山区铁路建设隧道工程质量管理

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1引言

当前我国铁路建设规模大，隧道占比越来越大，特别是西南山区，如2014年成都铁路局工程质量安全监督站责任辖区的在建大中型铁路建设项目达44个，建设线路近5000km，年投资近950亿，其中隧道2011km/1057座。铁路建设速度快，规模大，标准高，要求严，铁路建设各方做出了大量努力，但仍没能避免隧道的缺陷。隧道缺陷对行车安全、按时投产以及社会均可能造成重要影响，一是隧道缺陷引起的安全事故较多，如已投运数年的达成双线苟家沟隧道，在建成后近10年，拱部长约10m衬砌的掉落，堆积达数方于道心，险些造成更加严重的行车事故；二是隧道缺陷导致不能及时投产，在交验、首检中对质量缺陷的处理，推迟了总体开通计划。如2014年，成绵乐客专、贵广铁路因缺陷处理不能按期投运；2015年成渝客专、渝黔、沪昆客专贵州东段因缺陷处理影响了开通时间。隧道地质复杂，岩溶、瓦斯、高地应力、断层、突水突泥、泥石流等高风险工点多，因此隧道是铁路工程建设中的重要关键环节，由于西南山区铁路隧线比高，因此西南山区铁路建设中隧道质量管理工作显得尤为重要。

2铁路隧道质量问题分类及形成原因分析

2.1铁路隧道质量问题的分类

建设方在开展日常检查工作中，发现隧道质量问题几乎存在于隧道施工的各环节及各部位。具体来分，在隧道初期支护方面，存在初支脱空；喷层表面不平顺与开裂、喷砼孔隙多；喷砼厚度不足、喷砼强度不够；锚杆锚固无效或低效、锚杆长度严重不足、锚杆数量不足、锚杆方向与位置不对；钢（刚）架间距过大、连接不牢固；钢筋网外露、钢筋网层数不够、钢筋网格间距过大等问题。在隧道衬砌方面，存在衬砌脱空、衬砌厚度不足、衬砌混凝土强度不足、衬砌裂缝、衬砌露筋、衬砌渗漏水、衬砌施工缝缺陷等问题。在隧道底部结构方面，存在仰拱曲率与地质环境不匹配、底部结构层数与拱、墙部不一致、仰拱形状与设计不符、仰拱厚度不足、仰拱强度不足、隧底下伏破碎或软弱层、仰拱钢筋或钢拱架缺失、地下水处置不当等问题。以上质量问题，对实体工程的影响程度不一。从对结构的影响来看，一些仅仅为表面或外观的处理不当形成观感不良，于结构无重要影响（称为瑕疵）；一些因其不满足工艺要求或改变了受力结构分析等，又暂未发现其对安全形成威胁或对使用功能有影响（称为缺陷）；一些直接影响其使用功能或威胁安全且显而易见需要尽快整治的缺陷（称为病害），如漏水、渗水，空洞、表面缺陷等。隧道工程质量管理就是要减少瑕疵、避免缺陷、消除病害。

2.2铁路隧道质量问题形成的原因分析

铁路隧道质量问题形成的原因可从现场过程控制和建设项目管理两方面进行分析。

2.2.1现场过程控制方面隧道质量问题涵盖多方面，形成的直接原因，从其结果来看可认为是施工单位甚至是作业层面导致。铁路隧道复合衬砌脱空和支护厚度不足占隧道缺陷、病害的比例极高，严重的脱空可能导致隧道结构在施工阶段或运营阶段发生压溃、侵限、放射状开裂和坍塌，而且初支脱空的危害性比衬砌脱空更大，本文主要以复合衬砌脱空的成因分析为例，探究隧道质量问题的致因。

2.2.1.1材料不满足要求或以替换方式缩减工程量。如由于浆材选型不当而使之结实率低下，在回填灌注的浆液固化后形成范围比此前小的脱空；如为减少超挖或坍塌处喷混凝土的数量，不采用边喷边填或架空式回填，而是采用干码或堆填片石，从而形成初支结构性脱空。

2.2.1.2工艺控制能力弱，工艺参数不调整或缺乏动态调整。如洞身开挖时控爆参数未及时调整，洞身成型不好，超挖大且不均匀，致使喷混凝土因厚度大而收缩明显；如遭遇极破碎或土砂质等黏结力差的围岩（即使辅助了超强支护或地层改良)时，仍僵硬地使用20cm×20cm或25cm×25cm的钢筋网，使喷射混凝土在初凝的过程中少或无骨架可依托，从而发生脱落引起大量回弹或空鼓，造成脱空。

2.2.1.3工序质量不达标，工序衔接不好。如在分部开挖初支时对大拱脚清理不彻底，从而在初支与围岩间形成“夹心”松散物，当下部接长钢架时“夹心”脱落，造成被脱空；如拱部严重超挖，由于担心衬砌台车“不堪重负”，故浇筑时不敢灌筑密实，从而形成弦切板型脱空。

2.2.1.4使用的设备不满足现场需要。如因衬砌台车设计或制作的刚度、强度不足，并在浇筑混凝土时不振捣且混凝土流动性又不足，所以形成月牙型脱空；如输送泵选型不当或故障而动力不足，使拱部的混凝土注入量不足，从而形成不定型脱空。

2.2.1.5实施无实际意义工艺监管措施。如监管要求钢筋网搭接成为纵向进尺余量大的导致原因，据实践经验，作者认为钢筋网无必要搭接。喷射回填较大超挖，或当岩土脱落，或中小规模坍塌时，过度密集的钢筋网“卷笼”，阻止了喷混凝土的到位。2.2.1.6作业环境差。如施工通风效果极差的情况下，造成作业面视线差，空气恶浊，使作业人员看不清受喷面，为图快而无意或有意喷成脱空。

2.2.2建设项目管理方面隧道工程建设的多界面性，要求参建各方都能正常运作并良好配合，才能使行为和结果导向为制造出满足质量要求的产品，避免隧道质量问题的发生。据铁路建设项目当前管理模式，隧道质量问题的致因，从建设项目管理角度包括以下几个方面：

2.2.2.1建设管理层面建设管理机构是老大观念依然存在，契约意识差，建设管理方俨然以雇主的身份与施工及监理方进行工作对接，受法律保护的双方平等的合同关系在大家心目中均无更深刻意义，时而会淡忘甚至遗忘合同的存在。建设管理机构专业化能力不足，必然导致对施工过程的指导能力弱化，对于过程中的质量控制不足。

2.2.2.2设计管理层面受大规模铁路建设影响，铁路设计任务多，具体工作下达的设计周期短，设计单位尚未形成与之相适应的资源配置，设计供图跟不上，提供出来的设计与现场实际不符情况多，设计图对质量控制的指导性未得以充分的体现。受现场勘查采集数据量不足的影响，同时被变更指标考核不愿或不敢及时调整，又怕承担安全责任或其他不确定的设计责任，被迫采取保守设计的理念；一些陈旧的工艺方法未能随时代的发展及时摒弃，或对一些新工艺带来的其他质量控制方面的问题无视。

2.2.2.3施工管理层面一些施工企业的经营理念中，没有将质量控制水平和质量结果应用为自身企业的立足之本和企业的主打形象。铁路建设市场没能形成以质量优势胜出的格局。施工单位因在建工程项目多、工期紧，材料、设备集中需求量大，供求矛盾突出，材料成本上涨，致使施工单位项目工程利润下降，相应的必要投入降低，易产生盲目压缩成本、牺牲质量的情况。架子队管理模式作为施工单位内部资源配置特别是人力资源不足境况下的一种有效解决方式，迄今已在全路推行了多年，但当前仍有一些施工单位架子队管理模式实施得还不纯正、不彻底，造成企业的既定目标未能有效达成，包括企业的质量目标。

2.2.2.4监理管理层面由于市场的诚信体系正处于构建完善期，建设管理机构和施工企业(承包商）还未形成以双方合同为主要指导下的运转状态，作为第三方单位的监理单位，理想状态本应是在工程实施过程中对关键环节的控制和确认其工作过程和结果满足规范要求，因乙方自行规范运转的能力不足，质量和安全工作随时需督促方能推进；同时监理大量的精力放于从事来自于上级和甲方要求的检查活动中，冲淡了监理正常工作的开展。在大规模建设中，监理单位承揽项目多，尚未形成与之相适应的资源配置形式，监理管理层对现场的管理弱化，管理工作处于低位的维持状。同时，受整个社会价值观的影响，部分监理人员的观念有时无法抵御利益的诱惑，面对施利者的不合适甚至不合规合法的行为视而不见，成为对哪一方都不负责“聋子的耳朵”。

3对策思考

3.1现场过程控制方面

3.1.1严把材料关把好材料进场关，确保添加剂品质合格。在浆材的选用方面，除了满足规范的普适要求外，还应特别注重回填浆材的结实率和流动性2项指标，设计方为保证浆液的流动性，多推荐0.8:1~1:1的水灰比。对于无配筋衬砌、正常配筋衬砌、劲性和加强型多筋衬砌，分别按14、16和20cm控制坍落度比较合适。

3.1.2提高工艺控制能力，工艺参数动态调整提高作业技术素养，优化设计参数。如从机械开挖的方式、顺序，有针对性地进行爆破设计优化，从强化钻爆专业人员的技能及其执行力素养等方面着手，造就良好的洞身成型，有效控制超挖于标准之内，使软弱破碎围岩地段纵向余量最小化，并在合格的岩面实施喷混凝土作业；再如对喷混凝土作业人员进行技能培训并相对固定工位，坚持拱部分层分片喷射，水量按围岩和部位不同及时调整。提高辅助工法效果。如从超前支护和(或)地层改良施工的有效性、准确性着手，避免岩土脱落、坍塌，对超前支护过程中的岩土脱落数量进行有效控制。

3.1.3强化工序质量努力使作业工序精细化。如对分部开挖支护时设置的大拱脚部位进行彻底清理，以避免因该部位初支与围岩之间形成“夹心”松散物而导致脱空，且在需要下部接长钢架之前，施以灌浆固结。及时运用技术措施消除。如在因脱落，超挖严重等原因致使喷射混凝土总厚度超过25cm时，均应在初支拱部预设竖向灌浆管或纵向袖阀式灌浆管，进行回填灌浆；应将回填灌浆作为软弱破碎围岩地段初支循环的一道工序，回填灌浆可在1/3~1/4倍隧道开挖洞径的纵向距离内完成；再如带压封顶灌注，当台车刚度和强度足够且定位牢固，拱顶混凝土厚度不小于设计的70%时，对混凝土实施第2次附着捣固，然后用坍落度较大的混凝土进行实施带压灌注，直至输送泵工作压力突然增大约2~2.5倍时止，即形成密实状态。

3.1.4卡控关键工艺在工艺操作方面，严格质量卡控。如严格控制台车开窗位置和捣固工艺；如拱顶混凝土灌注，掌握水量控制按宁少勿多的原则，添加剂按理论掺量的5O控制(末端封闭时除外)，这样做的优点是既不损坏防水层也不会因渗浆固结而破坏盲管等防排水系统；又如预设纵向管回填，设置2根备用灌浆管，其长度应为端口与衬砌循环长度的一半之和，并控制注浆工艺。

3.1.5探索优化并逐渐固化更为合理工艺规范现场施作难于实现质量控制的规范，要不断探索和优化。如挂设防水层防水层挂设的松弛度应适应初支面的平顺度，按照线性密贴5~10%的余量比较合适；另外，钉基以“井”字型布置有利于操作和余量的掌控。又如在进行支护设计时，慎用型钢钢架，优先选择格栅钢架，钢筋网的网格最佳选择是10cm×10cm~15cm×15cm，且钢筋直径为6mm足矣，凡拱部喷射混凝土总厚度超过15~18cm时均宜按双层钢筋网设置；格栅钢架和钢筋网均可工厂化生产。对于预留灌浆孔，因为通过预留灌浆孔回填灌浆时串孔严重且是否灌注密实不易判断，灌浆后长时间搁置不但不利于结构安全，而且搁置至全隧衬砌完毕时往往铺架作业已逼近灌浆段落，导致不回填或不合格回填的可能性大幅度上升，灌浆后预留灌浆孔上的封堵物可能脱落而砸伤列车，所以作者建议不采用此方式。

3.1.6改良作业环境重视施工通风，改善通风效果，创造合格的作业环境。改善作业视线、空气质量，使作业人员能够在良好环境中有条件并安心作业。

3.2建设项目管理方面

3.2.1优化和完善建设管理架构和机构针对建设管理人员不足的现状，建设单位在建设项目管理机构设置方面可采取建立区域建设指挥部的方式，即“一套人马多块牌子”。一个区域建设指挥部同时负责多个项目的建设管理工作，建设指挥部内部采用项目和专业结合的管理模式合理调配人力资源。同时，设立客站建设指挥部，能较好的解决客站建设专业化管理问题。面对西南山区铁路隧道工程建设日益增多的现状，笔者认为不妨进行深度的探索，如考虑成立专业化管理机构团队如隧道建设指挥部，来对西南山区隧道实施专业化的建设管理，给优质工程提供专业支撑。

3.2.2强化设计优化与考核推行有效的竞争机制，构建尽可能多的设计单位参与的格局。同时，在进行设计单位招标时，降低人为设置的附加门槛，增加潜在投标人，引入多方参与竞标。应给勘测工作、设计方案审查足够的时间，并构建建设单位主导反复优化设计的工作模式，通过优化逐步筛出最佳方案择优选取。改变对设计仅简单设定考核指标的评价模式，探索构建更为客观的考核体系。笔者认为，可在科学设定设计完成时间后，由建设单位主导，引入第三方对设计工作进行过程检验和评价；在施工过程中随时根据勘测和设计与实际情况的相符程度、设计方案的经济合理性、设计对施作优质工程的贡献、可优化程度等指标来评价设计的优劣，引导设计为施工提供质量优良、可实施性高的施工图。

3.2.3充分发挥施工单位能动性铁路建设领域要达成尊重质量、视质量为生命的共识。在铁路建设项目招标活动中，招标人要采取各种措施，科学地评价各参与竞争的企业质量控制能力，以实体质量作为评价的重要依据。对于成本控制，施工单位一方面要在改良工艺、提高生产组织水平、提高工效方面减少成本支出；另一方面要实施精细化的管理，改良企业员工的精神状态，将所有人员的主观能动性充分发挥出来。形成富有责任心、齐心协力、同舟共济的团队，依靠良好的精神面貌，向效率、向管理要效益。充分认识“架子队”管理模式的重要意义，其在充分利用外部的力量的同时，让工程项目管理的人力、设备、物资、工艺、技术等关键管理要素在企业管理中统筹有序。因此，强推“架子队”管理模式，在有效地治理转包及违法分包过程同时，更能解决质量管理的拦路虎。

3.2.4充分利用好监理人力资源业主对项目的管理行为，应该通过监理具体实施。要严格履行监理合同，业主单位应要求监理单位严格按照监理合同的规定配置监理项目的人力、物力、财力资源，在项目实施过程中强化合同兑现检查，确保监理合同的各项要求在项目全过程得到贯彻落实。在要求监理履职的同时，还要切实维护监理权威，为监理提供正常良好的工作环境，坚定支持监理在履职过程中正当行为和要求。建设单位在充分发挥其作用的同时，要辅以考核措施，进一步完善责任追究制度，对监理单位、监理项目在合同履行过程中的违约行为，必须严格按照合同条款进行追责；对监理人员在日常监理工作中出现的问题，特别是“吃、拿、卡、要”问题，要督促监理单位及时处理和纠正，坚决清理出监理队伍。引入并严格实施责任终身制，对产生不良影响和后果的工程项目，坚决追究责任监理和监理单位的责任。

4结论及建议

4.1隧道支护脱空的危害始终存在于施工和运营过程中，而且初支脱空的危害大于衬砌脱空的危害，施工质量缺陷是造成支护脱空的主要原因。

4.2脱空可以预防和整治，预防胜于整治，应对有关行业规定和要求以及相关设计作必要的完善和修正，提高监督管理机构的专业能力并加强相关管理。

4.3建议在铺设防水层前对Ⅲ加强、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级围岩地段即带钢（刚）架的初支进行100%的脱空检查。

4.4在对衬砌脱空进行回填灌浆时，不必等到喷混凝土达到设计强度，可在其初凝后立即实施。

4.5应重视浆材流动性，结实率的适应性以及灌浆设备的适应性。

作者：郑益新