山區鐵路建設隧道工程質量管理
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1引言
當前我國鐵路建設規模大，隧道占比越來越大，特別是西南山區，如2014年成都鐵路局工程質量安全監督站責任轄區的在建大中型鐵路建設項目達44個，建設線路近5000km，年投資近950億，其中隧道2011km/1057座。鐵路建設速度快，規模大，標準高，要求嚴，鐵路建設各方做出了大量努力，但仍沒能避免隧道的缺陷。隧道缺陷對行車安全、按時投產以及社會均可能造成重要影響，一是隧道缺陷引起的安全事故較多，如已投運數年的達成雙線茍家溝隧道，在建成后近10年，拱部長約10m襯砌的掉落，堆積達數方于道心，險些造成更加嚴重的行車事故；二是隧道缺陷導致不能及時投產，在交驗、首檢中對質量缺陷的處理，推遲了總體開通計劃。如2014年，成綿樂客專、貴廣鐵路因缺陷處理不能按期投運；2015年成渝客專、渝黔、滬昆客專貴州東段因缺陷處理影響了開通時間。隧道地質復雜，巖溶、瓦斯、高地應力、斷層、突水突泥、泥石流等高風險工點多，因此隧道是鐵路工程建設中的重要關鍵環節，由于西南山區鐵路隧線比高，因此西南山區鐵路建設中隧道質量管理工作顯得尤為重要。
2鐵路隧道質量問題分類及形成原因分析
2.1鐵路隧道質量問題的分類
建設方在開展日常檢查工作中，發現隧道質量問題幾乎存在于隧道施工的各環節及各部位。具體來分，在隧道初期支護方面，存在初支脫空；噴層表面不平順與開裂、噴砼孔隙多；噴砼厚度不足、噴砼強度不夠；錨桿錨固無效或低效、錨桿長度嚴重不足、錨桿數量不足、錨桿方向與位置不對；鋼（剛）架間距過大、連接不牢固；鋼筋網外露、鋼筋網層數不夠、鋼筋網格間距過大等問題。在隧道襯砌方面，存在襯砌脫空、襯砌厚度不足、襯砌混凝土強度不足、襯砌裂縫、襯砌露筋、襯砌滲漏水、襯砌施工縫缺陷等問題。在隧道底部結構方面，存在仰拱曲率與地質環境不匹配、底部結構層數與拱、墻部不一致、仰拱形狀與設計不符、仰拱厚度不足、仰拱強度不足、隧底下伏破碎或軟弱層、仰拱鋼筋或鋼拱架缺失、地下水處置不當等問題。以上質量問題，對實體工程的影響程度不一。從對結構的影響來看，一些僅僅為表面或外觀的處理不當形成觀感不良，于結構無重要影響（稱為瑕疵）；一些因其不滿足工藝要求或改變了受力結構分析等，又暫未發現其對安全形成威脅或對使用功能有影響（稱為缺陷）；一些直接影響其使用功能或威脅安全且顯而易見需要盡快整治的缺陷（稱為病害），如漏水、滲水，空洞、表面缺陷等。隧道工程質量管理就是要減少瑕疵、避免缺陷、消除病害。
2.2鐵路隧道質量問題形成的原因分析
鐵路隧道質量問題形成的原因可從現場過程控制和建設項目管理兩方面進行分析。
2.2.1現場過程控制方面隧道質量問題涵蓋多方面，形成的直接原因，從其結果來看可認為是施工單位甚至是作業層面導致。鐵路隧道復合襯砌脫空和支護厚度不足占隧道缺陷、病害的比例極高，嚴重的脫空可能導致隧道結構在施工階段或運營階段發生壓潰、侵限、放射狀開裂和坍塌，而且初支脫空的危害性比襯砌脫空更大，本文主要以復合襯砌脫空的成因分析為例，探究隧道質量問題的致因。
2.2.1.1材料不滿足要求或以替換方式縮減工程量。如由于漿材選型不當而使之結實率低下，在回填灌注的漿液固化后形成范圍比此前小的脫空；如為減少超挖或坍塌處噴混凝土的數量，不采用邊噴邊填或架空式回填，而是采用干碼或堆填片石，從而形成初支結構性脫空。
2.2.1.2工藝控制能力弱，工藝參數不調整或缺乏動態調整。如洞身開挖時控爆參數未及時調整，洞身成型不好，超挖大且不均勻，致使噴混凝土因厚度大而收縮明顯；如遭遇極破碎或土砂質等黏結力差的圍巖（即使輔助了超強支護或地層改良)時，仍僵硬地使用20cm×20cm或25cm×25cm的鋼筋網，使噴射混凝土在初凝的過程中少或無骨架可依托，從而發生脫落引起大量回彈或空鼓，造成脫空。
2.2.1.3工序質量不達標，工序銜接不好。如在分部開挖初支時對大拱腳清理不徹底，從而在初支與圍巖間形成“夾心”松散物，當下部接長鋼架時“夾心”脫落，造成被脫空；如拱部嚴重超挖，由于擔心襯砌臺車“不堪重負”，故澆筑時不敢灌筑密實，從而形成弦切板型脫空。
2.2.1.4使用的設備不滿足現場需要。如因襯砌臺車設計或制作的剛度、強度不足，并在澆筑混凝土時不振搗且混凝土流動性又不足，所以形成月牙型脫空；如輸送泵選型不當或故障而動力不足，使拱部的混凝土注入量不足，從而形成不定型脫空。
2.2.1.5實施無實際意義工藝監管措施。如監管要求鋼筋網搭接成為縱向進尺余量大的導致原因，據實踐經驗，作者認為鋼筋網無必要搭接。噴射回填較大超挖，或當巖土脫落，或中小規模坍塌時，過度密集的鋼筋網“卷籠”，阻止了噴混凝土的到位。2.2.1.6作業環境差。如施工通風效果極差的情況下，造成作業面視線差，空氣惡濁，使作業人員看不清受噴面，為圖快而無意或有意噴成脫空。
2.2.2建設項目管理方面隧道工程建設的多界面性，要求參建各方都能正常運作并良好配合，才能使行為和結果導向為制造出滿足質量要求的產品，避免隧道質量問題的發生。據鐵路建設項目當前管理模式，隧道質量問題的致因，從建設項目管理角度包括以下幾個方面：
2.2.2.1建設管理層面建設管理機構是老大觀念依然存在，契約意識差，建設管理方儼然以雇主的身份與施工及監理方進行工作對接，受法律保護的雙方平等的合同關系在大家心目中均無更深刻意義，時而會淡忘甚至遺忘合同的存在。建設管理機構專業化能力不足，必然導致對施工過程的指導能力弱化，對于過程中的質量控制不足。
2.2.2.2設計管理層面受大規模鐵路建設影響，鐵路設計任務多，具體工作下達的設計周期短，設計單位尚未形成與之相適應的資源配置，設計供圖跟不上，提供出來的設計與現場實際不符情況多，設計圖對質量控制的指導性未得以充分的體現。受現場勘查采集數據量不足的影響，同時被變更指標考核不愿或不敢及時調整，又怕承擔安全責任或其他不確定的設計責任，被迫采取保守設計的理念；一些陳舊的工藝方法未能隨時代的發展及時摒棄，或對一些新工藝帶來的其他質量控制方面的問題無視。
2.2.2.3施工管理層面一些施工企業的經營理念中，沒有將質量控制水平和質量結果應用為自身企業的立足之本和企業的主打形象。鐵路建設市場沒能形成以質量優勢勝出的格局。施工單位因在建工程項目多、工期緊，材料、設備集中需求量大，供求矛盾突出，材料成本上漲，致使施工單位項目工程利潤下降，相應的必要投入降低，易產生盲目壓縮成本、犧牲質量的情況。架子隊管理模式作為施工單位內部資源配置特別是人力資源不足境況下的一種有效解決方式，迄今已在全路推行了多年，但當前仍有一些施工單位架子隊管理模式實施得還不純正、不徹底，造成企業的既定目標未能有效達成，包括企業的質量目標。
2.2.2.4監理管理層面由于市場的誠信體系正處于構建完善期，建設管理機構和施工企業(承包商）還未形成以雙方合同為主要指導下的運轉狀態，作為第三方單位的監理單位，理想狀態本應是在工程實施過程中對關鍵環節的控制和確認其工作過程和結果滿足規范要求，因乙方自行規范運轉的能力不足，質量和安全工作隨時需督促方能推進；同時監理大量的精力放于從事來自于上級和甲方要求的檢查活動中，沖淡了監理正常工作的開展。在大規模建設中，監理單位承攬項目多，尚未形成與之相適應的資源配置形式，監理管理層對現場的管理弱化，管理工作處于低位的維持狀。同時，受整個社會價值觀的影響，部分監理人員的觀念有時無法抵御利益的誘惑，面對施利者的不合適甚至不合規合法的行為視而不見，成為對哪一方都不負責“聾子的耳朵”。
3對策思考
3.1現場過程控制方面
3.1.1嚴把材料關把好材料進場關，確保添加劑品質合格。在漿材的選用方面，除了滿足規范的普適要求外，還應特別注重回填漿材的結實率和流動性2項指標，設計方為保證漿液的流動性，多推薦0.8:1~1:1的水灰比。對于無配筋襯砌、正常配筋襯砌、勁性和加強型多筋襯砌，分別按14、16和20cm控制坍落度比較合適。
3.1.2提高工藝控制能力，工藝參數動態調整提高作業技術素養，優化設計參數。如從機械開挖的方式、順序，有針對性地進行爆破設計優化，從強化鉆爆專業人員的技能及其執行力素養等方面著手，造就良好的洞身成型，有效控制超挖于標準之內，使軟弱破碎圍巖地段縱向余量最小化，并在合格的巖面實施噴混凝土作業；再如對噴混凝土作業人員進行技能培訓并相對固定工位，堅持拱部分層分片噴射，水量按圍巖和部位不同及時調整。提高輔助工法效果。如從超前支護和(或)地層改良施工的有效性、準確性著手，避免巖土脫落、坍塌，對超前支護過程中的巖土脫落數量進行有效控制。
3.1.3強化工序質量努力使作業工序精細化。如對分部開挖支護時設置的大拱腳部位進行徹底清理，以避免因該部位初支與圍巖之間形成“夾心”松散物而導致脫空，且在需要下部接長鋼架之前，施以灌漿固結。及時運用技術措施消除。如在因脫落，超挖嚴重等原因致使噴射混凝土總厚度超過25cm時，均應在初支拱部預設豎向灌漿管或縱向袖閥式灌漿管，進行回填灌漿；應將回填灌漿作為軟弱破碎圍巖地段初支循環的一道工序，回填灌漿可在1/3~1/4倍隧道開挖洞徑的縱向距離內完成；再如帶壓封頂灌注，當臺車剛度和強度足夠且定位牢固，拱頂混凝土厚度不小于設計的70%時，對混凝土實施第2次附著搗固，然后用坍落度較大的混凝土進行實施帶壓灌注，直至輸送泵工作壓力突然增大約2~2.5倍時止，即形成密實狀態。
3.1.4卡控關鍵工藝在工藝操作方面，嚴格質量卡控。如嚴格控制臺車開窗位置和搗固工藝；如拱頂混凝土灌注，掌握水量控制按寧少勿多的原則，添加劑按理論摻量的5O控制(末端封閉時除外)，這樣做的優點是既不損壞防水層也不會因滲漿固結而破壞盲管等防排水系統；又如預設縱向管回填，設置2根備用灌漿管，其長度應為端口與襯砌循環長度的一半之和，并控制注漿工藝。
3.1.5探索優化并逐漸固化更為合理工藝規范現場施作難于實現質量控制的規范，要不斷探索和優化。如掛設防水層防水層掛設的松弛度應適應初支面的平順度，按照線性密貼5~10%的余量比較合適；另外，釘基以“井”字型布置有利于操作和余量的掌控。又如在進行支護設計時，慎用型鋼鋼架，優先選擇格柵鋼架，鋼筋網的網格最佳選擇是10cm×10cm~15cm×15cm，且鋼筋直徑為6mm足矣，凡拱部噴射混凝土總厚度超過15~18cm時均宜按雙層鋼筋網設置；格柵鋼架和鋼筋網均可工廠化生產。對于預留灌漿孔，因為通過預留灌漿孔回填灌漿時串孔嚴重且是否灌注密實不易判斷，灌漿后長時間擱置不但不利于結構安全，而且擱置至全隧襯砌完畢時往往鋪架作業已逼近灌漿段落，導致不回填或不合格回填的可能性大幅度上升，灌漿后預留灌漿孔上的封堵物可能脫落而砸傷列車，所以作者建議不采用此方式。
3.1.6改良作業環境重視施工通風，改善通風效果，創造合格的作業環境。改善作業視線、空氣質量，使作業人員能夠在良好環境中有條件并安心作業。
3.2建設項目管理方面
3.2.1優化和完善建設管理架構和機構針對建設管理人員不足的現狀，建設單位在建設項目管理機構設置方面可采取建立區域建設指揮部的方式，即“一套人馬多塊牌子”。一個區域建設指揮部同時負責多個項目的建設管理工作，建設指揮部內部采用項目和專業結合的管理模式合理調配人力資源。同時，設立客站建設指揮部，能較好的解決客站建設專業化管理問題。面對西南山區鐵路隧道工程建設日益增多的現狀，筆者認為不妨進行深度的探索，如考慮成立專業化管理機構團隊如隧道建設指揮部，來對西南山區隧道實施專業化的建設管理，給優質工程提供專業支撐。
3.2.2強化設計優化與考核推行有效的競爭機制，構建盡可能多的設計單位參與的格局。同時，在進行設計單位招標時，降低人為設置的附加門檻，增加潛在投標人，引入多方參與競標。應給勘測工作、設計方案審查足夠的時間，并構建建設單位主導反復優化設計的工作模式，通過優化逐步篩出最佳方案擇優選取。改變對設計僅簡單設定考核指標的評價模式，探索構建更為客觀的考核體系。筆者認為，可在科學設定設計完成時間后，由建設單位主導，引入第三方對設計工作進行過程檢驗和評價；在施工過程中隨時根據勘測和設計與實際情況的相符程度、設計方案的經濟合理性、設計對施作優質工程的貢獻、可優化程度等指標來評價設計的優劣，引導設計為施工提供質量優良、可實施性高的施工圖。
3.2.3充分發揮施工單位能動性鐵路建設領域要達成尊重質量、視質量為生命的共識。在鐵路建設項目招標活動中，招標人要采取各種措施，科學地評價各參與競爭的企業質量控制能力，以實體質量作為評價的重要依據。對于成本控制，施工單位一方面要在改良工藝、提高生產組織水平、提高工效方面減少成本支出；另一方面要實施精細化的管理，改良企業員工的精神狀態，將所有人員的主觀能動性充分發揮出來。形成富有責任心、齊心協力、同舟共濟的團隊，依靠良好的精神面貌，向效率、向管理要效益。充分認識“架子隊”管理模式的重要意義，其在充分利用外部的力量的同時，讓工程項目管理的人力、設備、物資、工藝、技術等關鍵管理要素在企業管理中統籌有序。因此，強推“架子隊”管理模式，在有效地治理轉包及違法分包過程同時，更能解決質量管理的攔路虎。
3.2.4充分利用好監理人力資源業主對項目的管理行為，應該通過監理具體實施。要嚴格履行監理合同，業主單位應要求監理單位嚴格按照監理合同的規定配置監理項目的人力、物力、財力資源，在項目實施過程中強化合同兌現檢查，確保監理合同的各項要求在項目全過程得到貫徹落實。在要求監理履職的同時，還要切實維護監理權威，為監理提供正常良好的工作環境，堅定支持監理在履職過程中正當行為和要求。建設單位在充分發揮其作用的同時，要輔以考核措施，進一步完善責任追究制度，對監理單位、監理項目在合同履行過程中的違約行為，必須嚴格按照合同條款進行追責；對監理人員在日常監理工作中出現的問題，特別是“吃、拿、卡、要”問題，要督促監理單位及時處理和糾正，堅決清理出監理隊伍。引入并嚴格實施責任終身制，對產生不良影響和后果的工程項目，堅決追究責任監理和監理單位的責任。
4結論及建議
4.1隧道支護脫空的危害始終存在于施工和運營過程中，而且初支脫空的危害大于襯砌脫空的危害，施工質量缺陷是造成支護脫空的主要原因。
4.2脫空可以預防和整治，預防勝于整治，應對有關行業規定和要求以及相關設計作必要的完善和修正，提高監督管理機構的專業能力并加強相關管理。
4.3建議在鋪設防水層前對Ⅲ加強、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ級圍巖地段即帶鋼（剛）架的初支進行100%的脫空檢查。
4.4在對襯砌脫空進行回填灌漿時，不必等到噴混凝土達到設計強度，可在其初凝后立即實施。
4.5應重視漿材流動性，結實率的適應性以及灌漿設備的適應性。
作者：鄭益新