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高速鐵路隧道病害的成因及防治?

高速鐵路以其高速、平穩、舒適、安全、可靠等優越性能被越來越多的人所認可和選擇。自2005年第壹條高速鐵路開工建設以來,我國已基本建成四縱四橫的高速鐵路網,極大緩解了我國鐵路客運壓力。

然而,隨著越來越多的高速鐵路投入運營,許多高速鐵路建設質量問題逐漸暴露出來,由此也引發了高速鐵路交通事故。比如:2011 7: 23甬溫高速列車追尾(通信信號設備質量問題)、2009年7: 10石太高速鐵路路基下沈事故(路基填築質量問題)等。高速鐵路的質量缺陷給高速鐵路運營安全帶來了極大的隱患。在此,本文主要探討高速鐵路隧道施工中質量病害的類型、成因及預防措施。

1高速鐵路隧道病害類型

高速鐵路隧道質量病害主要有:(1)隧道二襯拱頂懸空,導致拱頂圍巖表面失去支撐,進而導致二襯頂部開裂或脫落,撞擊列車或使固定在二襯上的行車設備松動,對列車運行安全造成極大威脅;(2)隧道防水板施工質量存在問題,導致隧道二襯漏水。漏水發生在拱頂或拱腰處,可能導致隧道內部分電力設備失效,絕緣效果降低,還可能導致外露金屬物體腐蝕。如果仰拱下發生漏水,積聚的水壓力會頂起隧道內的仰拱和無砟軌道,從而影響高速鐵路的運營安全和使用壽命;(3)拱頂二襯混凝土鋼筋保護層厚度不足。在列車高速通過時的反復擠壓下,保護層不足部分的混凝土會疲勞破壞,容易造成混凝土塊脫落。(4)人工修復隧道二襯拱頂表面。還存在初期支護後方空洞、二襯厚度不足、排水孔排水不暢等諸多問題。危害高鐵運營的前四種質量病害的成因分析如下。

2隧道病害的原因

隧道施工質量問題的原因是多方面的。除了操作人員的質量意識和責任心差,還有壹些工程技術方面的原因,如隧道施工管理人員的質量管理體系不健全,工序檢查不到位等。只有深入分析影響隧道建設工程質量的原因,才能對隧道質量病害進行早期預防。下面分析四種主要隧道病害的原因。

2.1隧道拱頂二襯空隙

我們知道,隧道二襯混凝土澆築是通過二襯臺車上預留的混凝土澆築孔(或觀察孔)自下而上對稱進行的。開始時,混凝土在附著的振動器的作用下均勻地自行流動。但在澆築拱頂部分時,所有觀察窗都已關閉,操作人員無法用眼睛觀察混凝土澆築是否填滿拱頂模板內的空間,只能憑感覺掌握。而且拱頂二襯混凝土最後澆築時,拱頂周邊是完全密封的,裏面的空氣擠壓也會造成空洞和未固結的混凝土。此外,混凝土的流動性也是關系到二襯拱頂密實度的重要因素。如果混凝土和易性差,容易造成拱頂二襯出現空洞。再者,拱頂初期支撐的局部大凹凸也會在防水板後面形成空腔。

2.2隧道滲漏現象

高鐵隧道采用全包式防排水設計,二次襯砌混凝土通過土工布和防水板與初期支護完全隔離。防水板接長采用熱熔焊接,要求氣密試驗。在兩塊板和兩塊襯砌混凝土的施工縫處設置環向止水帶,在兩塊襯砌混凝土和仰拱之間設置縱向止水帶。在防水板和巖壁之間設置周向盲管,將巖層之間的水導入拱腳處的縱向排水管,縱向排水管每隔壹定距離設置排水孔,將收集的景觀水導入中央排水溝。由此可見,如果隧道按照設計要求實施得當,隧道是不會出現漏水現象的。二襯混凝土滲漏的原因有幾個:壹是隧道開挖控制不好,光面開挖效果差,使得開挖的巖面不平整(這種情況最容易發生在ⅲ級圍巖無拱架的情況下)。這樣過大的不平整面會阻礙防水板的順利鋪設,使兩塊防水板無法對齊,焊接效果無法保證,施工中往往會遺漏氣密試驗。二是二襯鋼筋施工中,鋼筋刺破防水板或電焊燒傷防水板;三是周向或縱向止水帶安裝位置不正確或接頭未焊接;第四,仰拱施工時仰拱底部殘渣清理不徹底,導致仰拱下部與基巖結合不牢固,可能被水滲入仰拱底部形成壓力水。

2.3二次襯砌混凝土鋼筋保護層厚度不足。

這個質量問題主要有兩個原因;壹是二襯加固時防護墊塊數量不足,間距過大。二是環向鋼筋長度不足,導致臺車就位後,拱頂模板與二襯鋼筋的空間距離不足,無法安裝鋼筋保護層墊塊。環向鋼筋長度不足的原因有兩個:壹是鋼筋下料長度短,二是開挖斷面預留拱頂沈降過小,斷面高度不足。

2.4隧道二襯拱頂人工修復

這種病的原因是運營者和管理者不了解高速鐵路的設計原理和運營環境要求。對於高速鐵路100年的使用壽命要求,在列車進出造成的空氣壓力作用下,混凝土或其他修補材料掉落在高速鐵路隧道內襯表面的安全隱患還沒有很好的了解。

3高速鐵路隧道質量病害的預防措施

如果找到了高速鐵路隧道質量病害的原因,就可以有針對性地采取措施,在施工前期進行預防。這些措施包括兩個方面:組織措施和技術措施。

3.1預防隧道質量病害的組織措施

建立健全質量管理體系,完善質量管理制度和質量問題責任追究制度,配備專業技能強、責任心強的質檢人員。組織作業人員開展高鐵相關知識教育培訓,加強施工技術交底,杜絕無證上崗和未經高鐵培訓參與高鐵施工。同時,要加強腳手架隊伍建設,杜絕工程轉包和違法分包,杜絕不聽命令的承包商進入施工現場。

3.2預防隧道質量病害的技術措施

(1)防止二襯拱頂脫空的技術措施:壹是加強隧道光面爆破技術研究,根據各種圍巖條件及時改變爆破參數,獲得較好的光面爆破效果。從而使拱頂防水板的鋪設平整光滑,有利於二次襯砌鋼筋的綁紮和保護層墊塊的放置,保證了澆築時拱頂混凝土的自由流動。其次,采用自密實混凝土,混凝土直接泵入模板,無需振搗。拱頂處設有導流管,混凝土澆築後會沿導流管溢出,防止模板內的空氣被排除,形成空腔。此外,應在二襯拱頂處安裝註漿管,並在二襯強度達到設計要求後進行註漿。

(2)防止隧道滲漏水的技術措施:加強光面爆破效果的控制,及時修復爆破形成的隧道表面,清除隆起的巖塊,對超挖嚴重的部位進行掛網噴漿。還需要對鋼拱架背面進行側噴,保證鋼拱架背面初噴的密實度。噴拱頂時,壹次不能太厚,要分多次噴。在初期支護完成且二次襯砌施工尚未開始前,必須對初期支護進行雷達掃描,以確定初期支護的密實度,發現空洞應及時解決。初期支護的密實平整是保證隧道防水板鋪設平整、焊接牢固的前提,也是防止巖石中的水向隧道內滲漏的屏障。在保證初期支護面平整的前提下,防水板鋪設平整、焊接牢固是防水效果的關鍵。每圈及二襯施工後外露防水板長度不小於1 m,兩塊防水板搭接長度不小於15 cm。接頭必須采用熱熔焊接,焊接效果要通過氣密性實驗來檢驗。二襯環到止水帶的位置正確,上下居中。打磨凸邊後,應粘接接頭。另外,仰拱基礎底部的雜物必須清理幹凈,保證仰拱與基底巖石緊密結合,不留縫隙,防止水滲入仰拱底部,形成反向水壓力,保證無砟軌道不起拱。在澆築二襯混凝土的過程中,還要註意振搗密實,澆築要連續進行,不能留有冷縫,這也是防止二襯漏水的措施之壹。

(3)防止二次襯砌保護層厚度不足的技術措施:首先,開挖過程中應根據圍巖情況留有足夠的拱頂沈降量,以保證二次襯砌混凝土施工時有足夠的斷面高度。其次,二襯混凝土施工前,要準確測量斷面,確定臺車位置,去除侵入二襯間隙的凸臺,保證二襯鋼筋有足夠的空間進行布置。還有,切割環向鋼筋時,要留有足夠的搭接長度,在鋼筋網相應位置設置足夠的鋼筋保護墊塊,墊塊本身的鐵絲要綁在鋼筋上,防止澆築時脫落。

(4)防止隧道二次襯砌人為修補的技術措施:隨時保持二次襯砌臺車處於良好狀態,準確定位,減少二次襯砌接縫處混凝土錯位。經常在臺車表面塗油,保證臺車表面光滑,加強澆築時的振搗,減少二襯混凝土的松散和漏水。

4結論

確保高速鐵路的工程質量是每壹個高速鐵路建設者的責任。要通過工程實踐不斷總結經驗,完善技術措施,提高高速鐵路工程質量,為人民群眾提供安全快捷的出行條件。

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