等资源配备不足的现象，振捣不及时、不到位，特别是矮边墙以上2m范围内、两层浇筑窗口交错位置和预埋槽道位置等关键位置。

（4）私自加水：浇筑过程中随意加水，而且加水量很大，导致混凝土配比发生变化，直接造成强度不足。

2质量检测方法

2.1力棒敲击法

端头置有尼龙头铁力棒原理为力棒端头置尼龙头敲击混凝土表面时产生低频信号，当低频信号传至表面下厚度不超过0.6m的不密实层或空洞时，与不密实层或空洞的固有低频产生共振空响，人的耳朵能辨别出此空响，从而判断出不密实层或空洞的位置。此力棒可普及常人使用，此方法可发现80%以上的缺陷。

2.2地质雷达法

地质雷达仪原理为发射电磁波信号，利用混凝土的密实与不密实、空洞的介电常数差异，对混凝土质量做出判断。此仪器需由专业技术人员操作，采用不同频率天线，可检测出混凝土衬砌大部分缺陷。

2.3地震映像法

地震映像仪原理为激发地震波信号，利用混凝土的密实与不密实的速度差异，对仰拱、道床板混凝土质量做出判断。此仪器需由专业技术人员操作，可对仰拱、道床板混凝土缺陷进行检测。

2.4冲击电钻验证法

冲击电钻法采用钻头直径3cm的冲击电钻对深度小于60cm的缺陷进行快速验证，其破损程度最小并能达到验证目的，此设备比较容易操作。

3改进方法

3.1衬砌裂缝预防措施

就目前而言，衬砌裂缝并出现渗漏水病害的治理主要采用事后修补、加固的方式。虽然经过一定程度的修补加固能够起到明显的治理效果，但会对隧道的美观以及运营产生一定程度的影响。因此，必须重视衬砌裂缝的预防工作，而预防和控制这类病害出现的关键在于设计和施工过程中采用行之有效的措施。例如，加强衬砌结构设计以及隧道开挖的施工管理，切实提升技术水平，尽可能降低后期隧道衬砌出现裂缝的可能性。在对隧道工程进行施工的过程中，通过施工质量的提升以及施工管理的加强，能够明显提升隧道后期运营的效率和质量，这也是整治隧道衬砌裂缝以及渗漏水病害的根本方式。

3.2衬砌裂缝修复技术

针对那些已经出现衬砌裂缝的隧道工程，必须采取合理的修复技术予以整治。依据衬砌裂缝类型的不同，选择相应的裂缝修复技术。如果病害过于严重，则需要考虑采用衬砌拆换或者局部拆换的方式加以整治。具体说来，衬砌裂缝修复技术多种多样，比如套拱加固、钢带加固、锚杆加固等。针对隧道衬砌出现严重损且剥落掉块的情况，则需要运用套拱加固的方式予以有效整治。这主要是由于套拱加固方式具有较好的耐久性和承载能力，是当前一种常见且有效的结构加固方式。如果隧道局部出现裂缝规模较大且具有较高的危害性时，则需要采用衬砌拆换的方式加以整治。

3.3加大对隧道工程的养护和维修力度

在铁路隧道工程正式投入运营的过程中，很多严重衬砌裂缝的出现都是因为早期没有采用有效的控制方法导致的。所以，在日常运营过程中，相关部门应加大对隧道养护力度，定期检查、维修等，大大提升隧道的运营效率和运营质量，尽可能延长隧道的使用寿命。同时还能够对隧道中存在的病害予以及时发现，以便及时采取合理措施，进行有效治理，将隧道衬砌裂缝及渗漏水病害扼杀于萌芽期之中。

3.4锚固注浆加固法

如果高速铁路隧道衬砌裂缝的长度在10米以上，宽度0.5厘米以上，而且衬砌后背形成了空洞，这种状态下的衬砌加固法，就采用锚固注浆法。锚固注浆法所采用的材料一般包括水泥砂浆、防水砂浆、中空锚杆以及化学注浆液等，锚固注浆是当前技术条件下通常采用较普遍的隧道衬砌加固法，它对于提升隧道围岩稳定性有着重要作用。如果隧道山体中的围岩坚硬，那么就可以通过钻孔、压降以及锚杆打入方式进行加固施工，这样，一方面使衬砌周围岩体产生粘结，另一方面又可以形成承载拱，这种较厚的承载拱保障了工程的稳定性；如果隧道山体中的围岩比较散碎，在对其进行压浆以后，又使各种大小的固结圈在围岩周围区域形成，从而分散隧道围岩的压力。

结语：对于隧道混凝土衬砌质量检测，首先施工人员用力棒多敲击检测，如果有缺陷及时消除，待混凝土衬砌一次性施工后，采用地质雷达和地震映像对其进行质量检测，结果均无缺陷，使在建高速铁路隧道混凝土衬砌一次性施工质量达到优良，该目标的实现全靠施工过程中对质量严格控制。

参考文献：

[1]杜博英，孙鹏，刘凯丰.基于运行安全的公路隧道线形设计[J].公路，2018，63（3）：278-282．

[2]刘博.高速铁路隧道衬砌质量检测与改进方法研究[J].科技与创新，2019（03）：1-3+6.