淺談隧道施工過程控制

［摘要］文章通過作者在隧道施工的實踐，總結(jié)公路隧道施工的施工方法和施工過程控制。

［關(guān)鍵詞］隧道工程；施工；控制

［作者簡介］黎杰，廣西桂通公路工程監(jiān)理咨詢有限責(zé)任公司助理工程師，工程監(jiān)理，廣西南寧，530021

［中圖分類號］ U455［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ A［文章編號］ 1007-7723（2008）08-0158-0003

一、前言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，交通行業(yè)的進(jìn)步，作為交通工程基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，公路隧道也迅速發(fā)展。隧道愈建愈多，長度越來越長，跨度也越來越大，隧道的建設(shè)條件和結(jié)構(gòu)形式越來越復(fù)雜。本文簡要介紹公路隧道的施工方法，以及對不良地質(zhì)段的應(yīng)對措施。以下就筆者的隧道施工經(jīng)歷談幾點體會。

二、施工過程及控制

（一）施工前準(zhǔn)備工作

1.場地布置

隧道多處于山嶺之中，洞口場地一般比較狹窄，而隧道施工工作面也很狹窄，但是隧道施工機(jī)械設(shè)備、支撐材料和襯砌材料很多，若事前沒有很好規(guī)范，就會容易造成相互干擾，影響施工效率等不合理現(xiàn)象，甚至發(fā)生安全事故。因此，在隧道施工前必須做好詳細(xì)的施工調(diào)查，根據(jù)隧道工程規(guī)模大小、洞口地形特點、棄渣場位置和水源情況及工期要求，結(jié)合勞動力安排、機(jī)械設(shè)備、材料用量、施工方法等因素，繪制施工場地總體布置圖。

2.測量控制

隨著長大隧道的不斷涌現(xiàn)和測量儀器的日益先進(jìn)，GPS已經(jīng)成為設(shè)計、施工單位在隧道中測量控制的主要方式。對于長大隧道和隧道群，設(shè)計一般只是在各洞口布置2個GPS控制點?！肮び破涫?，必先利其器。”施工單位在斜井、橫洞、洞內(nèi)外聯(lián)系控制測量中布點引測，也應(yīng)該積極采用GPS測量，提高精度，減少工作量。如果用邊角關(guān)系四測回引測，在漫漫山區(qū)不僅布點困難，而且觀測距離長、視線不好、俯仰角大，其測量精度很難保證，即使有經(jīng)驗的測量人員對這樣的測量過程也不會有多大的自信，如果不閉合返工更是勞力費神。

（二）洞口施工

1.洞口

洞口開挖要盡量按設(shè)計一次到位，邊仰坡支護(hù)必須達(dá)標(biāo)，洞門盡早施作。洞口和明洞開挖看起來簡單，但是隧道的很多臨時設(shè)施都集中在此，原邊坡受到人為擾動，如果支護(hù)不到位，受雨水沖刷，隱患較大。為了環(huán)水保，坡度較緩和、植被覆蓋好的洞口設(shè)計為斜切式洞門，刷坡量小，其余的大多設(shè)計有端、翼、擋墻，刷方量較大，對原地表的破壞也大。如果植被好，邊仰坡雖陡峭但是很穩(wěn)定，根據(jù)經(jīng)驗，一般不需要施作截水溝，避免過多擾動，水溝質(zhì)量不好時反而增加山體的滲水。進(jìn)洞以后，工隊大多只關(guān)注隧道掘進(jìn)進(jìn)度，對洞口疏于管理，這些年“捂蓋子”的現(xiàn)象并不少見。洞口襯砌完成后就要盡早完成端墻、擋墻的施工，保證洞口的穩(wěn)定，保障進(jìn)出隧道的人員、車輛設(shè)備的安全。

2.進(jìn)洞施工

一般洞口約10～30米范圍內(nèi)設(shè)計會按圍巖級別提高一級支護(hù)，進(jìn)洞施工一般都很謹(jǐn)慎，但也要十分注意。因為隧道洞口位置埋深淺、偏壓多，發(fā)生問題的幾率高。設(shè)計有小導(dǎo)管或短管棚時，為保證安全，可打雙層或多層注漿加固，并互相聯(lián)結(jié)成整體。開挖方法選擇要合理，保守一點好，開挖循環(huán)進(jìn)尺控制在每一個拱架間距之內(nèi)，一般為0.5～0.8m，拱架、連接拉桿、系統(tǒng)錨桿、網(wǎng)片都要施作到位，以保安全。

（三）正洞施工

1.鉆爆法開挖

目前大部分隧道主要還是鉆爆法施工，而主要爆破方法是光面爆破和預(yù)裂爆破。光面爆破主要作用在于減少對圍巖的擾動，輪廓圓順，減少超欠挖，從而減少初期支護(hù)的回填，提高初期支護(hù)質(zhì)量，節(jié)約混凝土回填。這項技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，其理念已經(jīng)深入人心。現(xiàn)實中雖然人人提光面爆破，卻很難得到科學(xué)的執(zhí)行。主要存在兩個問題：一是操作過程不規(guī)范，旁站監(jiān)控不力。雖然布眼、藥卷、起爆順序都是按照光爆的原理進(jìn)行，但是炮眼間距、裝藥結(jié)構(gòu)和堵塞質(zhì)量等達(dá)不到爆破設(shè)計的要求。為少打炮眼，間距拉大，爆破后兩炮眼之間出現(xiàn)欠挖，掌子面不平整，不利于石碴裝運；裝藥圖省事，都為集中裝藥，爆破后輪廓不圓順，局部欠挖，對圍巖擾動大；用炸藥包裝紙簡易堵塞，不密實，削弱爆破效果。二是根據(jù)圍巖狀況、信息反饋不斷修正爆破參數(shù)不到位。隧道內(nèi)的圍巖千差萬別，某級圍巖的鉆爆設(shè)計并不能使用于每一座隧道同級別的圍巖，而是要根據(jù)爆破效果、工程經(jīng)驗和參考資料等修正參數(shù)，再試爆，觀察，循環(huán)直至爆破效果達(dá)到比較理想的狀態(tài)?，F(xiàn)在一個隧道工點一般都只有1名技術(shù)人員，要做好也是力不從心。這幾種現(xiàn)象都不是一朝一夕能改過來的，要做好，就得長期堅持。從這二點看，第一點影響第二點，第二點又反過來“誤導(dǎo)”第一點，所以最根本的就是要先保證爆破執(zhí)行不變樣，能得到有力的監(jiān)控。

2.錨桿

隧道錨桿施工被認(rèn)為是一種簡單的施工，所起的作用和以前一樣，都是噴錨支護(hù)中的一部分，但是現(xiàn)在理念有所變化，若現(xiàn)在很重要的錨桿必須加設(shè)墊板，形成扇形支護(hù)，超前錨桿也要求在拱架中部打孔，或從格柵中穿過，在設(shè)計意圖中使錨桿的作用變得更為重要。

系統(tǒng)錨桿在有拱架地段都是和拱架集中設(shè)置，在桿體45度以上用砂漿困難，一般使用錨固劑，其余部分可用砂漿。拱腳的錨桿起鎖腳作用，為防止下導(dǎo)開挖時拱架下沉，鎖腳錨桿施作質(zhì)量必須保證。

錨桿使用并不一定要嚴(yán)格遵守設(shè)計每延米多少根的規(guī)定，除鎖腳外，破碎、節(jié)理發(fā)育、滲水等不穩(wěn)定的地方可以多打，圍巖較完整的地方可以少打，保證總數(shù)量即可。錨桿施工中容易出現(xiàn)長度不夠、錨固不好的現(xiàn)象，要加強(qiáng)監(jiān)控力度。

3.超前小導(dǎo)管及注漿

有超前支護(hù)的地段多為洞口、淺埋、偏壓、穿過低洼、溝谷、地表有交通、建筑的地方，其支護(hù)效果尤為重要。超前小導(dǎo)管施工要注意以下幾點：

（1）注漿的目的是對空心的管子和周邊圍巖注漿。設(shè)計間距一般按照漿液擴(kuò)散半徑控制，30cm 左右，這樣的加固目的很明確，就是先要提高管子的剛度，再考慮壓漿范圍，這時漿液應(yīng)該濃一點。

（2）向周邊壓漿，包含超前壓漿和徑向壓漿。前者是先固結(jié)前方破碎體，再開挖；后者是徑向縱深加固已經(jīng)開挖的地段，以形成拱形的灌漿固結(jié)層，承受上部圍巖壓力。這兩種都是以壓漿為目的，這時漿液當(dāng)然應(yīng)該稀些。

（3）在黃土或穿過河灘時，規(guī)范有明確的規(guī)定，盡管流失量大，但是除設(shè)計有說明外，在一定的范圍內(nèi)能壓盡量壓，必須保證管體的實心。

4.拱架

拱架是Ⅳ、Ⅴ級圍巖支護(hù)的核心，和噴錨支護(hù)一起，支撐軟巖成拱。制作規(guī)范，螺栓連接牢固，立拱必須垂直，間距符合規(guī)范，拱架的支點要在實處，鎖腳一定要牢固，連接拉桿必須與拱架焊接牢固，分層開挖時拱腳不能超挖過大，其上1m范圍內(nèi)不能回填土石，地腳不得用噴砼封死等。這些都是保證拱架支撐穩(wěn)固，拱架能連成一體整體受力，防止變形受力不均引起塌方所必須做到的。拱架是抑制軟弱圍巖過度變形的主體，拱架的支點和剛度必須達(dá)標(biāo)。

5.噴射混凝土

噴射混凝土是封閉圍巖、抑制變形的快速有效的方法，目前設(shè)計一般為10～22cm，噴射表面鋪設(shè)防水板。施工時應(yīng)注意以下幾點：

（1）一次噴射不可能達(dá)到設(shè)計厚度，為不影響進(jìn)度，先初噴后，組織兩部臺車，復(fù)噴和開挖同時進(jìn)行。

（2）噴射一定要密實，為了鋪設(shè)防水板，表面要平順。施工中切忌對超挖部分采用土石回填或架空后噴表面的嚴(yán)重錯誤做法。一葉障目，反而增加支護(hù)壓力，蒙蔽了圍巖變形，安全隱患更大。正確的做法是，邊墻采用襯砌同級混凝土回填，或征得監(jiān)理工程師同意用高標(biāo)號漿砌回填，然后把拱架噴射密實、平順；拱部超挖小時，或噴射密實，或噴射盡量圓順能掛防水板，超挖部分襯砌時回填，超挖大時或遇到小的溜塌，應(yīng)按照塌方處理原則，參考外層防護(hù)、內(nèi)防護(hù)層加緩沖層的做法，處理好了再前進(jìn)。

（3） 噴射工藝應(yīng)積極采用新技術(shù)，但目前大多還是采用干噴法。濕噴較干噴能減少回彈和降低粉塵，雖然濕噴容易堵管，但只要使用得當(dāng)，速凝劑隨用隨加，這種現(xiàn)象不會經(jīng)常出現(xiàn)。隧道施工工藝發(fā)展到現(xiàn)在，各種改進(jìn)都是以人為中心的，粉塵是引發(fā)隧道施工人員職業(yè)病的最大敵人，所以更應(yīng)該大力推行濕噴技術(shù)，體現(xiàn)人文關(guān)懷。

6.監(jiān)控量測

現(xiàn)場監(jiān)控量測是隧道工程現(xiàn)代化施工管理及應(yīng)用新奧法設(shè)計與施工及噴錨施工的重要組成部分。它不僅能指導(dǎo)施工、預(yù)報險情、確保安全，而且還可以通過隧道施工現(xiàn)場監(jiān)測獲得圍巖動態(tài)，為支護(hù)和襯砌提供信息依據(jù)。監(jiān)控量測中的各個項目并不復(fù)雜，易于操作，貴在堅持，能認(rèn)真地去做，真實地反映圍巖的變化，對施工決策起到正確的參考作用。

7.施工防水與排水

隧道施工防排水應(yīng)與永久防排水設(shè)施相結(jié)合，以防、截、排、堵相結(jié)合，因地制宜綜合治理的原則，既選擇經(jīng)濟(jì)、合理、切實可行的治水措施，確保圍巖穩(wěn)定，又保證隧道施工的安全。

8.塌方預(yù)防及處理

塌方是隧道施工的攔路虎，對于長大隧道這樣的控制工程更是雪上加霜，隧道沒有進(jìn)度，一切都無從談起，而塌方處理還急不得，須小心處理才行，這也是考驗隊伍施工水平的時候。為了減少塌方，更好地處理塌方，筆者談幾點體會。

（1）塌方一般發(fā)生的位置

Ⅳ、Ⅴ級圍巖較多，巖體破碎，容易失穩(wěn)；距開挖工作面一個洞寬的位置，爆破影響大，支護(hù)可能不到位；長期未襯砌，支護(hù)背后有空洞的位置，圍巖變形沒有約束力，慢慢剝落引起；地質(zhì)情況不良地段，如洞口、淺埋、偏壓、穿過低洼、溝谷、滲水、地表有交通道路等地段。這些地方要按照“斷進(jìn)尺，弱爆破，強(qiáng)支護(hù)，緊襯砌，勤量測”的原則施工。

（2）塌方的預(yù)防措施

1）控制襯砌距離，一般襯砌距離掌子面100～150m，圍巖較差時60～80m。

2）提高初期支護(hù)質(zhì)量，特別是支護(hù)背后的空洞部分，寧愿先不求平順，也要保證空穴內(nèi)的支護(hù)質(zhì)量，如采取注漿、護(hù)拱等措施。

3）做好監(jiān)控量測工作，真實、及時反映圍巖變形變化。

4）洞口、淺埋、偏壓等地段設(shè)計都有考慮，施工時要小心謹(jǐn)慎。

5）施工方法得當(dāng)，根據(jù)監(jiān)控量測、地質(zhì)超前預(yù)報等儀器收集的數(shù)據(jù)，及時正確調(diào)整。

（3）塌方的處理

塌方處理經(jīng)過會勘后都會有詳細(xì)的方案，下面就幾個關(guān)鍵的工序作一點說明：

1）噴射混凝土。大多塌方都是從小到大，逐漸發(fā)展的，在有坍塌跡象時，最快速有效的方法就是噴射混凝土封閉圍巖，噴射要突出一個“快”字，抓住一個“實”字。然后在未塌段緊急設(shè)置臨時鋼架或永久加強(qiáng)支護(hù)，阻止繼續(xù)擴(kuò)大。

2）注漿。若遇斷層、破碎帶、泥石流等阻止不了時，就只能在塌方穩(wěn)定后才能處理。此過程中切忌擾動塌體，只能固結(jié)后再開挖。塌方處理離不開注漿，這項作業(yè)是長久安全的核心，但思路一定要清楚。如果在塌體頂部或超前注漿，這不同于在原巖層中注漿，塌體十分松散，漿液流失嚴(yán)重，往往開挖后拱部不見漿，大部分都在邊墻和隧底固結(jié)，反而增加了仰拱開挖的難度。比較得當(dāng)?shù)姆椒ㄊ羌哟蟪爸ёo(hù)的仰角，改系統(tǒng)錨桿為注漿小導(dǎo)管，使拱部向上注漿，間隔壓漿，使拱部的塌體形成環(huán)形灌漿固結(jié)層，既節(jié)約成本，又達(dá)到加固效果。

3）超前支護(hù)。在塌體中掘進(jìn)，小導(dǎo)管、長短管棚是施工安全的有力保證，主要功能是對塌體的一種掩護(hù)，便于在其下開挖施工，但一定要注意注滿砂漿，提高管子的剛度。短管棚一般是開挖長度的3倍，開挖進(jìn)尺若超過這一原則，將可能再次引起塌方。小導(dǎo)管、短管棚每一環(huán)的長度開挖完后，其作用主要靠拱架、噴砼共同受力，以承受上方塌體的重量，所以每開挖一段，應(yīng)該檢查一段。

4）拱架。塌體中掘進(jìn)支護(hù)離不開拱架，一般都為工字鋼，間距多為50～80cm，拱架施工要達(dá)標(biāo)，在小型塌方中與護(hù)拱、緩沖層一起承受上部空穴可能落石帶來的沖擊力，在大塌方中與各種加強(qiáng)措施一起承受塌體的重量。所以，其支點必須牢固，必要時采用混凝土基礎(chǔ)。

9.襯砌施工

（1）襯砌及時

規(guī)范的襯砌施工應(yīng)該是仰拱先行，襯砌緊跟，實際施工中隧道掘進(jìn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于襯砌速度，而且進(jìn)場時襯砌臺車就滯后，前后距離越拉越大，增加初期支護(hù)段的安全隱患。所以施工前就應(yīng)該及時備好二襯臺車、攪拌站等設(shè)備，通過監(jiān)控量測，洞口或圍巖變形多的地段先襯砌，跳槽模筑或兩部臺車同時施工，防止已初期支護(hù)但未襯砌段變形過大坍塌。

（2）襯砌質(zhì)量

襯砌質(zhì)量要達(dá)到內(nèi)實外美，主要在厚度、密實度、防水效果和外觀感中體現(xiàn)。厚度由中線、高程和設(shè)計輪廓、預(yù)留變形量控制。施工中測量放樣自然要作為重點，但在開挖隱蔽工程檢查中除初支質(zhì)量外，還必須重視開挖凈空，另外制作拱架的模型也必須試拼。這些工作都馬虎不得，否則欠挖處理起來非常麻煩。現(xiàn)在襯砌大多采用輸送泵澆注，設(shè)計防水措施也相當(dāng)完善，密實度和防水一般可以保證，不過應(yīng)精心組織，不然在有防水板的情況下背后壓漿補(bǔ)救難以達(dá)到滿意的效果，防水再有問題也大多是施工造成的，所引起的后果只能自我承擔(dān)了。

（3）襯砌凈空

無論什么情況下，襯砌凈空必須保證，嚴(yán)禁侵入限界，并考慮施工和測量誤差整體應(yīng)外擴(kuò)5cm。襯砌凈空是竣工驗收時一個必測項目，施工時要特別注意。

三、結(jié)語

隧道施工方法，其核心部分就是鉆爆法開挖、初期支護(hù)和襯砌混凝土施工三大部分。而這些技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)相當(dāng)成熟，在網(wǎng)絡(luò)、圖書館、書店和企業(yè)內(nèi)部等等都可以查到大量完善的資料.我們要做的不是躺在前人栽下的樹下乘涼，比著葫蘆畫瓢，而是要變他人的為己用，思考為什么要這樣做，怎樣才能做好，結(jié)合實際，從細(xì)節(jié)入手，分析總結(jié)，抓住關(guān)鍵，靈活運用，在實踐中完善，方能保證質(zhì)量，又節(jié)約成本。

［參考文獻(xiàn)］

［1］朱漢華，尚岳全，等.公路隧道設(shè)計與施工新法［M］.北京:人民交通出版社，2002.

［2］黃成光.公路隧道施工［M］.北京:人民交通出版社，2001.