高速鐵路隧道襯砌施工質量控制關鍵技術研究

岳先龍

（中鐵十二局集團第四工程有限公司，西安 710000）

1 引言

隨著現代交通系統的快速發展，高速鐵路快速、高效和環保的交通特點正日益受到重視，其中，良好的高速鐵路隧道襯砌的施工質量無疑是確保鐵路安全、穩定和持久運行的基石。因此，深入研究高速鐵路隧道襯砌施工的質量控制關鍵技術，對于推動鐵路工程技術的進步和保障公眾的安全至關重要。

2 襯砌施工過程及其重要性

2.1 襯砌的功能

襯砌在高速鐵路隧道工程中的主要功能是提供堅固和持久的保護結構，以支撐和維護軌道的穩定，確保列車在任何氣候和使用條件下都能安全、平穩地行駛。 襯砌作為隧道或開挖部分的結構元素， 可以有效防止周圍土層和巖石對軌道造成不良影響。 高質量的襯砌可以防止軌道因地震而位移，避免可能的列車脫軌事故，還能起到防水的作用，保護軌道免受積水的侵害[1]。

2.2 不同類型的襯砌材料和設計

為確保工程的長期穩定性、耐久性和功能性需求，高速鐵路隧道襯砌結構的選材和設計涉及多種因素。

不同的襯砌材料具有各自獨特的物理和化學性質，因此，在選擇襯砌材料和進行襯砌設計結構時， 必須仔細考慮與所在環境和預期使用條件的匹配性。 傳統的襯砌材料主要包括混凝土、磚和石材。其中，混凝土是最常用的襯砌材料之一。由于較高的壓縮強度和良好的耐久性， 混凝土在各種環境條件下都能提供穩固的支撐。 現代混凝土材料還可以通過添加特殊的添加劑和纖維增強其抗滲、 抗凍和抗腐蝕等性能。 磚材料，尤其是耐火磚，在過去某些特定的環境中被廣泛使用，如高濕度或高溫度環境， 但由于其在某些條件下的脆性和相對較低的抗壓強度，磚的應用已逐漸受到限制。 石材，如花崗巖或砂巖，由于具有天然的均勻性和良好的耐候性，在某些高端或歷史性工程中仍然受到歡迎， 但高昂的成本和較大的加工難度使其在普通高速鐵路工程中的應用較為有限。

襯砌設計除選擇合適的材料外，還需要考慮襯砌的厚度、接縫處理、加固方法，以及與其他結構元素的接口等因素。 為防止水分積聚或侵蝕襯砌， 通常還需要設計有效的防水和排水系統。

3 高速鐵路隧道襯砌施工質量控制關鍵技術研究

3.1 高精度測量與定位技術

襯砌的正確定位與精確測量直接關系到鐵路的運行質量和安全性。 為滿足高速鐵路隧道對襯砌的精度要求，必須采用先進的測量儀器和方法，如全站儀、三維激光掃描儀和差分全球定位系統（DGPS），提供毫米級別的測量精度，確保襯砌的平整性、高度和寬度都滿足設計要求。 全站儀與激光掃描儀相結合可以實時捕捉施工現場的三維數據， 生成詳細的點云模型，為施工團隊提供實時的反饋，以調整施工方法，才可以在施工完成后用于質量檢查和驗收。DGPS 為襯砌的準確定位提供了強有力的支持， 可以確保每一塊襯砌都能準確無誤地放置在設計位置。 除硬件設備外，現代測量軟件能夠對采集的數據進行快速處理和分析，輸出精確的測量結果，并與設計圖紙進行對比， 及時發現偏差和錯誤。 通過與其他工程軟件的集成，測量數據還可以為施工計劃、材料管理和質量控制提供強有力的支撐[2]。 另外，施工團隊必須正確、有效地操作設備，并準確解讀測量結果； 測量與定位工作需要與其他施工環節緊密配合，確保整個施工過程的連貫性和效率。

3.2 自動化和機械化施工方法

機械化施工方法， 如專用的襯砌鋪設機械和混凝土澆筑設備，可以確保每一步操作的精確性和連貫性，在短時間內準確地鋪設和固定襯砌，確保其與軌道的完美對接，減少人為誤差和操作差異，確保施工的均勻性和質量。 同時，自動化技術在襯砌施工中也起到了關鍵作用。 通過使用傳感器、控制器和其他先進設備， 施工過程可以在無人或少人干預的情況下自動進行。 此外，實時的數據監控和反饋也為施工團隊提供了有價值的信息，便于及時調整施工方法，優化施工流程。

3.3 高性能混凝土和其他材料的應用

高性能混凝土HPC 的主要優勢在于其具有極佳的強度和耐久性， 能夠保證襯砌在高速列車荷載長期的作用下保持穩定，同時減少由于環境侵蝕、凍融循環和其他外部因素造成的損傷。此外，HPC 的高流動性和自密實性也使其在施工中更加容易操作，從而提高了施工效率和結構的整體性能。 除了高性能混凝土外，其他先進的襯砌材料，如纖維增強混凝土、自密實混凝土和高韌性材料， 也在高速鐵路隧道襯砌中得到了廣泛應用。

3.4 防水與排水技術

防水技術的核心在于預防水分對襯砌結構的侵入， 采用防水膜、防水涂層、水泥基復合材料和注入劑，能夠有效隔絕外部的水分，并確保襯砌內部保持干燥。 排水技術的主要目的是將襯砌結構中或其周圍的積水迅速排出， 有效的排水系統可以防止水分積聚，減少對襯砌結構和基礎的不良影響。 常用的排水技術包括表面排水溝、亞表面排水系統和深層排水井。為確保水分迅速流出，避免積水和滲水現象，排水系統的設計和施工還需要考慮地質、氣候和水文條件，確保其在各種環境下的有效性和穩定性[3]。

3.5 節能與環保施工技術

節能技術在襯砌施工中主要體現在材料選擇、 施工設備和施工方法的優化方面。 例如，選擇低碳或再生材料，如再生混凝土或利用工業副產品， 可以大幅度減少材料制造和運輸過程中的碳足跡；采用高效的施工設備和先進的施工方法，如電動設備或自動化施工技術， 可以進一步降低能源消耗和排放。 環保技術在襯砌施工中主要是減少對環境的不良影響，如噪聲、灰塵和污水，可以采用各種噪聲控制措施，如隔音屏障或低噪聲施工設備， 確保施工過程中的噪聲控制在合理范圍內；對于灰塵和污水，則可以采用塵土控制措施和污水處理系統，避免塵土和污水流入自然環境，造成污染。

4 高速鐵路隧道襯砌施工質量控制方法與策略

4.1 質量管理體系的建立

質量管理體系為高速鐵路隧道襯砌施工各階段提供了明確的指導、標準和流程，確保工程的順利完成、安全和長期穩定性。 質量管理體系的核心是制定明確、可行的質量政策和目標，應根據國家和行業的相關標準，結合項目的特點和要求進行制定，確保所有參與方，包括設計師、施工團隊、監理和甲方對政策和目標有明確的了解和共識。 詳細的質量管理計劃和程序應涵蓋項目的整個生命周期，從前期設計、材料采購、施工到后期維護，明確各階段的質量標準、檢測方法、責任分工和反饋機制。 此外，為確保計劃和程序的有效實施，還需要建立健全質量管理組織結構，配備專業的質量管理人員。 實施嚴格的質量檢查和監控制度， 確保施工過程中的每個步驟都符合預定的質量標準，包括定期的現場巡查、材料測試、工藝驗證和完成驗收，發現任何的偏差和問題都應及時糾正，避免對工程質量產生不良影響。 建立完善的質量反饋和改進機制也是質量管理體系的關鍵組成部分，通過收集和分析質量數據，評估質量管理體系的有效性和完善度， 不斷優化和完善質量管理流程，提高工程的質量水平。

4.2 施工過程中的質量監控與檢測方法

現場質量監控是施工過程中的首要任務， 包括對施工團隊的操作方法、施工設備的狀態和材料的質量進行實時監控。采用高分辨率攝像頭、傳感器和數據分析系統，實時捕捉和記錄施工現場的情況，確保每一步驟符合預定質量標準。 現場監控可為施工團隊提供及時的反饋和指導，優化施工方法，提高工作效率。 材料質量檢測是確保工程質量的基礎，應對進場材料進行抽樣檢測、對混凝土的強度和工作性進行測試，以及對襯砌材料的性能進行評估。 通過采用先進的檢測設備和方法，如光譜分析、超聲波檢測和電磁波檢測，確保材料的質量滿足設計要求，避免由于材料問題導致的工程質量下降。

4.3 故障與問題的早期識別及應對策略

在高速鐵路隧道襯砌施工中， 故障與問題的早期識別并采取相應的應對策略對于確保工程的質量、 安全和時間表至關重要。 延誤識別可能導致更大的結構問題，增加維修成本，時間延誤，以及產生潛在的安全風險，因此，應針對識別并報告潛在問題對施工團隊進行培訓。 經過適當的培訓，施工人員會更加敏感地注意施工中的不規范行為或潛在故障跡象，并及時向上級或工程師報告。 此外，在高速鐵路隧道襯砌施工過程中，還應制訂應對策略和應急計劃，以備不時之需，一旦發現問題，立即啟動應急計劃，根據預先制定的應對策略進行操作，以減少問題對整個工程的影響。

4.4 后期維護與補救措施

高速鐵路隧道襯砌施工完成后， 為確保襯砌結構的長期穩定性和安全性， 對其進行持續的維護和爭取必要的補救措施同樣重要。 專業團隊應定期對襯砌結構進行全面檢查，包括但不限于裂縫、滲漏、腐蝕和沉降，一旦發現問題，必須迅速制定和實施補救措施。 例如，對于裂縫，可以采用注射劑或專用封閉材料進行密封；對于滲水問題，可能需要在襯砌內外進行防水處理。 針對性的補救措施不僅可以延長襯砌的使用壽命，還可以避免更大的結構問題和安全風險。 此外，預防性維護也是后期維護的一部分。 根據襯砌結構的實際情況和環境因素，如氣候、土壤和地下水，定期進行必要的保養和修復，如清潔、涂抹防護涂層或更換破損部件，可以預防潛在問題，減少補救措施的需求和成本。 建立完整的維護和補救記錄系統至關重要，不僅能為工程管理者提供關于襯砌結構狀況的詳細信息，還可以為未來的維護和修復工作提供參考， 確保每一步措施實施的效果和效率。

5 結語

高速鐵路隧道襯砌施工的質量控制是多層面、 綜合性的任務，涉及多種技術、方法和策略的結合和應用。 在當前技術迅速發展的背景下，為追求更高效、更經濟的施工方法，確保鐵路的長期安全和穩定性，工程師、研究者、施工者和管理者理應共同努力，不斷探索、創新和完善。 施工技術同時，高速鐵路隧道襯砌施工質量控制也是持續的過程， 需要根據實際情況和技術進步進行調整和更新。