铁路隧道施工质量问题原因及对策研究

赵阳川，吴光雄，张 胜，刘仪刚，丁 路

（中国铁路成都局集团公司工程质量监督站，四川成都 610031）

0 前言

近十余年来，随着我国铁路建设快速推进，铁路隧道工程大量增多。在隧道施工期发现的质量问题及隧道建成后出现的质量问题越来越引起人们的关注，因为这些问题，给隧道建设及运营带来风险，必须采取措施消除。近期，结合“隧道施工质量问题与对策”课题，笔者组织进行一次专题调研。通过调研资料的分析表明，隧道建设施工质量问题客观存在，需要采取措施及时加以解决。本文从工程质量监管的角度，通过对隧道施工质量问题的原因分析，提出一些具有针对性的对策措施，可为解决质量问题、消除质量隐患及风险提供有益的借鉴。

1 调研及问题分类

1.1 问题收集及分类情况

这次调研主要针对西南山区铁路隧道建设工程，通过对40余座隧道施工作业面的现场检查及问卷调查，发现及收集问题，了解对策措施等资料。收集的问题涉及隧道施工的各个方面，本文仅重点分析隧道开挖、初支、仰拱、防排水、二衬、沟槽、洞口及边坡防护等施工环节的质量问题。经过检查和问卷收集，发现施工质量问题共1090 个。其中开挖问题110 个，占10.1%；初期支护问题187 个，占17.2%；仰拱问题，167 个占15.3%；防排水问题231 个，占21.2%；二衬问题199 个，占18.3%；沟槽问题116 个，占10.6%，洞口及边仰坡防护问题80 个，占7.3%。具体参见图1。

1.2 普遍及突出问题

经过整理、分类分析，把隧道施工质量问题分为普遍存在的问题和比较突出的问题，具体如下：

（1）普遍存在的问题：隧道开挖拱部轮廓不明显（光爆效果差）、边墙不顺直、未按要求先初喷再立拱架、锚杆施作不到位、初支平整度差、防水板铺设褶皱明显、焊点松脱、止水带安装定位不准确、搭接处粘接不密贴、排水盲管出口反坡或堵塞，二衬施工缝处错台明显、二衬混凝土边墙气泡及麻面较多、检验批资料不及时和不完整、隐蔽工程影像资料留存不符合要求等。

图1 隧道质量问题分类

（2）比较突出的问题：开挖方法与设计不符、临时仰拱施作不到位、超挖及局部坍塌处理随意、开挖步距超标、超前地质预报实施不到位、监控量测形同虚设、喷射混凝土厚度与强度不足、喷射混凝土空洞或不密实、支护体系垮塌、仰拱几何尺寸不正确、局部混凝土不密实、仰拱位置不正确、仰拱与填充混凝土同时浇筑、仰拱上鼓开裂、仰拱填充施工缝冒水、衬砌钢筋排距或间距过大、衬砌混凝土开裂、衬砌混凝土存在冷缝、衬砌混凝土背后脱空或不密实、衬砌混凝土强度不足、衬砌混凝土掉块、衬砌混凝土渗漏水等。

1.3 管理及行为问题

检查发现：现场管理不到位，培训效果不好，技术交底不到位，工序验收及检查不到位；作业人员的质量安全意识差、作业技能素质不高、缺乏工匠精神；监理履职能力差、履职不到位等问题是现场常见管理及行为问题。

2 常见质量问题原因及对策

结合调研发现和收集到的隧道施工问题，对原因、措施及对策等进行分类归纳，下面主要探讨几个方面的常见质量问题原因及对策。

2.1 隧道开挖

（1）开挖轮廓不清晰，超（欠）挖明显（见图2、图3）。原因分析：①未根据围岩情况进行钻爆设计；②钻爆设计不合理（包括孔深、装药量等）；③钻爆作业交底、检查验收制度落实不好。对策：①做好爆破设计和技术交底；②针对不同围岩采取不同爆破设计；③做好钻孔的检查和验收。

图2 开挖轮廓差

图3 边墙超挖严重

（2）超挖及局部坍塌处理随意（见图4、图5）。原因分析：①无处理方案，随意处理；②检查验收制度不落实，管理措施落实不好；③不良行为（少见），如故意将超挖空洞隐蔽起来，留下严重的质量、安全隐患。对策：①编制具体方案、做好技术交底；②组织按具体方案和交底内容施作。

图4 超挖部分石棉瓦遮挡

图5 超挖部分编织袋充填

2.2 初期支护

（1）喷射厚度与强度不足（见图6）。原因分析：①未设置喷射厚度控制标志，补喷不到位或未进行补喷；②喷射混凝土配合比不正确或未按配合比；③操作人员技术水平低；④不良行为。对策：①对现场平整度不符合要求处进行补喷作业；②加强喷射混凝土施工人员培训，确保喷射工艺和质量；③加强拌合站管理做好场拌质量；④严格按照验标要求埋钎钉或打孔检查。

图6 初支厚度不足，背后孔洞

（2）喷射混凝土开裂、掉块（见图7）。原因分析：①水胶比过大或速凝剂掺量不足；②拌合不均匀或工艺不正确；③围岩变形（松动岩块）较大引起开裂掉块。对策：①加强拌合站管理，控制好混凝土质量；②加强喷射混凝土施工人员培训，按喷射工艺要做好质量控制；③根据监控量测及时设计变更、加强支护。

图7 围岩变形引起初开裂掉块

（3）喷射混凝土空洞或不密实（见图8）。原因分析：①一次喷射厚度超出标准要求；②喷射工艺不正确或喷射力量不足；③超挖大部位未挂网分层喷射或预埋注浆管；④钢架或钢筋网背后人为遮挡；⑤补喷前基面未清理到位。对策：①严格按照验标要求打孔检查验证；②加强作业人员技术交底、培训；③加强初期支护的无损检测。

图8 掌子面拱腰初支背后存在空洞

（4）系统锚杆施工与设计严重不符（见图9）。原因分析：①不良行为，偷工减料；②没有锚杆钻机及注浆设备；③垫板数量与连接不符合要求。对策：①监理现场旁站履职，认真检查验收；②要求采用锚杆钻机施工锚杆；③做好施工后的弹性波法抽检。

图9 系统锚杆打设角度未与开挖岩面垂直，锚杆均未设置垫板

（5）钢架不垂直、接头缺少螺栓或电焊连接（见图10、图11）。原因分析：①加工精度不够；②未在场内试拼装；③每个单元安装累计误差导致螺栓孔错位；④安装不垂直或扭转，导致连接板不密贴，被迫塞钢板或钢筋条焊接。对策：①做好人员培训及技术交底；②按交底标准进行精细加工并试拼装合格才出场。

图10 连接垫板不密贴

图11 钢架不垂直、不密贴

（6）仰拱钢架与边墙钢架采用焊接或无连接或直接放置（见图12）。原因分析：①边墙底部钢架未设连接板，偷工减料；②喷射混凝土前无保护连接板螺栓孔措施；③安装检验不到位；④交底不清。对策：①做好人员培训及技术交底；②按交底标准进行精细加工并试拼装合格才出场。

图12 仰拱与边墙钢架未连接

2.3 防排水

（1）防水板铺设不平整密贴、局部有刺伤（见图13、图14）。原因分析：①基面不平整（喷射混凝土面平整度差）；②基面外露尖锐物未处理或处理不彻底；③焊点数量不足或垫圈固定失效；④保护措施不到位。对策：①加强初支喷射混凝土的平整度检查；②外露尖锐物必须处理彻底；③加强技术交底，明确固定垫圈及焊点间距等要求；④强化对铺设好的防水板的保护；⑤开发使用新材料、新工艺工法和工装。

图13 防水板局部烧伤、破损

图14 防水板与基面不密贴

（2）焊缝脱开、宽度不足且未进行焊接质量检查（见图15）。原因分析：①焊工焊接技术不熟练；②爬焊机性能不满足要求；③执行检验制度不力，管理不到位。对策：①加强技术交底，加强培训，提高工人的技能水平；②配置性能良好的防水板焊接机具；③开发使用新材料、新工艺工法和工装。

图15 防水板局部漏焊

（3）纵向中埋式止水带埋入不居中、不顺直、连接随意（见图16、图17）。原因分析：①设计的固定措施不到位或无连接方式；②无固定工艺设施；③固定方式与连接措施随意；④对止水带位置偏离、脱焊后果认识不足。对策：①加强技术交底，加强培训，提高工人的技能水平；②配置可靠的定位卡具。

图16 止水带外露长度24cm

图17 止水带随意搭接

（4）环向止水带安装不到位、破损、预留长度不足（见图18、图19）。原因分析：①设计的固定措施不到位或无连接方式；②无固定设施，无保护措施或保护不力；③安装方向不正确或振捣时发生偏转；④对止水带位置偏离、破损后果认识不足。对策：①加强技术交底，加强培训，提高工人的技能水平；②配置可靠的定位卡具；③拆模时注意对止水带的保护。

图18 止水带偏位

图19 止水带破损且未预留搭接

（5）钢边止水带无连接或穿孔吊挂、外侧遇水膨胀止水条漏设或未预留安装槽（见图20）。原因分析：①设计存在缺陷，包括连接、止水条槽；②施工工艺不到位，无固定工艺设施；③偷工减料。对策：①设计必须明确工艺及措施；②配置可靠的定位卡具。

图20 钢边止水带穿孔固定

（6）止水条埋入与外露尺寸不等、扭曲、受潮，漏设止水条。原因分析：①预留安装止水条槽不规整，随意；②安装时无固定措施，随意摆放，偷工减料；③防潮措施不到位；④技术交底和工艺不细致，检查验收不认真。对策：①加强技术交底，加强培训，提高工人的技能水平；②预留安装槽必须符合要求；③配置固定卡具；④采取防潮措施。

2.4 仰拱

（1）钢筋排距、间距不正确，钢筋以小代大（见图21）。原因分析：①安装位置不准确，顺开挖线进行安装；②无固定工艺设施（即无固定排间距、钢筋卡距）或固定措施不到位；③钢筋以小代大属于偷工减料（故意行为）；④验收不严格。对策：①加强技术交底及培训；②增加卡控定位措施。

（2）仰拱位置不正确（随超挖面移动）。原因分析：①超挖或预留沉落量未按要求回填，随超挖面外移；②仰拱内模曲率偏大，尤其是对受力状况极为不利；③未进行测量和复核；④检查验收不认真。对策：①加强测量复核工作，确保仰拱位置正确；②配备先进的仰拱移动模架，及全幅仰拱模板；③施作仰拱前超挖部分采用同级混凝土回填。

图21 二衬钢筋随意弯折，间距、差距偏差大

（3）仰拱上鼓开裂（见图22）。原因分析：①仰拱底超挖回填虚渣；②仰拱底积水未及时疏干排走；③混凝土不密实或几何尺寸不正确；④未按设计施作，仰拱钢架连接不到位；⑤地勘不细、设计参数不正确。对策：①加强仰拱混凝土施工前的基底验收，杜绝虚渣回填超挖部分；②强化对混凝土的振捣工艺；③加强地勘，设计措施必须满足要求。

图22 仰拱填充层开裂渗水

2.5 二衬

（1）衬砌开裂（裂纹，见图23）。原因分析：①配合比中水胶比偏大，养护不到位；②变截面处应力集中而拆模过早；③衬砌厚度不足；④地勘不细，不良地质地段设计参数不正确。对策：①拌制性能良好的混凝土；②强化浇筑过程中的振捣工艺；③加强养护，控制拆模时间；④加强地勘，不良地质地段强化设计措施的可靠性。

图23 二衬水平裂纹

（2）衬砌背后脱空（见图24、图25）。原因分析：①防水板的松弛度小、固定不牢不密贴等；②超挖回填处理不到位；③混凝土堵管后造成初凝挡住后续混凝土流动；④带模注浆未施作到位或未注浆。对策：①加强混凝土施工前的断面检测；②加强防水板铺设质量；③落实带模注浆规定，严格按照工序进行施工；④开发、采用新型防水材料及工艺，解决不密贴的问题。

图24 二衬背后脱空

图25 二衬厚度不足、背后脱空

（3）衬砌不密实（见图26）。原因分析：①施工配合比与试验配合比调整过大；②骨料不均匀、振捣不到位；③防水板松弛度过大产生褶皱；④带模注浆未施作到位或未注浆。对策：①做好衬砌施工技术交底及培训；②严格落实混凝土浇筑、捣固工艺；③加强防水板的施工质量控制。

图26 衬砌不密实，砂浆抹面处理

（4）衬砌混凝土强度不足。原因分析：①偷工减料；②配合比不正确；③养护不到位；④骨料不均匀，捣固不到位；⑤旁站与检验不到位。对策：①拌制性能良好的混凝土；②严格落实混凝土浇筑、捣固工艺；③加强混凝土的养护，控制拆模时间。

（5）衬砌掉块（见图27）。原因分析：①配合比不正确或拌合不均匀；②钢筋位置不正确或衬砌钢筋保护层过大；③衬砌因质量问题修补不当；④防水板、止水带等安设不当切割混凝土；⑤混凝土浇筑问题造成冷缝；⑥富水地区等地勘不细、设计参数及措施不当。对策：①拌制性能良好的混凝土；②严格落实混凝土浇筑、捣固工艺；③控制好钢筋保护层厚度；④确保衬砌厚度、强度足要求；⑤确保混凝土的连续性，避免出现冷缝；⑥富水地区等加强地勘，强化设计措施。

图27 衬砌拱顶掉块

（6）衬砌渗漏水（见图28、图29）。原因分析：①混凝土不密实或开裂；②防水板破损未修补；③排水管堵塞；④浇筑过程中待料时间过长或捣固不及时造成冷缝；⑤地勘不细，设计参数及措施不足。对策：①严格落实混凝土浇筑、捣固工艺，确保混凝土的密实度及抗渗性；②强化防水板的安装质量及成品保护；③强化排水盲管的安装质量；④确保混凝土的连续性，避免出现冷缝；⑤加强地勘，搞清地质及水文水系，强化防排水及隧道结构设计措施。

图28 衬砌漏水

图29 衬砌开裂、漏水

（7）衬砌施工缝渗漏水（见图30、图31）。原因分析：①防水板、止水带、止水条施做不到位；②施工缝接缝处理不到位或根本不处理；③防水板、止水带等破损未修复或拆换；④防水材料质量存在缺陷；⑤旁站与检验不到位。对策：①强化防水板、止水带、止水条的进场质量、安装质量验收及成品保护；②施工缝接缝必须按要求凿毛处理到位；③合理设置排水盲管确保排水畅通。

图30 砌衬水平施工缝渗水

图31 砌衬环向施工缝渗水

解决上述施工质量问题，重要的对策：①要切实做好对作业人员的施工技术安全培训和交底。按工序分解施工技术安全控制要点，把要干什么、如何干、按什么标准干、质量安全风险等要素交代清楚；②要加强现场施工过程质量管控，做好工序验收。施工单位要做好自检，监理要履职旁站，做好检查验收，在作业过程中及时纠正不正确的做法，按作业及验收标准做好每道工序验收。

3 检查及管控的措施

根据上述问题情况，为达到隧道施工质量过程管控效果，提出如下方面的主要检查措施。

3.1 抓光面爆破效果检查

对照钻爆设计方案的炮眼深度、周边眼间距等参数，检查现场是否按设计方案实施。检查钻爆设计方案是否根据围岩变化和爆破效果进行调整。目前，西南地区铁路隧道施工以钻爆法为主，光面爆破效果对后续施工质量安全、工期及成本的影响较大，值得重点关注。

3.2 抓初期支护施作质量检查

钢拱架接头螺栓的连接情况，螺栓是否安装连接到位，特别是仰拱钢架与边墙钢架的螺栓连接是否到位。充分利用钢架验收影像资料进行检查，要求影像资料清楚显示各接头螺栓连接情况。初支背后脱空或空洞，重点对超挖较大部位（查看影像资料）、拱部进行钻孔检查，或在开挖台架上从初支端头察看拱部背后有无脱空或空洞。锚杆施作类型、数量、注浆是否符合设计情况，查看锚杆验收、锚杆注浆影像资料，查阅锚杆冲击弹性波法检测报告，确认注浆是否符合验标。

3.3 抓防排水施作质量检查

边墙部位防水板固定点间距标准规定偏大，按标准间距固定铺设，防水板易在仰拱纵向水平施工缝处形成堆积。防水板边墙下端长度要适当，对纵向盲管的半反包这个细部要施作好。纵向盲管上方防水板应施作一排固定点，防止纵向盲管浇筑混凝土时移动上浮。纵向盲管应用U 形钢筋卡固定牢靠，防止盲管移动。纵向盲管弯头设计存在缺陷（连接不牢，易脱落），弯头处盲管在浇筑混凝土时易脱落，水泥浆或混凝土堵塞排水盲管。纵向、环向排水盲管定位不好，易出现泄水孔反坡。仰拱、二衬环向中埋式止水带需用定型钢模和钢筋卡方能固定好，否则止水带偏位斜切混凝土，引起施工缝处掉块。二衬环向背贴式止水带需与防水板粘牢或固定好，否则在拱部会下塌，影响止水效果。

3.4 抓二衬钢筋施作质量检查

二衬钢筋接头连接方式，现主要采取套筒挤压连接，现场套筒挤压连接质量控制困难。两端钢筋纵肋应对齐且与套筒顺直同轴，钢筋压接长度、压痕道数及压痕直径符合要求，套筒应压接咬合在钢筋横肋上。二衬端头模板处钢筋常被截断，注意检查此处钢筋是否缺失。拱部二衬钢筋定位易造成偏差大的问题，层间距严重不足，混凝土保护层厚度达20cm 以上等问题，应爬上台车进行检查测量。拱腰部位二衬钢筋易出现保护层厚度不足，保护层垫块数量不足、安装固定不牢靠（起不到作用）的问题。二衬素混凝土拱部设置的钢筋网片易出现固定不牢或局部缺失，混凝土浇筑振捣时移位，钢筋网片垫块数量不足，保护层厚度不够等问题，要在现场进行检查。

3.5 抓二衬混凝土施作质量检查

通过检查二衬台车混凝土灌注窗（溜槽）的使用情况，判断是否逐窗浇筑；拱部冲顶孔（应编号）的使用情况，应不少于3 孔冲顶并留存影像资料。上二衬台车检查拱顶纵向、径向排气溢浆管（应编号）安装使用情况，抽查径向排气溢浆管逐孔溢浆（重要细节）影像资料。仔细察看二衬混凝土表面有无蜂窝麻面、粗骨料聚集，有无施工冷缝（特别是拱部，混凝土会形成分层冷缝，出现掉块）、裂纹的情况；敲击检查有无二衬混凝土不密实的情况。

3.6 抓仰拱混凝土施作质量检查

仰拱基底虚渣是否清理彻底，抽查对应的影像资料。仰拱起拱部位混凝土浇筑是否间隔时间过长，形成明显的施工冷缝，端模拆除后要仔细检查。过轨钢管弯曲段检查是否整体弯制，注意接头只能在直线段焊接，避免后期电缆穿不过管导致返工。

3.7 重视影像资料的检查

将影像资料作为隐蔽工程、关键工序监督检查的重要手段，要明确细化隐蔽工程关键部位，关键工序的重要细节，增强验收段（工序）整体和局部的影像资料效果。抽查影像资料，可以起到印证施工、监理单位的隐蔽工程及工序验收情况，规范工序验收管理的作用。

4 思考与建议

影响隧道施工质量的原因很多，除上述施工作业环节方面的因素外，还有其他方面的原因：①隧道施工现场质量管理脱节的问题；②隧道施工机械化装备配套及普及程度低、工效不高的问题；③现场合格作业工人不足及老龄化带来的问题。要解决好这些问题，我们建议：①参建各方要合力共为，增强全社会质量意识，适应高质量发展要求；②持续加大质量管理力度，建立常态化质量管控体系，并认真有效的落实；③加快推进隧道施工机械化、信息化及智能化，逐步减少或消除对人工的依赖；④着力完善建设机制，实现参建各方共赢，促进建设市场健康发展。

5 结语

本文在对西南地区隧道施工常见的质量问题进行调查的基础上，对问题产生的原因主要从质量监管的角度进行分析并提出对策措施。但是施工质量问题除了上述原因外，还受如地质条件及环境因素、工艺工法、工装设备、管理机制等因素的影响，要满足建设质量可靠的隧道工程的要求，必须统筹研究解决或消除上述因素带来的问题。