隧道圍巖開挖施工的質(zhì)量控制

陳金順

（福建省第一公路工程公司，福建 泉州362000）

隨著國家基礎(chǔ)建設(shè)的不斷發(fā)展，國道、省道的道路不斷重建，道路等級也得到了提高，公路中隧道的比例也在不斷增加，長隧道、復雜地質(zhì)條件下的隧道施工越來越多，對質(zhì)量要求也越來越高，在施工工期緊的情況下，施工難度也在增大。從不同等級圍巖、不同位置隧道開挖、支護、輔助措施入手，探討如何保證隧道的開挖質(zhì)量。

1 隧道開挖質(zhì)量控制

1.1 隧道開挖工序流程

隧道開挖施工工序流程如圖1所示。

圖1 隧道開挖施工工序流程

1.2 測量放樣

隧道開挖中，測量至關(guān)重要，若因測量不準導致隧道超欠挖，則需補挖，對圍巖造成二次擾動，影響圍巖的穩(wěn)定，且誤時誤工，產(chǎn)生經(jīng)濟損失。超挖會多出渣、多襯砌砼，有時會因超挖使巖體產(chǎn)生應力集中，危及隧道安全。因此，在隧道施工中，應成立專門的測量小組，定期對控制點進行復核。用斷面儀對已開挖洞室輪廓進行測量。測量放樣應依據(jù)設(shè)計院提供的基準點，會同監(jiān)理測量工程師進行復核，測量結(jié)果應符合設(shè)計及規(guī)范要求后才可使用，測量控制的重點為洞口邊的仰坡、洞內(nèi)軸線、隧道輪廓線，測量儀器應經(jīng)過標定且在標定有效期內(nèi)使用。

1.3 洞口輔助施工措施

工程施工中不只要求工程實體的安全、經(jīng)濟、適用，而且應追求與自然環(huán)境的協(xié)調(diào)一致、美觀大方，因此，目前隧道設(shè)計中采用“零開挖”的進洞方式施工，隧道進口處一般埋藏深度較小，受外部建（構(gòu)）筑物的影響較大。因此，在進洞前，應采取一些輔助施工措施，常用的施工輔助措施有:管棚法，適用于V級和VI級圍巖，無自穩(wěn)能力或淺埋隧道并且地面有荷載；超前導管法，適用于V級圍巖，自穩(wěn)能力低；超前鉆孔注漿法，適用于V級和VI級軟弱圍巖地段、斷層破碎地段、水下隧道或富水圍巖地段、塌方或涌水事故處理地段以及其他不良地質(zhì)地段和特殊巖土地段；超前錨桿法，適用于IV～V級圍巖，開挖幾小時后有可能掉落泥塊的地段；拱腳導管錨固法，適用于自穩(wěn)性差的V級圍巖；地表錨桿、小導管法，適用于淺埋地段的V級圍巖；水平旋噴樁法，適用于土層含水量大，以黏性土、粉質(zhì)粘土、砂性土為主的V級和VI級圍巖，淺埋或隧道上方路面有交通道路的地段。其它還有凍潔法、掌子面正面噴射砼法、臨時仰拱法、墻式遮擋法等，這幾種方式較少采用，對于涌水地段或高含水的地層，一般可采用注漿堵水法、超前鉆孔排水法、坑道排水法、井點降水法等處理措施。以上這些輔助措施，應根據(jù)隧道所處的位置、地形、地貌、水文地質(zhì)條件、周邊構(gòu)筑物的影響程度等實際情況判斷，采取一種或幾種措施進行處置。

1.4 工作面修整

隧道開挖是一個空間體，若掌子面與隧道軸線不相垂直，首先會導致測量放樣工作量的增加，容易出錯，再進行鉆眼施工時，炮眼的方向和深度也會難于控制。因此，正式開挖前，在套拱、管棚施工后，必須先修整工作面，使掌子面與隧道軸線盡量垂直，誤差以左右側(cè)的邊線與隧道軸線法線間的距離差不大于20cm為宜。

2 圍巖的開挖和初支

2.1 開挖、初支的原則

在巖體中開挖洞體，由于開挖形成空腔，必然導致圍巖中原來平衡應力的破壞，使巖體移動，甚至產(chǎn)生坍塌破壞，因此必須盡快對圍巖進行支護，人為施加外力，使圍巖重新達到新的應力平衡，所有施工措施的使用，都應為該目標而服務(wù)，在隧道施工中，必須緊緊圍繞這個目標而采取相應的施工方案。

根據(jù)多年的施工經(jīng)驗，不同巖性條件下的開挖參數(shù)可參考表1、圖2，具體根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行調(diào)整。

表1光面爆破參數(shù)

圖2 光面爆破示意圖

2.2 V級圍巖施工

一般來說，V級圍巖的巖體物理力學性質(zhì)差，自穩(wěn)能力差，強度低，且?guī)r體的組成成份差異極大，對不同情況應采取不同的開挖方法。

對于洞口段，且?guī)r體都為較均勻的土質(zhì)、強風化巖或軟石類且無水的巖土，利用挖掘機或風鎬等工具開挖的地層，一般可采用側(cè)壁導坑法、上下臺階法、多臺階法、預留核心土開挖法等能取得較好的效果。1996年在浦城樟元山的隧道施工中，洞口段為中密砂性土，上方十幾米就是國道104線，采用洞頂施作超前錨桿，錨桿長3m，每循環(huán)搭接1m，用超短三臺階法施工，預留核心土，每循環(huán)開挖40cm（即一個拱架的間距），利用風鎬人工開挖，挖后先噴射一層3cm厚的砼，而后按照設(shè)計架設(shè)鋼拱架，布設(shè)鋼筋網(wǎng)，再次噴射砼，順利通過了洞口段的施工。

目前的隧道進口設(shè)計多采用側(cè)壁導坑進洞（輔以管棚法輔助施工），但對于上半部為土質(zhì)、下半部為中風化的硬巖，下半部必須靠爆破才能開挖，采用側(cè)壁導坑法非常不適合，由于下部多次爆破，對圍巖形成了多次的攏動，且側(cè)壁的鋼架初支在下部爆破開挖中基本都會受到損傷，使側(cè)壁的初支底腳產(chǎn)生懸空，在現(xiàn)實施工中這種現(xiàn)象極為常見，因此，對這種巖性圍巖最好采用多臺階法，采用預留核心土的方法，特別應注意初期支護縱向連接的整體性。在2004年安徽湯屯高速大堆尖隧道的進洞施工中，采用上下臺階法，輔以管棚法，在管棚中間再加上3.5m長的注漿小導管，很好地通過了洞口段地層。

對于洞口段富水的土質(zhì)巖體，采用雙側(cè)壁導坑法，輔以管棚法和井點降水，可以取得良好效果。泉三高速的格口1#隧道進口為第四紀紅土，右側(cè)拱腳處有泉水流出，一開始準備采用超前導管注漿法，當發(fā)現(xiàn)水泥漿會順著泉水流出時，決定采用井點降水排除土體中的水，然后再開挖，井點采用直徑為5cm的鋼管。沿隧道開挖邊線外側(cè)5m布設(shè)，縱向根據(jù)超前地質(zhì)預報資料，超出含水地層一個洞徑的長度，井點深度超過隧道底面2m，井點間距1.5m，降水后采用雙側(cè)壁導坑施工（側(cè)壁的初支腳必須用臨時縱向槽鋼支撐），順利通過了洞口土層。

2.3 IV級圍巖施工

IV級圍巖的本體性能較好，具有一定的自穩(wěn)能力，開挖時一般采用上下臺階法開挖。上臺階若屬于IV級較好的，一般以2倍初支鋼支撐間距為宜；若屬于IV級較差的情況，以1倍初支鋼支撐的間距為宜。下臺階開挖可以一次性開挖到位，但工序間影響較大，會導致開挖周期延長，也可采用預留馬腿的開挖方式。雖然需二次刷邦，但整個施工順序較好控制，實際施工中常采用。爆破作業(yè)采用光面爆破技術(shù)，周邊眼間距的控制是關(guān)鍵，一般控制在40cm以內(nèi)為宜，在實際施工中，爆破輪廓的好壞基本上受周邊眼距控制，只要眼距均勻，距離不超大，基本都能取得較好效果，周邊眼采用導爆進行索引爆。

2.4 II、III級圍巖的施工方法

II、III級圍巖的巖石完整，整體性好，施工中主要采用全斷面開挖，周邊眼間距一般為50～60cm，圍巖完整性好、硬度較大時取大值，一般都在試爆幾班后根據(jù)實際效果確定最佳的周邊眼距及單位裝藥量。由于國內(nèi)山嶺隧道開挖目前一般采用簡易工作架，利用人工風動鑿巖機鉆眼，因此，開挖的每個循環(huán)進尺應控制在3～3.5m，因鑿巖機本身的構(gòu)造，在施鉆周邊眼時不可避免的會有一個外插角，若鉆眼過深會導致鉆眼底處的圍巖超挖，且超過3.5m后，人工風鉆的效率會大大下降，從經(jīng)濟角度看也不適用，因此無論從技術(shù)還是經(jīng)濟角度都應以3～3.5m距離為宜。在實際施工中也證實了這個結(jié)果，為保證周邊眼的鉆進方向準確，提高鉆眼效率，一般開口時采用2m左右的短桿先行開口鉆進，而后用4.5m左右的長桿加深炮眼，炮眼吹洗干凈后，周邊眼采用導爆索引爆，間隔裝藥，炮口用炮泥堵塞，以中間掏槽眼開始鉆進，向周邊眼的方向，采用跳段毫秒雷管引爆，底排炮最后引爆，以利于機械出渣，爆破后應用水霧沖洗工作面，降低因爆破產(chǎn)生的粉塵，一則加快排煙速度，縮短施工周期，再者也使環(huán)境干凈，為工人提供一個安全、文明的施工環(huán)境，符合文明施工的要求，出完渣后，利用挖掘機對剛開挖的工作面進行安全處理，清除石壁上的浮石、危石。

3 結(jié)束語

圍巖情況千變?nèi)f化，根據(jù)不同的圍巖情況采取不同的開挖方式，因此在實際施工中，每座隧道都應根據(jù)超前地質(zhì)預報的資料及隧道所處外部環(huán)境的制約情況，采取合理的開挖、支護方式，確定施工參數(shù)，使用適當?shù)氖┕C械，才能保證隧道施工的安全、經(jīng)濟、可靠。

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