《城镇建设》杂志范文-典型暗挖隧道施工质量问题及防治措施
摘要：城市地铁和公路隧道施工过程中工程质量问题多发，实施有效的质量管控是确保工程质量的关键。结合相关隧道质量结构安全防护施工案例，分析了不同隧道结构形式、工程地质条件、与基坑的相对空间位置关系、施工工法选择、结构安全监测以及相关时机影响因素，主要对隧道施工存在质量问题和缺陷整改进行了分析探讨，旨在完善治理方法措施，优化理论，以供参考借鉴。
关键词：隧道；质量问题；检测；论证；整改
前言：随着我国城市化建设的日新月异和土地资源的日趋紧张，地下空间得以广泛的开发，尤其是用于铁路、公路和轨道交通的隧道建设项目日益增多。其中，暗挖施工具有使用范围广、征地拆迁少、工程造价相对低的特点，成为当前隧道施工的主要工法之一[1]。然而，受不同地质条件、作业工法、人为因素等影响，暗挖施工中各种质量问题屡见不鲜，不同程度制约了新建地铁线路的开通运营时间或严重影响了线路的正常运营，降低了隧道结构的安全系数，并造成了巨大的经济损失和社会影响[2]。施工质量管控显得尤为重要。鉴于国内已进行过许多隧道结构设计和施工，住建部、交通运输部等主管部门及工程建设单位、监理单位和施工单位都高度重视，并出台了一系列的质量管控法规制度，但受施工机械化程度低、工序衔接繁琐等诸多不利因素影响，施工质量问题依然较多。本文通过收集、分析和总结，重点对隧道施工中存在的问题和建议进行探讨，以期对施工提出经济、合理、有效的参考。
一、隧道施工过程中未形成实体前的质量问题及整改措施
（一）易发生的质量问题
1、隧道开挖过程
受石质破碎、钻孔偏向、爆破装药量控制不科学等影响，光爆效果差，超欠挖严重；开挖进尺过大，超过设计或验标要求，擅自变更开挖工法或简化工艺，与设计不符；监控量测点不规范，测点布设在不同平面，收敛测点未埋设基岩内，测点保护不到位被破坏；采用接触量测时，测点挂钩未设置为闭合三角形状等问题；浅埋段地表沉降观测桩设置与方案不符[3]。
2、初期支护施工过程
主要存在超前小导管数量不足或未按要求注浆；喷射混凝土厚度不足、不平整或养护不到位；锚杆数量、长度不足或未按设计要求注浆，锁脚锚杆未与钢架连接牢固；两钢架间距偏大，底脚悬空，钢架连接未采用螺栓连接；二衬施工前存在初支背后脱空，初支厚度不满足设计要求，初支渗水严重。
3、防水施工过程
初支未补平即进行防水板铺设，且防水板保护不到位；纵向中埋式止水带未居中埋设，二衬端部环向中埋式止水带与纵向中埋式止水带未有效连接；环向止水带不居中，防水板搭接缝与二衬环向施工缝错开距离小于1m。
4、二衬施工过程
水平施工缝浮浆、杂物未清除；边墙二衬钢筋预埋偏位，钢筋套筒连接头处于“同一连接区段”；钢筋保护层垫块数量不足，且无强度检测报告；二衬钢筋排距不满足设计要求；二衬边墙钢筋违规焊接。
5、开挖过程中的涌水、涌砂问题
部分段落围岩泥质含量较高，掌子面胶结相对较好，富水性相对较差，形成相对隔水层，而在该掌子面向前方一定范围内存在富水性相对较好的含水岩体，受相对隔水层的阻挡，地下水位较高，随着相对隔水层被逐步开挖，抵抗压力的能力越来越弱，当临界平衡状态被打破后，在施工面的薄弱部位就会出现突发性涌水，继而发展为涌砂[4]。为了工程的顺利实施，首先要降水。通常采用多级轻型井点真空降水、深孔真空降水和管井降水相结合的系统降水方案。多级轻型井点真空降水视具体情况而定，井点间隔布设，采用塑料管双排布置；深孔真空降水采用钢花管，间距和深度加大，双排布置；降水管井法井径、间距和孔深再加大。降水实施过程中加强排水管理，对集中出水点进行引排和注浆封堵，避免管路漏水或集中水流对围岩造成影响。施工前先对围岩进行超前旋喷桩预加固，高压旋喷后在隧道周边形成封闭的水平旋喷帷幕体，帷幕体平均抗压强度接近C15混凝土强度，可承受大部分地层压力，保持砂岩在开挖后的稳定，具有组合梁的效应。并在开挖一段长度后采取注水泥浆进行超前预支护。
（二）质量问题整改措施及程序
以上隧道施工过程存在的典型质量问题现场较易整改，且整改完毕后不影响工程实体质量。关键在于通过问题整改和原因分析，加强现场管控，防止问题反复发生。主要预防措施是认真对照设计文件和验收标准编写作业指导书，逐级进行技术交底至作业层。加强过程“三检”制度执行，认真落实质量“三检”制度，杜绝不合格工序进入下一道工序，推进标准化管理和标准化作业，杜绝和减少上述质量问题。
对于发现的一般质量问题，由施工单位现场自行整改。对于较为严重的质量问题或问题反复发生，由建设单位组织施工单位、监理单位召开质量分析会，制定整改措施和要求。施工单位整改完毕后，经监理单位签认，报建设单位批复后，问题整改可闭合完毕。现场质量问题未整改完毕，不得进入下一道工序。
二、隧道施工过程中形成工程后的质量问题及整改程序探讨
（一）易发生的质量问题及整改措施
1、因隧道开挖拱顶下沉导致初支侵入二衬
首先通过监控量测资料确定初支侵限范围。编制《换拱施工方案》，经专家评审修订，按程序报监理单位、建设单位审批后实施。换拱总体流程为，开挖前需对侵限段周边土体做注浆加固处理，破除初支及开挖土体均采用人工方式，每一个循环按一榀钢架的间距进行施工，当一循环段初支结束后方可进行下一段的钢架拆除及置换、初支，直至换拱完毕。
2、已施工二衬初支背后脱空
初期施工前未对超挖区域严格处理，或钢架背后及边角处，未喷密实，围岩在此无约束，易变性形成空洞。对于浅埋隧道，如初支背后脱空范围较大，应通过地质雷达扫描检测，准确定位空洞范围，从地面钻孔进行注浆填充，以避免防水层破坏[5]。钻孔过程和注浆压力要严格按设计要求控制，避免破坏隧道已施作结构。同时加强注浆过程中隧道的监控量测，防止一次注浆过快、过大导致隧道衬砌开裂。初支背后脱空处理应编制专项处理方案，按程序报监理单位审批后实施。山岭隧道不宜采用此整改方法，只能从隧道钻孔注浆处理，防水板必然破坏，注浆完毕后必须采取堵漏的辅助措施。
3、二衬与防水板脱空
二衬混凝土脱空原因是二次衬砌混凝土浇筑时拱部未注满，与初期支护间形成脱空；拱腰部分二衬混凝土脱空主要是防水板挂设时未与初支密贴，在浇筑混凝土时防水板局部受力形成二衬与防水板及初支之间的脱空。如二衬脱空范围较大，一般应采用压力注浆进行处理，主要通过隧道拱顶预留注浆孔注浆，注浆采用从下坡方向向上坡方向注浆方式，控制注浆压力在0.5MPa左右。注浆压力要严格按照设计要求控制，避免破坏隧道已施作结构。考虑到新旧混凝土结合紧密施工难以到位，如脱空部位在隧道拱顶，不宜采用局部凿除二衬混凝土重新浇筑的方法。二衬背后脱空处理应编制专项处理方案，按程序报监理单位审批后实施。
4、二衬混凝土空洞、疏松、不密实
二衬混凝土在浇筑过程中因为混凝土质量、振捣等原因，易造成混凝土空洞、疏松、不密实。如混凝土疏松、不密实范围较大，且位于拱顶部位，可采用压力注浆进行处理，按检测报告中显示的范围和深度，确定注浆孔分布位置，并进行钻孔，采取限深措施，保证不损坏防水板，在孔内安装注浆胶管，孔口用快凝微膨胀水泥封闭，待12小时后，连接注浆管路，试压后进入下一道工序，通过控制注浆压力及压浆数量达到密实的效果。如疏松、不密实部位位于拱墙部位，可按检测报告中显示的范围和深度凿去松散部分，尽量使其形成规则形状，用钢丝刷将破损处的灰尘、碎屑清除，用压缩空气吹干净修补面，使其周边混凝土充分湿润，采用同等级或高一等级细石混凝土再次浇筑，若孔洞较深，可采用微膨胀细石混凝土进行填充。二衬混凝土疏松、不密实处理应编制专项处理方案，按程序报监理单位审批后实施。
5、二衬渗漏
二衬渗漏原因较多，如地质情况节理裂隙发育，地下水发育，或初支、防水施工不到位，易出现渗漏水现象。隧道大部分二衬渗漏点位于矮边墙施工缝处，个别隧道边墙壁、拱腰、拱顶施工缝处渗水。隧道渗漏水的治理，应根据漏水的水源、类型、部位以及漏水量，因地制宜，编制处理方案，并选择好堵漏施工材料，对混凝土渗漏处进行注浆堵漏。
6、二衬存在裂纹
隧道二衬裂纹主要分为干缩裂纹、温度裂纹、施工缝接茬裂纹、沉降缝收缩裂纹等。发现隧道二衬存在裂纹，应仔细观察。如衬砌混凝土表面出现的一些没有扩展性细微裂缝，应清洗干净裂缝表面，然后涂刷环氧树脂浆液2~3遍，最后用刮抹料、调色料处理混凝土表面，使其颜色与周边衬砌混凝土颜色一致。如经检测发现裂缝贯穿于衬砌厚度的贯穿性裂缝，沿裂缝方向凿成V形槽，在槽内骑缝每隔0.5m钻一孔，孔深为15cm（不得穿透衬砌层），用清水冲洗干净槽内的杂物及粉尘，在孔内插入直径为10cm的压浆管，利用环氧树脂水泥砂浆锚固，用灰刀将砂浆压实抹光。裂缝表面用刮抹料、调色料处理。
7、隧道结构周边地层扰动
地铁隧道结构周边地层是隧道结构抵抗外部作业扰动的屏障，周边地层发生扰动，导致隧道结构周边应力场发生变化，诱使隧道结构产生相应的应力与变形反应。地铁区间隧道结构的受力和变形发生改变，可能影响地铁区间隧道结构的正常使用，严重时危及地铁区间隧道的结构安全。
（二）质量问题整改程序探讨
通过对以上存在的质量问题的分析，大部分质量问题类型涉及结构安全性、耐久性，且整改难度大、手段措施有限，为规范、合理、科学地整改质量问题，控制整改过程的风险，确保整改效果，必须首先明确质量问题的整改程序。参照当前铁路、公路、房屋和市政等建设主管部门有关隧道质量管理和质量事故整改处理要求，提出以下整改程序和关键环节进行探讨。
1、质量问题范围的核实
质量问题的范围决定了质量问题对于工程质量结构安全、耐久性和使用功能的影响，关系到下一步整改方案的制定。为准确核实质量问题范围，应由建设单位、监理单位和施工单位对质量问题进行共同审核，一般需要聘请第三方检测单位通过检测确认。
2、设计处理方案的编制和论证
隧道实际运营过程的内力是按照某段的最不利的地质条件进行计算，据此计算出最危险断面隧道结构支护参数，即除去最不利地质段外，其余地段隧道结构支护理论上均有超过安全系数的富余量。因此，如经设计单位根据质量问题范围进行验算满足要求，且考虑到整改过程中的不利风险因素，可不进行处理，按程序变更设计即可。可参照《建筑工程施工质量验收统一标准》（GB50300-2001）第5.0.6条第三款进行处理。如验算不满足结构安全、耐久性等要求，则由设计单位编制处理方案，必要时由建设单位组织召开专家论证会，对处理方案进行专家论证，设计单位对专家意见进行考虑后，形成正式处理方案。设计处理方案必须经设计单位确认。
3、整改处理实施方案的编制和审批
施工单位根据设计处理方案编制处理实施方案，按程序报监理单位、建设单位批复后实施。
4、整改处理过程实施
施工单位按照批复的整改处理实施方案进行整改，监理单位对整改过程进行监督，直至整改完毕。
5、隧道结构安全监测与应急预案
加强隧道结构安全信息管理首要工作是进行隧道结构安全监测。进行日常安全监测不仅能及时掌握隧道结构的工作状态，也是急诊、预测、法律和研究等方面的需要。深基坑开挖必然对紧邻隧道结构安全带来威胁，在深基坑开挖期间，必须要实施对地铁隧道结构安全的专项监测方案，实时掌握隧道结构的安全状态。在深基坑开挖过程中，一旦隧道结构监测数据显示异常，要分析原因，及时启动应急预案，采取留土反压、回填、注浆等措施，保障隧道结构安全。
常见的地铁隧道结构周边的基坑支护形式包括双排桩、大圆环、地下连续墙+内支撑、桩+内支撑等。在隧道建设前设置前期桩来避免在隧道结构旁近距离施工钻孔桩，采用逆作法、半逆作法、中心岛法施工等来避免大面积开挖，并适当限制重型机械在隧道结构上方地面行走和堆放，严格限制基坑施工过程中在隧道结构上方进行取土、地面堆载、爆破、桩基础施工、顶进、灌浆、锚杆作业，以尽量减少隧道结构周边地层扰动。基坑施工遵循分区、分块、分层、对称、限时原则对隧道结构安全也能起到重要的保护作用o
6、质量问题和整改资料归档
质量问题和整改处理相关资料均应纳入竣工资料管理，如实记录并移交运营维护单位，质量问题处理流程如图1。
图1 暗挖隧道质量缺陷处理流程图
三、结语
1、隧道施工质量问题应及时整改到位，一旦工程建成后出现质量问题，整改难度大，且效果难以保证。如：超挖处理不到位造成初支背后脱空，隧道防水施工质量控制不到位导致渗水，待实体工程形成后质量问题极难整改处理。
2、受制于当前隧道施工水平和能力，以及隧道施工质量控制的客观难题，工程实体形成后的质量问题依然普遍存在。相关主管部门十分必要规定具体的处理程序，有利于对质量问题进行科学、有效、经济的整改处理。目前，铁路、公路隧道运营管理单位已经积累了大量质量问题和病害的分类标准和处理方案，如《铁路工务技术手册一隧道》、《铁路桥隧建筑物劣化评定标准一隧道》、《公路隧道养护技术规范》等文件中对隧道裂纹、渗漏水等质量问题进行了明确的分级，可借鉴参考。
3、隧道工程质量问题处理应科学制定修补设计方案和实施方案，并按程序报批。对于整改可能涉及到原隧道结构局部凿除返工的，要慎重处理，由设计单位提出处理方案并组织专家论证优化，确定科学合理的整改方案，否则就会出现浪费大量财力、物力和人力的情况，或是出现达不到预期的整改效果甚至是反效果的现象。
4、初支施工完毕后，应根据设计文件要求通过预埋注浆管进行注浆，处理脱空、大面积渗水等问题。二衬施工前，应对初支进行地质雷达扫描，检测初支厚度及脱空、不密实等情况，并及时注浆处理，避免二衬施工完毕后极难处理。
5、二衬施工结束，应进行地质雷达扫描无损检测，发现二衬较大空洞、大面积疏松等质量问题，及时整改处理，确保隧道运营期间安全。
6、隧道工程质量问题虽不符合原设计要求，但经复核验算，仍满足设计要求，建议对该质量问题不作处理，但隧道质量问题和验算论证资料必须予以保留。关于存在质量问题的隧道安全评估方法、程序有待进一步研究，并需要隧道建设主管部门出台明确的规定。
7、有关隧道超标问题的验收准则、整改过程检验审批资料记录要求应在隧道质量验收标准中予以明确，以便参建施工、监理单位如实记录整改过程，确保整改处理质量。隧道质量问题的检测资料、整改处理资料均需纳入竣工资料管理。
参考文献
［1］关宝树，隧道工程施工要点集［M］，北京：人民交通出版社，2003。
［2］鲁放，韩宝明，2011年中国城市轨道交通运营线路统计与分析[J]都市快轨交通，2012，（1）：1-3。
［3］谢兆耕，傅先华紧贴运营地铁隧道的深基坑施工技术叮施工技术，2010，39（9）：1-5。
［4］张学文，富水饱和砂土隧道施工降水技术探讨[J]应用技术，2012，（04）：92-95。
［5］周国华，地质雷达检测技术在隧道质量隐患处理中的应用[J]深圳土木与建筑，2011，（1）：34-36。