浅谈高速铁路隧道掉块问题处理及预防

浅谈高速铁路隧道掉块问题处理及预防
摘要：近年来国家大力发展高速铁路基础设施建设，目前我国高速铁路运营里程已达1.6万公里，占世界的60%以上，“四纵四横”快速铁路网主骨架已初具规模，极大地方便了民众的出行。

由于高速铁路运行速度快的特点，决定了高铁线路的曲线半径往往较大、坡率较缓，所以在高铁线路中桥隧所占比重会很高。

随着今年来新建高铁线路相继开通运营，陆续出现了一些质量缺陷问题，可能对高速铁路运营安全产生影响，其中以隧道衬砌掉块影响最大，本文主要是对隧道衬砌掉块原因进行分析，提出相应的整治措施，并为今后隧道施工如何避免产生掉块提出预防措施。

关键词：高速铁路、隧道掉块、处理措施、预防措施
1 掉块的原因
由于高速铁路动车组列车运行速度非常快（通常为300KM/H），如此高速的列车进入隧道时会在隧道内产生强大的正气动压力，平均值可达1000Pa左右（峰值压力可达近6000Pa），同时当高速列车通过隧道后，会在车尾行车强大的负气动压力（强度与正气动压力相当），正负气动压力交替作用会使隧道衬砌已有的裂缝的应力强度因子突然增大，引发衬砌发生失稳断裂而形成掉块，可能砸中列车、接触网线路或其他设施设备，给高速铁路运营安全带来隐患。

2 掉块的形式
根据已经开通运营的一些高铁线路发生的掉块现象来看，主要的掉块形式有以下几个方面：
2.1 隧道二衬表面的杂物未清理干净。

隧道二衬表面在施工过程中或后续缺陷整治过程中的可能会遗留一些杂物，比如：铁丝、钢筋头、渗水处理遗留的针头等等，如果在线路开通运营前未清理干净这些杂物，在高速列车经过时可能会发生掉落，影响高铁运营安全。

2.2 隧道二衬表面存在修补现象。

隧道二衬混凝土在施工过程中可能由于混凝土离析、坍落度过小、捣鼓不到位、拆模过早等原因造成衬砌表面蜂窝麻面、伤损的现象，如果在后续处理过程中作业队未按照专门修补方案修补而仅仅采用砂浆涂抹的简单处理方式，经过一定时间后涂抹的砂浆非常容易脱落下来，从而发生掉块现象，这是运营过程中发现的最常见的掉块形式。

2.3 隧道二衬施工缝处存在松散的混凝土。

二衬施工缝处存在的松散混凝土块行形成原因可能有以下几个方面：
(1)模板与前一模混凝土存在错台，容易在模板搭接处形成混凝土薄层；
(2)端头模板漏浆，造成漏浆处附近混凝土蜂窝麻面，粗骨料松散；
(3)新旧混凝土交接由于处理不当可能会形成空洞、蜂窝麻面等现象，如果在后期验收整改中未处理干净，在气流的反复作用下容易发生脱落掉块。

(4)中埋式止水带预埋位置偏差过大，局部甚至出现止水带外露的现象，从而造成止水带外混凝土厚度较薄，在外力作用下容易发生脱落。

2.4 隧道二衬存在闭环裂纹。

隧道二衬的闭环裂纹一般存在于二衬的施工缝地带，原因主要有以下几个方面：
(1)混凝土浇筑后未及时进行养生，混凝土水化热引起的温度裂纹；
(2)端模拆除时间过早引起混凝土伤损开裂；
(3)二衬混凝土浇筑时间距开挖爆破过近，爆破的震动引起未完全凝固的混凝
土开裂。

当闭合裂纹贯穿整个断面时就有可能整体脱落下来。

2.5 隧道二衬厚度不足。

造成隧道二衬厚度不足主要有下面三个原因：
(1)隧道开挖发生局部欠挖，开挖断面尺寸不足，二衬混凝土施工前未发现或
发现未处理，引起局部衬砌厚度不足；
(2)二衬混凝土浇筑过程中发生防水板破裂并发生脱落，在混凝土中间形成夹层，引起防水板外层混凝土厚度不足；
(3)二衬混凝土在浇筑过程中由于泵送压力不足或空气阻力等原因，极易在二
衬拱部形成脱空，如果没有及时发现并才去措施，容易造成隧道拱部二衬厚度不足。

当二衬厚度薄到一定程度并伴随裂纹的情况下，发生掉块的风险就非常之大。

3 处理措施
根据掉块发生的原因不同，处理方式也不一样，主要有以下几种处理方式：
3.1二衬表面的杂物、修补的混凝土块及施工缝处松散的混凝土三类掉块形式处理方式最为简单，采取切割或凿除等方式即可处理干净（见图1），处理后注
意对新混凝土面打磨平顺，以免造成新的掉块。

(2)当面积大于0.3平方米，未独立成块的，对裂缝进行注浆处理，并做好观测。

3.3隧道二衬厚度不足问题根据围岩等级和实际二衬厚度采取以下方式处理： (1)Ⅱ、Ⅲ级围岩地段，二衬厚度小于0.2m，采取凿除返工处理；二衬厚度大
于0.2m、采用锚杆补强措施。

(2)Ⅳ级围岩地段，二衬厚度小于设计值70%，采取凿除返工处理；当二衬厚
度大于设计值70%、进行填充注浆处理（见图3）。

4 预防措施
4.1 加强断面扫描及沉降观测工作。

加大断面扫描频率，及时发现侵限欠挖地段，避免后续出现因侵限欠挖原因
造成二衬厚度不足的问题；严格按照规范要求组织沉降观测，待初支稳定后才能
浇筑二衬混凝土，避免因沉降不稳定造成二衬混凝土开裂的的现象。

4.2 加强混凝土浇筑质量控制。

施工前对新旧混凝土接触面进行洒水润湿，确保新旧混凝土的衔接，防止出
现蜂窝麻面的现象；控制混凝土坍落度，合理布置进料窗口，加强振捣，避免出
现蜂窝麻面甚至空洞的现象；做好混凝土养生，避免因水泥水化热出现混凝土裂纹。

4.3 预埋通气孔。

预埋拱部通气孔有利于混凝土浇筑时及时排除模板内空气，降低拱部压力，
避免出现形成大范围空洞，同时可以利用预埋通气孔及时注浆，消除拱部空洞。

4.4 控制拆模时间。

拆模前应对同条件试块进行抗压试验，一般情况下需要达到8MPa以上方可
拆模，特殊情况下，比如初支未完全稳定的情况下需要达到设计强度100%方可
拆模，过早拆模可能会导致混凝土裂纹或混凝土表面损伤。

4.5 减少爆破震动对新浇混凝土影响。

通过合理安排工序，确保爆破作业前新浇衬砌混凝土已经达到终凝；调整爆
破参数，控制一次爆破药量，尽量采用弱震动爆破；合理控制掌子面和二衬之间的距离。

4.6 加强止水带及防水板固定，做好防水板松弛度控制。

止水带固定建议使用分离式端头模板，限定止水带到二衬表面的距离，防止止水带外露的事情发生；防水板采用热熔衬垫梅花型布置，且衬垫之间距离按照边墙不少于100cm～120cm、拱部不少于50cm～70cm、纵向间距不少于80cm控制，环向松弛率经验值一般取10%，纵向松弛率一般取6%。

4.7加强拆模后检查验收。

拆模后及时检查混凝土表面是否存在质量缺陷，如发现存在质量缺陷，立即利用既有台车及时处理，避免后期清理需要专门搭设支架的麻烦。

4.8加强缺陷整治质量控制。

4.9加强缺陷自查。

二衬施工期间应定期组织自查，针对杂物、松散混凝土块及混凝土裂纹等问题可采取肉眼观察法检查；针对衬砌背后托空或衬砌厚度不足的问题可采取地质雷达扫描或拱顶人工锤击检查，检查发现问题及时组织整改，避免后期整改浪费更大的人力、物力、财力。

4.10加强工人技术培训
通过技术培训，提高作业人员施工作业水平，改变违章作业习惯，从源头上提高工程施工质量，有力防范掉块事件的发生。

5.结语
近年来各条新建高铁线路开通初期均不同程度的发生了一些掉块的现象，虽然未砸中列车或接触网等设施造成行车安全事故，但是万一出现隧道掉块砸中高速行驶的列车，对行车安全将造成无法估量的损失，所以隧道掉块一直是影响高铁运行安全的重大危险源之一。

及时发现、及早处理对提高高铁运营安全具有重大积极意义。

通过两年来的实际运营效果来看，经过本文中的处理措施的部位未发现掉块的现象，说明上述处理措施对整治隧道掉块问题具有较好的效果。

再有效的整治措施都是事后补救，如果能通过积极的预防，杜绝隐患产生，方为上上之策。

参考文献：
[1]《高速铁路隧道施工与维护》TB10753-210.
[2]《高速铁路隧道工程施工技术指南》铁建设[2010]241号.
[3]《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》主编：郭占月；西南交通大学出版社.
[4]刘峰、姚松、刘堂红、张洁，高速铁路隧道壁面气动压力实车试验分析[J].浙江大学学报（工学版）.2016（10）.。