談大斷面軟弱圍巖隧道的施工管理

朱 經(jīng) 志

(中鐵十四局集團(tuán)云桂鐵路項(xiàng)目部，廣西 百色 531500)

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·橋梁·隧道·

談大斷面軟弱圍巖隧道的施工管理

朱 經(jīng) 志

(中鐵十四局集團(tuán)云桂鐵路項(xiàng)目部，廣西 百色 531500)

結(jié)合工程實(shí)例，概述了該區(qū)域隧道工程的設(shè)計(jì)及施工情況，分析了出現(xiàn)施工問題的原因，從施工工法、施工動(dòng)態(tài)、施工隊(duì)伍等方面，對(duì)軟弱圍巖隧道的施工管理進(jìn)行了探討，確保軟巖隧道工程的施工質(zhì)量與安全，有利于高速鐵路的發(fā)展。

隧道，軟弱圍巖，施工管理

0 引言

圍巖是指受隧道開挖影響而發(fā)生應(yīng)力狀態(tài)改變的周圍巖土體。根據(jù)巖土體的強(qiáng)度，可將圍巖分為堅(jiān)硬圍巖和軟弱圍巖兩大類，軟弱圍巖主要包括軟弱、破碎、富水等不良地質(zhì)條件下的圍巖，但不包括巖溶、瓦斯等特殊的圍巖。簡(jiǎn)單的說，隧道軟弱圍巖就是通常的初期支護(hù)及簡(jiǎn)易的小導(dǎo)管不能控制開挖后的圍巖變形，而采用有針對(duì)性地控制變形對(duì)策的圍巖。

1 工程概況

云(昆明)至桂(南寧)鐵路是西南至華南沿海地區(qū)鐵路通道的骨干線路，跨云、桂兩省區(qū)，自云南省新昆明南站向東到達(dá)廣西自治區(qū)南寧站。初步設(shè)計(jì)正線全長(zhǎng)710.269 km，新建云桂鐵路(廣西段)站前工程正線自江西村特大橋(含DK21+500)至管界(DK291+420)，全長(zhǎng)255.309 km。

本段地層自古生界至新生界出露較為完全，除侏羅、志留、奧陶系未見外，其余時(shí)代地層皆有分布。上古生界除二疊系上統(tǒng)地層為碎屑巖相外，余皆以碳酸鹽巖為主；下古生界無分布。中生界三疊系發(fā)育最為完全，尤以中三疊統(tǒng)為甚，沿線廣泛分布，三疊系主要地層為碎屑巖夾碳酸巖。第三系在各斷陷盆地內(nèi)發(fā)育良好，其下部多屬紅色碎屑巖建造，上部常含褐煤。第四系各類成因的松散堆積物廣布本段，以河谷、盆地及低洼地帶較為集中，且厚度甚大。

沿線主要不良地質(zhì)有巖溶、危巖落石、順層、砂土液化、有害氣體、高地溫與高地應(yīng)力等。特殊巖土主要有人工棄填土、軟土、松軟土、膨脹巖土、紅黏土等。

隧道85座，短隧、軟弱圍巖、淺埋隧道較多，部分隧道巖土具有弱、中膨脹性。

2 設(shè)計(jì)情況

隧道設(shè)計(jì)Ⅴ級(jí)圍巖初支設(shè)計(jì)參數(shù)：全環(huán)Ⅰ20b型鋼鋼架及拱部φ108超前大管棚或φ42超前小導(dǎo)管預(yù)注漿加強(qiáng)支護(hù)，拱墻為C25纖維混凝土，仰拱為C25素混凝土，均為28 cm厚，φ8鋼筋網(wǎng)(網(wǎng)格20 cm×20 cm)，拱墻錨桿長(zhǎng)度4.0 m，拱部φ25中空注漿錨桿，邊墻φ22砂漿錨桿。二次襯砌為C35鋼筋混凝土。

最大開挖斷面160.66 m3/m，施工方法為大拱腳臺(tái)階法。

3 施工情況

已開工隧道55座，受軟弱圍巖的影響，初期支護(hù)拆換的隧道24座，占開工隧道的43.6%，大型坍塌處理的隧道8座，占開工隧道的14.5%，小型坍塌處理的隧道15座，占開工隧道的27.3%，影響了隧道的正常施工生產(chǎn)，同時(shí)也造成了很大的經(jīng)濟(jì)損失，威脅到施工人員的安全。

4 原因分析

1)本線所經(jīng)地區(qū)屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，直接承受印度洋及太平洋水汽補(bǔ)給。其氣候特點(diǎn)是溫暖濕潤(rùn)，雨量充沛，年均降雨量在1 229 mm，雨水天氣較多，圍巖裂隙水和孔隙水受大氣降水補(bǔ)給影響，原本強(qiáng)度不高的軟弱圍巖進(jìn)一步軟化，導(dǎo)致圍巖的自成拱能力降低，致使隧道初期支護(hù)承受了較大的圍巖壓力，在圍巖表面只是洇濕或滲水的地下水狀態(tài)的情況下，初期支護(hù)沉降速率達(dá)到2 cm/d～3 cm/d，有時(shí)候速率超過3 cm/d，對(duì)初期支護(hù)破壞性較強(qiáng)，致使初期支護(hù)表面開裂掉塊，間距0.8 m/榀的Ⅰ20b型鋼鋼架，出現(xiàn)扭曲變形，更甚者在仰拱及填充混凝土澆筑完畢后，鋼架出現(xiàn)“S”形，甚至更嚴(yán)重的“之”字形變形，導(dǎo)致初期支護(hù)侵限，被迫進(jìn)行初期支護(hù)拆換。

2)施工局部變形的隧道，其圍巖多是頁(yè)巖夾砂巖或泥質(zhì)粉砂巖，具有弱、中等膨脹性，且強(qiáng)風(fēng)化、全風(fēng)化，巖體多為單斜構(gòu)造，節(jié)理層較多，層間較薄，部分為褶曲構(gòu)造，巖體扭曲，產(chǎn)狀紊亂，機(jī)械可直接挖掘，基本上不采用爆破施工。圍巖自身強(qiáng)度較低，對(duì)地下水敏感度高，隧道洞身開挖后圍巖產(chǎn)生塑性變形松動(dòng)圈范圍大，作用在初期支護(hù)的壓力較大，圍巖變形持續(xù)的時(shí)間比較長(zhǎng)。

3)原設(shè)計(jì)工法為大拱腳臺(tái)階法，但因其施工工序的繁瑣性，施工效率低，Ⅴ級(jí)圍巖條件下采用此種施工工法月進(jìn)度不超過30 m，因此在各隧道施工中未得到切實(shí)有效的應(yīng)用，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工方法多采用的三臺(tái)階七步開挖法，該開挖方法雖然能降低開挖施工的風(fēng)險(xiǎn)，但對(duì)這種具有較大變形趨勢(shì)的圍巖，顯然具有不適應(yīng)性，所以更多的是在七步開挖法的基礎(chǔ)上在中臺(tái)階加設(shè)臨時(shí)仰拱與內(nèi)斜撐結(jié)合的施工方法，以遏制圍巖較大變形，效果明顯且有一定的施工進(jìn)度。

4)現(xiàn)場(chǎng)一線施工管理粗放，設(shè)計(jì)參數(shù)不能完全轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，施工工序細(xì)節(jié)關(guān)鍵點(diǎn)做不到位，體現(xiàn)在潮濕噴射普通混凝土代替濕噴纖維混凝土，錨桿長(zhǎng)度或數(shù)量不足，不能真正起到加固、改良圍巖受力條件的作用，鋼拱架垂直度控制不嚴(yán)，鋼架在架設(shè)過程中即出現(xiàn)扭曲的現(xiàn)象，相鄰鋼架單元兩連接鋼板之間栓接質(zhì)量差，有的甚至無法栓接，以幫焊焊接兩連接鋼板，但焊縫不飽滿，鎖腳錨管長(zhǎng)度、角度不足，鎖腳錨管與鋼架之間焊接不牢，雖然采用了“U”形Φ22螺紋鋼筋幫焊加強(qiáng)，但往往焊接質(zhì)量達(dá)不到預(yù)期效果。

5)隧道施工隊(duì)伍整體素質(zhì)有待提高，隧道施工一線具體操作工人文化水平普遍不高，沒有真正執(zhí)行培訓(xùn)上崗，靠經(jīng)驗(yàn)施工的人員較多，責(zé)任心普遍不強(qiáng)，安全、質(zhì)量意識(shí)淡薄，導(dǎo)致各工序完成質(zhì)量普遍不高。

5 軟弱圍巖隧道的施工管理

基于目前國(guó)內(nèi)隧道建設(shè)一線施工人員以農(nóng)民工人為主的施工現(xiàn)狀，根據(jù)設(shè)計(jì)要求的施工方法，施工要求并不能完全真正的做到實(shí)處，圍巖條件較好的隧道，一線施工質(zhì)量管控不嚴(yán)的弊端未能充分暴露，因隧道工程建設(shè)隱蔽工序較多，一座隧道能否避免質(zhì)量、安全事故的發(fā)生，順利貫通，現(xiàn)場(chǎng)一線施工管理起著關(guān)鍵性的作用，尤其在軟巖隧道工程建設(shè)中這種管理作用更為突出，管控不嚴(yán)的缺陷更加暴露無疑。

1)施工工法的管理。

隧道施工工法選擇極其重要，高速鐵路軟巖雙線隧道斷面跨度大，施工安全風(fēng)險(xiǎn)大，針對(duì)這種大斷面隧道，保守采用的工法為CRD法、CD法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法和最近幾年鐵路建設(shè)中提出的大拱腳臺(tái)階法，但上述工法工序繁瑣，施工效率低，再加上施工造價(jià)總體不高的市場(chǎng)情況，往往在一線施工中不能很好的執(zhí)行，采用三臺(tái)階七步開挖法的較多。在云桂鐵路施工的隧道中，由于隧道產(chǎn)生大變形的較多，由最初的單純采用三臺(tái)階七步開挖法轉(zhuǎn)變?yōu)樵谥信_(tái)階增設(shè)臨時(shí)仰拱與內(nèi)斜撐結(jié)合的施工方法，大變形的情況基本上得到了遏制。

2)施工的組織管理。

“預(yù)支護(hù)、快挖、快支、快閉合”是軟弱圍巖隧道施工的基本原則。重點(diǎn)是“預(yù)支護(hù)”和“快封閉”，盡可能地在短時(shí)間內(nèi)使開挖后的斷面閉合，是非常重要的。從開挖到全斷面初期支護(hù)的閉合時(shí)間，我們要求越短越好，閉合距離也是越短越好，初期支護(hù)全斷面閉合的過程，就意味著隧道變形逐漸趨于穩(wěn)定(收斂)的過程。施工中雖然大家都認(rèn)識(shí)到及時(shí)閉合的重要性，但往往因?yàn)榻M織的原因，施工工序安排不緊湊，不能使開挖后的工作面迅速的閉合。

3)施工的動(dòng)態(tài)管理。

動(dòng)態(tài)管理就是要根據(jù)圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化過程，進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工過程的管理。隧道開挖后動(dòng)態(tài)的變化主要表現(xiàn)為位移量的變化，變形后圍巖產(chǎn)生形變，會(huì)產(chǎn)生一定的位移量，圍巖位移值由三部分組成：掌子面前方先行位移、掌子面擠出位移、掌子面后方位移。前兩種位移值根據(jù)目前國(guó)內(nèi)實(shí)際施工技術(shù)、管理的現(xiàn)狀，難以實(shí)施，隧道現(xiàn)場(chǎng)往往只是對(duì)掌子面后方位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)后方位移值的變化采取相應(yīng)的措施。云桂線廣西段由建設(shè)單位對(duì)隧道圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)統(tǒng)一實(shí)行動(dòng)態(tài)信息化管理，各施工標(biāo)段配備專業(yè)化的監(jiān)控量測(cè)隊(duì)伍，但施工現(xiàn)場(chǎng)因工序施工影響的原因，監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)要么埋設(shè)不及時(shí)，要么埋設(shè)后在進(jìn)行下一道工序時(shí)破壞掉，致使監(jiān)控量測(cè)的數(shù)據(jù)實(shí)測(cè)后并不能有效的反映圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)實(shí)際產(chǎn)生的變化值，這樣根據(jù)監(jiān)控量測(cè)數(shù)值實(shí)施動(dòng)態(tài)化管理受到了一定的影響，隧道位移監(jiān)控量測(cè)應(yīng)與洞內(nèi)洞外觀察結(jié)合，且應(yīng)經(jīng)常采用斷面儀復(fù)測(cè)隧道初支預(yù)留量，綜合判斷圍巖變化情況，以便于采取處理措施，防止事態(tài)進(jìn)一步惡化。

根據(jù)洞內(nèi)洞外觀察實(shí)施動(dòng)態(tài)管理，洞內(nèi)觀察主要包括掌子面觀察和初期支護(hù)表面觀察，觀察掌子面節(jié)理、裂隙、充填物發(fā)育情況，圍巖巖性和風(fēng)化的程度，有無地下水滲出或流出，掌子面的穩(wěn)定性等，初期支護(hù)表面有無環(huán)向開裂、局部剝落、掉塊，尤其是拱部、拱腰和鋼架兩連接鋼板處的變化。洞外觀察主要查看洞身地表或相鄰偏壓的山坡有無裂縫或下陷。根據(jù)觀察情況結(jié)合監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)分析，決定掌子面是否需暫停掘進(jìn)施工，初期支護(hù)是否需要加固，仰拱、二次襯砌是否需要再跟進(jìn)的更近一些以確保隧道洞身的穩(wěn)定性和施工的質(zhì)量、安全。

根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)實(shí)施動(dòng)態(tài)管理，超前地質(zhì)預(yù)報(bào)以地質(zhì)調(diào)查法為基礎(chǔ)，針對(duì)不同地段地質(zhì)情況和預(yù)報(bào)目的，采用一種或幾種方法相互補(bǔ)充和印證，進(jìn)行綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)主要是通過地質(zhì)調(diào)查法、物探法、超前鉆探法以達(dá)到探明巖體破碎程度、節(jié)理裂隙發(fā)育情況、地下水賦存情況等目的，在各種超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法中，應(yīng)以超前鉆孔為主要的超前探明手段，超前探孔可以直觀判斷圍巖情況，賦水狀態(tài)，其他超前地質(zhì)的預(yù)報(bào)的方法更多的是依靠科技手段對(duì)掌子面圍巖前方的圍巖狀態(tài)進(jìn)行分析與判別。

4)施工隊(duì)伍的專業(yè)化管理。

目前國(guó)內(nèi)隧道施工的質(zhì)量、安全整體水平有待極大的提高，完全摒棄單純的農(nóng)民工人架子隊(duì)施工管理模式，把施工單位自配職工“九大員”的架子隊(duì)模式落到實(shí)處，加強(qiáng)一線工人的技術(shù)培訓(xùn)，培養(yǎng)技術(shù)熟練的工人，且固定為架子隊(duì)中的一員，增強(qiáng)工人的歸屬感和責(zé)任心，避免或減少一線工人的頻繁流動(dòng)與更換，真正造就一批穩(wěn)定的隸屬施工單位自身的專業(yè)化隧道施工隊(duì)伍，是改變國(guó)內(nèi)隧道施工現(xiàn)狀的當(dāng)務(wù)之急，國(guó)內(nèi)外新的隧道施工理念，科學(xué)先進(jìn)的施工方法，才能切實(shí)的應(yīng)用到我們的隧道施工現(xiàn)場(chǎng)中去，才能把我們的設(shè)計(jì)理念，質(zhì)量目標(biāo)、安全目標(biāo)落到實(shí)處。

5)施工的精細(xì)化管理。

軟弱圍巖隧道工程建設(shè)中，初期支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)較多，隧道施工工序繁雜，各工序交叉施工，產(chǎn)生干擾的情況時(shí)有發(fā)生，如何組織好施工，達(dá)到理想的施工進(jìn)度，如何使設(shè)計(jì)參數(shù)完全轉(zhuǎn)化為現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)力，規(guī)避圍巖與初期支護(hù)的較大變形，實(shí)施精細(xì)化管理顯得尤其重要。精細(xì)化管理從施工組織上主要是表現(xiàn)在各工序之間銜接要緊湊，不能出現(xiàn)工序交接不上等待時(shí)間較長(zhǎng)的情況，初期支護(hù)施工完成后仰拱、二次襯砌及時(shí)跟進(jìn)不能滯后。從施工設(shè)計(jì)參數(shù)上主要表現(xiàn)為工序環(huán)節(jié)中的關(guān)鍵質(zhì)量節(jié)點(diǎn)要控制到位，切實(shí)達(dá)到質(zhì)量要求。要做到精細(xì)化管理則必須執(zhí)行崗位責(zé)任制，定人定崗，具體的操作技術(shù)工人專門負(fù)責(zé)某個(gè)質(zhì)量節(jié)點(diǎn)，譬如專門負(fù)責(zé)鎖腳錨管(桿)的電焊工，若鎖腳與鋼架之間沒有焊接飽滿，則由該電焊工重新焊接。各關(guān)鍵質(zhì)量節(jié)點(diǎn)要求專職管理人員監(jiān)控，如上述鎖腳錨管(桿)與鋼架之間銜接處的焊接問題，則由初支班班長(zhǎng)、現(xiàn)場(chǎng)領(lǐng)班人員執(zhí)行具體監(jiān)控職能，領(lǐng)工人員向現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員負(fù)責(zé)，現(xiàn)場(chǎng)領(lǐng)工人員向?qū)I(yè)監(jiān)理工程師負(fù)責(zé)，層層監(jiān)控落實(shí)到位，在質(zhì)量節(jié)點(diǎn)的細(xì)節(jié)下功夫，才能發(fā)揮各初期支護(hù)參數(shù)的綜合防護(hù)功能。

6 結(jié)語(yǔ)

隨著國(guó)家高速鐵路的發(fā)展，大斷面的軟巖隧道建設(shè)也會(huì)越來越多，工程人員對(duì)軟巖隧道的認(rèn)識(shí)也會(huì)日益加深，重視軟弱圍巖帶來的不利影響，采用合理的施工工法，強(qiáng)化組織管理、動(dòng)態(tài)管理，堅(jiān)持專業(yè)化隊(duì)伍的施工管理方向，狠抓工序關(guān)鍵質(zhì)量節(jié)點(diǎn)的細(xì)節(jié)化管理，才能從主觀方面著手，解決客觀上存在的軟弱圍巖易變性較大，施工進(jìn)度遲緩的難題，才能提高工程施工質(zhì)量，減少、杜絕質(zhì)量、安全事故。

[1] 關(guān)寶樹，趙 勇.軟弱圍巖隧道施工技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2011.

[2] 中鐵二院相關(guān)設(shè)計(jì)文件[Z].

Discussion on the construction management of large cross-section tunnel weak surrounding rock

Zhu Jingzhi

(YunguiRailwayProjectDepartment,ChinaRailway14thBureauGroup,Baise531500,China)

Combining with the engineering example, this paper summarized the design and construction situation of the regional tunnel engineering, analyzed the causes of problems in construction, from the construction methods, construction dynamics, construction team and other aspects, discussed the construction management of weak surrounding rock tunnel, ensured the construction quality and safety of soft rock tunnel engineering, promoted the development of high-speed railway.

tunnel, weak surrounding rock, construction management

1009-6825(2016)05-0173-03

2015-12-08

朱經(jīng)志(1975- )，男，工程師

U455

A