【摘要】介绍了隧道衬砌的常见质量缺陷，并举例分析了数次衬砌病害的成因。为规避衬砌质量诱发铁路安全事故，提出控制混凝土质量、优化浇筑工艺、重视养护作业、实施质量检测、创建质量保障体系等针对性措施。
【关键词】铁路隧道； 质量缺陷； 成因分析； 预防措施
【中图分类号】U457+.2【文献标志码】A
［定稿日期］2022-11-15
［基金项目］蜀道投资集团科技计划（项目编号：SDTL2022YB009）
［作者简介］李瑞林（1980—），男，本科，高级工程师，主要从事铁路项目建设管理、铁路隧道、桥梁工程技术及科研工作。
0 引言
截止2021年底，中国铁路营业里程突破150 000 km，投入运营的隧道17 532座，总长21 055 km［1］。列车运行需要安全稳定的环境，衬砌作为隧道结构的重要承载部分，其施工质量是影响隧道运营安全的关键因素。随着高速铁路的发展，隧道的长度、跨度及埋深被不断刷新，衬砌质量缺陷的危害进一步增加。有鉴于此，总结铁路隧道常见的衬砌质量缺陷成因及预防措施具有非常重要的实用价值，本文归纳了常见衬砌质量缺陷类型，并对近年来发生的衬砌质量事故成因进行分析，提出合理的预防措施，以期提高隧道衬砌的施工质量。
1 隧道常见的衬砌质量缺陷
目前，隧道衬砌质量缺陷的描述并不统一，笔者根据隧道施工经验，并与检测单位、设计单位、施工单位交流讨论，归纳了图1所示的7种常见铁路隧道衬砌结构质量缺陷［2-3］。
（1）衬砌不密实。该类质量缺陷主要表现为衬砌混凝土内部存在大量的孔隙、气孔等，形成蜂窝结构。此外，二衬与初支之间填充虚渣会导致衬砌背后不密实。
（2）衬砌厚度不足。是指厚度不满足设计要求，但二衬与初支间、二衬与防水板之间并不存在缝隙或空洞，衬砌混凝土强度满足设计要求。
（3）衬砌背后脱空。指二衬背后存在空洞、缝隙等，形成空腔。脱空缺陷可能出现在衬砌的任何部位，一般多发生在拱顶和拱腰部位。
（4）衬砌强度不足。指隧道二衬混凝土强度比设计s低，属隐蔽型衬砌质量缺陷，多与混凝土原材料质量差和浇筑工艺差有关。
（5）衬砌蜂窝麻面。蜂窝指衬砌内部出现酥松，石子间形成类似蜂窝状的空隙。麻面指衬砌表面出现小凹槽和麻点形成粗糙面。
（6）衬砌局部裂缝。是指隧道衬砌表面局部出现裂纹。根据走向可分为环向裂缝和纵向裂缝，根据成因可分为荷载裂缝和非荷载裂缝。严重的衬砌表面裂缝将会导致衬砌掉块、剥落。
（7）衬砌渗漏水。渗漏水一般发生在施工缝、变形缝以及裂纹发生部位，表现为衬砌表面湿渍或有水流出，是衬砌质量缺陷的综合反映。
2 隧道衬砌质量事故案例及原因分析
隧道服役过程中，衬砌质量缺陷可能会引起掉块、突水等事故［4～5］，干扰正常行车秩序，甚至会导致行车中断。
2.1 衬砌脱空影响行车秩序
某工务段在天窗期间对隧道边墙渗漏水进行整治，在渗漏水地点前后段检查时发现隧道拱顶接触网支架附近有1个直径6 cm的小洞，敲开衬砌小洞混凝土后发现，隧道二衬背后沿线路方向1.2 m，垂直线路环向1.1 m为空洞状态，空洞处二衬混凝土最薄仅8 cm，远低于设计厚度35 cm，空洞最大深度为34 cm。如图2所示，空洞内可见防水板、钢筋。考虑到衬砌背后空洞存在极大的安全隐患，隧道所处段落上、下行高铁限速至160 km/h，直至衬砌背后空洞区域整治完毕。
经相关单位的实地勘察，认为隧道衬砌背后空洞的主要原因是：隧道施工过程中，由于注浆压力控制不均匀，导致防水板存在空洞，造成二衬混凝土厚度远小于设计厚度。
2.2 隧道衬砌拱顶掉块致列车停运
某隧道2015年年底开通，隧址区围岩等级为III级，区间无不良地质段，衬砌设计厚度30 cm。2020年7月30日工作人员在例行检查过程中发现隧道拱顶有掉块（图3），为确保行车安全，调度人员下发封锁区间命令，直至衬砌掉块周边的松动混凝土凿除干净。
经检查发现，隧道拱部施工时，模板连接处漏浆，施工单位发现后，将漏浆处的衬砌表面凿除并采用水泥砂浆进行修补，但修补使用的水泥砂浆强度不足，与二次衬砌的粘结力较弱。加之隧道内湿度大，衬砌长期受列车风压、振动等不良因素的耦合作用，导致水泥砂浆开裂并与衬砌分离，造成表层砂浆掉落。
2.3 隧道衬砌渗漏水
某隧道修建于2001年，全长1 457 m，围岩为II级围岩，上覆碎石土、砂黏土、黏土，厚0～4 m，下伏灰岩、页岩、灰泥岩，局部岩溶发育，地下水丰富，预计隧道涌水量为3 631 m3/d，雨季涌水量为12 710 m3/d。
2019年7月23日，因区间接触网跳闸自动重合不成功，巡检人员在检查过程中发现隧道进口70 m范围内的衬砌多处射水（图4），拱顶衬砌施工缝喷水在承力索上，导致跨中承力索烧断，总突涌水约16 000 m3，隧道行车完全中断。为了减小水流量，抢险人员在衬砌边墙处打设减压孔并安装导流板。从减压孔的揭示情况发现，隧道边墙下部衬砌厚度平均80～100 cm，边墙中部衬砌厚度平均50～60 cm，拱腰衬砌厚度40～50 cm，基本满足设计厚度要求。
事故发生后的现场勘察表明，造成本次隧道强渗水的主要原因是“连续强降雨”和“地震影响”，根本原因是衬砌有质量缺陷。突涌水前两个月内，隧道附近共发生2次地震，分别为6.1级（震源距隧道173 km）、4.1级（震源距隧道125 km），导致隧道衬砌背后的岩溶管道相互贯通，改变了原有的排水路径。加之当日强降雨，大量雨水通过岩溶管道和岩层裂隙下渗汇集到隧道衬砌周围，致使隧道背后水位骤升，水压增大，水流从衬砌中的裂缝、施工缝、变形缝等薄弱部位喷出。
3 隧道衬砌病害的预防措施
上述衬砌病害事故表明，衬砌质量对隧道的有运营安全的影响十分突出，尤其是衬砌背后空洞、厚度不足、渗漏水等缺陷，在外界环境的作用下，含有质量缺陷的衬砌极易发生破坏，出现开裂、掉块、涌水等问题，影响行车秩序，甚至会造成人员伤亡。隧道衬砌质量病害具有隐蔽性，施工完成后肉眼难以分辨，一旦引起事故，后果不堪设想，且运营后补强、翻修、整治、重建等工作将会耗费巨大的人力、物力、财力，引起不必要的浪费。为此，建议衬砌施工过程中做好下列几点，从源头上杜绝衬砌质量缺陷。
（1）严格控制混凝土质量。施工现场可制定“多频率、小批量”的检验制度，加强对混凝土原材料检验，不合格的材料必须清退出场。严格按照配合比拌制混凝土，试验人员对拌制的混凝土进行随机抽查，严禁使用流动性、和易性不满足要求的混凝土。
（2）优化混凝土浇筑工艺。浇筑时落实好“分层逐窗入模”的浇筑工艺，确保浇筑连续，规避施工冷缝的出现。浇筑过程中加强振捣，拱腰以下采取插入式振捣器为主、附着式振捣器为辅的振捣方式；拱顶和钢筋混凝土区段，采取附着式振捣器为主、插入式振捣器为辅的振捣方式，避免出现漏振或振捣不足引起混凝土不密实、局部空洞、强度不足的问题。
（3）重视养护作业。衬砌浇筑完成后，要精心养护［6］，为混凝土提供合适的硬化环境。重视养护作业，能有效减少混凝土水化不充分、干缩以及内外温差过大产生的裂缝，大大提高衬砌强度。
（4）开展衬砌质量检测。每段衬砌混凝土浇筑完毕，端头模板拆除后，应及时检查混凝土浇筑质量及注浆情况，查看混凝土内部有无空洞。衬砌施工完成200 m后，采取地质雷达等［7-8］无损检测方法对衬砌质量进行检测。对于检测发现的质量问题，及时采取整治措施，避免衬砌“带病服役”。此外，应进一步优化完善施工工艺和作业流程，确保后续衬砌施工质量符合要求。
（5）创建质量保障体系［9］。除施工工艺的影响外，管理不善也是衬砌质量缺陷重要诱因。施工方应建立完整的质量管理体系，明确职能部门责任，专业班组之间相互配合，严格控制施工过程，保证各项工艺符合要求，及时纠正衬砌施工中的不规范行为。
（6）依托新装备，推广新工艺。明确“工装保工艺，工艺保质量”的理念。加强衬砌台车的改良，采用自动化、信息化、智能化的衬砌台车装备。利用机械化、信息化及智能化等手段，研究开发高效安全的隧道施工装备，是提高衬砌施工质量的必由之路。
4 结束语
隧道衬砌的施工质量关乎隧道运营安全，近年来因衬砌质量缺陷引发的行车事故也时有发生，国家铁路总公司已将衬砌质量缺陷问题纳入质量安全管理红线。同时运营期间对衬砌质量缺陷进行整治将带来大量的人力、财力浪费。若想从源头上杜绝衬砌质量问题的出现，需要从原材料、浇筑工艺、养护措施等方面入手，同时增加质量检测频率、建立质量保证体系，依托新设备、新工艺，严格设计，精细施工，仔细检查，从而提高衬砌施工质量，确保铁路隧道长期安全运营。
参考文献
［1］ 巩江峰，唐国荣，王伟，等. 截至2021年底中国铁路隧道情况统计及高黎贡山隧道设计施工概况［J］. 隧道建设（中英文），2022，42（3）： 508-517.
［2］ 王金波. 浅析高速铁路隧道二次衬砌质量控制措施［J］. 四川建筑，2021，41（5）： 81-82.
［3］ 杨超，邹永木. 铁路隧道常见病害原因分析及整治技术［J］. 四川建筑，2021，41（5）： 125-128.
［4］ 周明，吴耀宗，吴昊宇. 某运营高速公路隧道衬砌病害检测与处治［J］. 四川建筑，2017，37（6）： 94-96+100.
［5］ 刘玮. 隧道衬砌厚度不足及劣化对结构承载能力影响研究［J］. 四川建筑，2019，39（1）： 118-120.
［6］ 王国举. 隧道自动养护喷淋台车的应用［J］. 四川建筑，2022，42（4）： 266-267+272.
［7］ 朱旺，冯超，赵海霖. 既有铁路隧道衬砌病害检测与整治措施［J］. 四川建筑，2020，40（1）： 81-83+86.
［8］ 邓瑞. 探地雷达在公路工程探测中的应用［J］. 四川建筑，2020，40（3）： 88-90.
［9］ 王金波. 浅析高速铁路隧道二次衬砌质量控制措施［J］. 四川建筑，2021，41（5）： 81-82.