鐵路隧道襯砌病害事故案例分析及預防措施

【摘要】介紹了隧道襯砌的常見質量缺陷，并舉例分析了數次襯砌病害的成因。為規避襯砌質量誘發鐵路安全事故，提出控制混凝土質量、優化澆筑工藝、重視養護作業、實施質量檢測、創建質量保障體系等針對性措施。

【關鍵詞】鐵路隧道； 質量缺陷； 成因分析； 預防措施

【中圖分類號】U457+.2【文獻標志碼】A

［定稿日期］2022-11-15

［基金項目］蜀道投資集團科技計劃（項目編號：SDTL2022YB009）

［作者簡介］李瑞林（1980—），男，本科，高級工程師，主要從事鐵路項目建設管理、鐵路隧道、橋梁工程技術及科研工作。

0 引言

截止2021年底，中國鐵路營業里程突破150 000 km，投入運營的隧道17 532座，總長21 055 km［1］。列車運行需要安全穩定的環境，襯砌作為隧道結構的重要承載部分，其施工質量是影響隧道運營安全的關鍵因素。隨著高速鐵路的發展，隧道的長度、跨度及埋深被不斷刷新，襯砌質量缺陷的危害進一步增加。有鑒于此，總結鐵路隧道常見的襯砌質量缺陷成因及預防措施具有非常重要的實用價值，本文歸納了常見襯砌質量缺陷類型，并對近年來發生的襯砌質量事故成因進行分析，提出合理的預防措施，以期提高隧道襯砌的施工質量。

1 隧道常見的襯砌質量缺陷

目前，隧道襯砌質量缺陷的描述并不統一，筆者根據隧道施工經驗，并與檢測單位、設計單位、施工單位交流討論，歸納了圖1所示的7種常見鐵路隧道襯砌結構質量缺陷［2-3］。

（1）襯砌不密實。該類質量缺陷主要表現為襯砌混凝土內部存在大量的孔隙、氣孔等，形成蜂窩結構。此外，二襯與初支之間填充虛渣會導致襯砌背后不密實。

（2）襯砌厚度不足。是指厚度不滿足設計要求，但二襯與初支間、二襯與防水板之間并不存在縫隙或空洞，襯砌混凝土強度滿足設計要求。

（3）襯砌背后脫空。指二襯背后存在空洞、縫隙等，形成空腔。脫空缺陷可能出現在襯砌的任何部位，一般多發生在拱頂和拱腰部位。

（4）襯砌強度不足。指隧道二襯混凝土強度比設計s低，屬隱蔽型襯砌質量缺陷，多與混凝土原材料質量差和澆筑工藝差有關。

（5）襯砌蜂窩麻面。蜂窩指襯砌內部出現酥松，石子間形成類似蜂窩狀的空隙。麻面指襯砌表面出現小凹槽和麻點形成粗糙面。

（6）襯砌局部裂縫。是指隧道襯砌表面局部出現裂紋。根據走向可分為環向裂縫和縱向裂縫，根據成因可分為荷載裂縫和非荷載裂縫。嚴重的襯砌表面裂縫將會導致襯砌掉塊、剝落。

（7）襯砌滲漏水。滲漏水一般發生在施工縫、變形縫以及裂紋發生部位，表現為襯砌表面濕漬或有水流出，是襯砌質量缺陷的綜合反映。

2 隧道襯砌質量事故案例及原因分析

隧道服役過程中，襯砌質量缺陷可能會引起掉塊、突水等事故［4～5］，干擾正常行車秩序，甚至會導致行車中斷。

2.1 襯砌脫空影響行車秩序

某工務段在天窗期間對隧道邊墻滲漏水進行整治，在滲漏水地點前后段檢查時發現隧道拱頂接觸網支架附近有1個直徑6 cm的小洞，敲開襯砌小洞混凝土后發現，隧道二襯背后沿線路方向1.2 m，垂直線路環向1.1 m為空洞狀態，空洞處二襯混凝土最薄僅8 cm，遠低于設計厚度35 cm，空洞最大深度為34 cm。如圖2所示，空洞內可見防水板、鋼筋。考慮到襯砌背后空洞存在極大的安全隱患，隧道所處段落上、下行高鐵限速至160 km/h，直至襯砌背后空洞區域整治完畢。

經相關單位的實地勘察，認為隧道襯砌背后空洞的主要原因是：隧道施工過程中，由于注漿壓力控制不均勻，導致防水板存在空洞，造成二襯混凝土厚度遠小于設計厚度。

2.2 隧道襯砌拱頂掉塊致列車停運

某隧道2015年年底開通，隧址區圍巖等級為III級，區間無不良地質段，襯砌設計厚度30 cm。2020年7月30日工作人員在例行檢查過程中發現隧道拱頂有掉塊（圖3），為確保行車安全，調度人員下發封鎖區間命令，直至襯砌掉塊周邊的松動混凝土鑿除干凈。

經檢查發現，隧道拱部施工時，模板連接處漏漿，施工單位發現后，將漏漿處的襯砌表面鑿除并采用水泥砂漿進行修補，但修補使用的水泥砂漿強度不足，與二次襯砌的粘結力較弱。加之隧道內濕度大，襯砌長期受列車風壓、振動等不良因素的耦合作用，導致水泥砂漿開裂并與襯砌分離，造成表層砂漿掉落。

2.3 隧道襯砌滲漏水

某隧道修建于2001年，全長1 457 m，圍巖為II級圍巖，上覆碎石土、砂黏土、黏土，厚0～4 m，下伏灰巖、頁巖、灰泥巖，局部巖溶發育，地下水豐富，預計隧道涌水量為3 631 m3/d，雨季涌水量為12 710 m3/d。

2019年7月23日，因區間接觸網跳閘自動重合不成功，巡檢人員在檢查過程中發現隧道進口70 m范圍內的襯砌多處射水（圖4），拱頂襯砌施工縫噴水在承力索上，導致跨中承力索燒斷，總突涌水約16 000 m3，隧道行車完全中斷。為了減小水流量，搶險人員在襯砌邊墻處打設減壓孔并安裝導流板。從減壓孔的揭示情況發現，隧道邊墻下部襯砌厚度平均80～100 cm，邊墻中部襯砌厚度平均50～60 cm，拱腰襯砌厚度40～50 cm，基本滿足設計厚度要求。

事故發生后的現場勘察表明，造成本次隧道強滲水的主要原因是“連續強降雨”和“地震影響”，根本原因是襯砌有質量缺陷。突涌水前兩個月內，隧道附近共發生2次地震，分別為6.1級（震源距隧道173 km）、4.1級（震源距隧道125 km），導致隧道襯砌背后的巖溶管道相互貫通，改變了原有的排水路徑。加之當日強降雨，大量雨水通過巖溶管道和巖層裂隙下滲匯集到隧道襯砌周圍，致使隧道背后水位驟升，水壓增大，水流從襯砌中的裂縫、施工縫、變形縫等薄弱部位噴出。

3 隧道襯砌病害的預防措施

上述襯砌病害事故表明，襯砌質量對隧道的有運營安全的影響十分突出，尤其是襯砌背后空洞、厚度不足、滲漏水等缺陷，在外界環境的作用下，含有質量缺陷的襯砌極易發生破壞，出現開裂、掉塊、涌水等問題，影響行車秩序，甚至會造成人員傷亡。隧道襯砌質量病害具有隱蔽性，施工完成后肉眼難以分辨，一旦引起事故，后果不堪設想，且運營后補強、翻修、整治、重建等工作將會耗費巨大的人力、物力、財力，引起不必要的浪費。為此，建議襯砌施工過程中做好下列幾點，從源頭上杜絕襯砌質量缺陷。

（1）嚴格控制混凝土質量。施工現場可制定“多頻率、小批量”的檢驗制度，加強對混凝土原材料檢驗，不合格的材料必須清退出場。嚴格按照配合比拌制混凝土，試驗人員對拌制的混凝土進行隨機抽查，嚴禁使用流動性、和易性不滿足要求的混凝土。

（2）優化混凝土澆筑工藝。澆筑時落實好“分層逐窗入模”的澆筑工藝，確保澆筑連續，規避施工冷縫的出現。澆筑過程中加強振搗，拱腰以下采取插入式振搗器為主、附著式振搗器為輔的振搗方式；拱頂和鋼筋混凝土區段，采取附著式振搗器為主、插入式振搗器為輔的振搗方式，避免出現漏振或振搗不足引起混凝土不密實、局部空洞、強度不足的問題。

（3）重視養護作業。襯砌澆筑完成后，要精心養護［6］，為混凝土提供合適的硬化環境。重視養護作業，能有效減少混凝土水化不充分、干縮以及內外溫差過大產生的裂縫，大大提高襯砌強度。

（4）開展襯砌質量檢測。每段襯砌混凝土澆筑完畢，端頭模板拆除后，應及時檢查混凝土澆筑質量及注漿情況，查看混凝土內部有無空洞。襯砌施工完成200 m后，采取地質雷達等［7-8］無損檢測方法對襯砌質量進行檢測。對于檢測發現的質量問題，及時采取整治措施，避免襯砌“帶病服役”。此外，應進一步優化完善施工工藝和作業流程，確保后續襯砌施工質量符合要求。

（5）創建質量保障體系［9］。除施工工藝的影響外，管理不善也是襯砌質量缺陷重要誘因。施工方應建立完整的質量管理體系，明確職能部門責任，專業班組之間相互配合，嚴格控制施工過程，保證各項工藝符合要求，及時糾正襯砌施工中的不規范行為。

（6）依托新裝備，推廣新工藝。明確“工裝保工藝，工藝保質量”的理念。加強襯砌臺車的改良，采用自動化、信息化、智能化的襯砌臺車裝備。利用機械化、信息化及智能化等手段，研究開發高效安全的隧道施工裝備，是提高襯砌施工質量的必由之路。

4 結束語

隧道襯砌的施工質量關乎隧道運營安全，近年來因襯砌質量缺陷引發的行車事故也時有發生，國家鐵路總公司已將襯砌質量缺陷問題納入質量安全管理紅線。同時運營期間對襯砌質量缺陷進行整治將帶來大量的人力、財力浪費。若想從源頭上杜絕襯砌質量問題的出現，需要從原材料、澆筑工藝、養護措施等方面入手，同時增加質量檢測頻率、建立質量保證體系，依托新設備、新工藝，嚴格設計，精細施工，仔細檢查，從而提高襯砌施工質量，確保鐵路隧道長期安全運營。

參考文獻

［1］ 鞏江峰，唐國榮，王偉，等. 截至2021年底中國鐵路隧道情況統計及高黎貢山隧道設計施工概況［J］. 隧道建設（中英文），2022，42（3）： 508-517.

［2］ 王金波. 淺析高速鐵路隧道二次襯砌質量控制措施［J］. 四川建筑，2021，41（5）： 81-82.

［3］ 楊超，鄒永木. 鐵路隧道常見病害原因分析及整治技術［J］. 四川建筑，2021，41（5）： 125-128.

［4］ 周明，吳耀宗，吳昊宇. 某運營高速公路隧道襯砌病害檢測與處治［J］. 四川建筑，2017，37（6）： 94-96+100.

［5］ 劉瑋. 隧道襯砌厚度不足及劣化對結構承載能力影響研究［J］. 四川建筑，2019，39（1）： 118-120.

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［7］ 朱旺，馮超，趙海霖. 既有鐵路隧道襯砌病害檢測與整治措施［J］. 四川建筑，2020，40（1）： 81-83+86.

［8］ 鄧瑞. 探地雷達在公路工程探測中的應用［J］. 四川建筑，2020，40（3）： 88-90.

［9］ 王金波. 淺析高速鐵路隧道二次襯砌質量控制措施［J］. 四川建筑，2021，41（5）： 81-82.