隧道開挖質(zhì)量控制及保障措施

高芳利

（核工業(yè)華南建設(shè)工程集團(tuán)公司，廣州 510800）

1 工程概況

隧道主洞內(nèi)輪廓為三心圓形式，單洞凈寬10.25 m、凈高5 m。地質(zhì)勘察結(jié)果顯示，隧道穿越第四系松散堆積層、石英片巖等多種地質(zhì)，屬較軟巖～較堅(jiān)硬巖。其中，斷層對隧道穩(wěn)定性的影響較為顯著，洞室圍巖地質(zhì)構(gòu)造缺乏穩(wěn)定性，節(jié)理裂隙發(fā)育。地下水主要含基巖裂隙層間水和巖溶水兩類，大氣降水是地下水的主要補(bǔ)給途徑，遇降雨天氣時(shí)易增加地下水的蓄積量，不利于隧道整體的穩(wěn)定性，亟須加強(qiáng)控制措施。

2 開挖設(shè)計(jì)

2.1 斷層開挖

本隧道工程施工采用的是三臺(tái)階臨時(shí)性仰拱法，基本作業(yè)思路為：超前支護(hù)→上臺(tái)階開挖→支護(hù)→下臺(tái)階開挖→支護(hù)→仰拱→填充→拱墻襯砌。由于臺(tái)階長度5.0～8.0 m，單個(gè)循環(huán)進(jìn)尺2.0 m，因此，需按此標(biāo)準(zhǔn)有序施工，逐步形成臺(tái)階。

2.2 光面爆破

考慮到圍巖破碎帶的穩(wěn)定性不足，可采用臺(tái)階法開挖，循環(huán)進(jìn)尺2.0 m，每3 d 循環(huán)4 次。爆破炸藥選用的是直徑為32.0 mm 的2#巖石乳化炸藥，炮眼利用率80%～85%。于施工現(xiàn)場配備三臂鑿巖臺(tái)車打眼，期間挖掘機(jī)輔助作業(yè)，及時(shí)清理渣土以避免現(xiàn)場堆積問題。對于光面爆破施工來說，適配的是塑料導(dǎo)爆管非電起爆系統(tǒng)。

2.3 爆破參數(shù)

炮眼直徑42.0 mm，布設(shè)深度3.2 m，掏槽孔的深度較為特殊，較之于其他孔位其深度增加0.5 m，周邊眼不耦合系數(shù)取1.5～2.0。經(jīng)技術(shù)優(yōu)化與驗(yàn)證后，可確定一套光面爆破參數(shù)：（1）周邊眼的藥卷直徑25.0 mm，其他眼的藥卷直徑32.0 mm；（2）除此之外的其他參數(shù)均一致，即長300.0 mm，規(guī)格為200.0 g/ 卷；（3）從開挖施工現(xiàn)場的地質(zhì)條件來看，屬大坡隧道地質(zhì)，為在安全的環(huán)境下高效爆破，抵抗線取500.0 mm，周邊眼距取450.0 mm。

2.4 掏槽方式

掏槽施工選擇了斜眼掏槽的方法。在周邊眼施工中，光面爆破藥卷穩(wěn)定綁扎至定位竹片上，并按圖紙要求將其與導(dǎo)爆索穩(wěn)定連接，此外其他眼均為連續(xù)裝藥。對此，可通過電雷管合理控制起爆時(shí)間，通常按照“掏槽眼→擴(kuò)槽眼→掘進(jìn)眼→內(nèi)圈眼→周邊眼”的順序完成起爆作業(yè)。

3 隧道斷層開挖支護(hù)施工技術(shù)基本施工思路

鑒于V 級圍巖地質(zhì)條件的特殊性，可采用三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法。從實(shí)際情況出發(fā)，采取超前支護(hù)措施，再組織上臺(tái)階開挖作業(yè)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步加強(qiáng)支護(hù)。此后處理仰拱并填充，若無誤則施工拱墻襯砌。全流程中主要需重視如下兩方面的要求：

1）中、下臺(tái)階開挖階段，應(yīng)當(dāng)采取單側(cè)錯(cuò)開開挖的方法，有序完成兩部分的開挖工作；

2）采用光面爆破法，為確保爆破效果，周邊眼間距應(yīng)為0.3～0.4 m，臺(tái)階長度4～5 m，施工期間加強(qiáng)對單次進(jìn)尺的控制，即不可超過1 榀拱架間距。

4 隧道斷層開挖支護(hù)施工技術(shù)中的支護(hù)施工

4.1 洞口長管棚

施工工藝流程如圖1 所示。

圖1 施工工藝流程圖

4.1.1 導(dǎo)向墻施工

導(dǎo)向墻界面形狀呈方形，邊長1 m，拌制C25 混凝土用于加固；根據(jù)實(shí)際施工情況對鋼架的外緣做針對性的處理，提高其穩(wěn)定性。

4.1.2 長管棚施工

鋼構(gòu)件為主要材料，提前在指定工廠由專員按照圖紙加工成型，由運(yùn)輸車及時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)至施工現(xiàn)場，配備管棚鉆機(jī)，以該裝置為主要生產(chǎn)力，輔以人工作業(yè)的方式，完成長管棚的施工作業(yè)。此后啟用高壓注漿泵，注漿壓力1～2 MPa，在該條件下將水灰比為1∶1 的漿液注入。注漿施工將直接影響長管棚的整體質(zhì)量，如強(qiáng)度、穩(wěn)定性等方面，需精準(zhǔn)計(jì)算注漿量，采取控制措施[1]。

關(guān)于注漿量的計(jì)算，可采取如下方法：

式中，Q 為注漿量，m3；R 為漿液擴(kuò)散半徑，mm；R=0.6 L；L 為鋼管間距，m；η 為圍巖孔隙率，%。

4.1.3 注意事項(xiàng)

相關(guān)的注意事項(xiàng)有：

1）隧道暗洞施工前按規(guī)范設(shè)置注漿孔，詳細(xì)檢查孔位、孔徑、孔深、孔內(nèi)沉渣等指標(biāo)，確保各方面均無誤。

2）施工采取隔孔注漿的方法，全程的注漿壓力穩(wěn)定在1～2 MPa，終壓需達(dá)到2 MPa。

3）經(jīng)注漿施工后對實(shí)際注漿質(zhì)量做詳細(xì)的檢查，判斷砂漿封堵施工效果。

4）為順利完成洞口長管棚的建設(shè)工作，需根據(jù)要求精準(zhǔn)控制預(yù)埋套管的位置，并合理施工長管棚導(dǎo)向墻，期間由專員利用測斜儀檢測鋼套管，對其安裝位置做出判斷，及時(shí)糾正偏差；還需考慮管棚外插角，此方面不滿足要求時(shí)也將對整體施工質(zhì)量帶來影響[2]。

5）質(zhì)量檢驗(yàn)中完整記錄各項(xiàng)信息，將其作為質(zhì)量分析及判斷的依據(jù)。

4.1.4 洞身長管棚

根據(jù)施工要求搭建管棚工作室，長度12～15 m，相比于標(biāo)準(zhǔn)斷面規(guī)格而言，形成的斷面應(yīng)略大800～1 000 mm。按流程施工，首先設(shè)置導(dǎo)向墻和孔口管，經(jīng)質(zhì)量檢查后若無誤則安裝鋼花管。

4.1.5 洞身中管棚

管棚長度6～12 m，為達(dá)到二次加固圍巖的效果，需使用適量的超前小導(dǎo)管，按要求將其設(shè)置到位。

4.2 超前小導(dǎo)管施工

對于超前小導(dǎo)管施工來說，需提前規(guī)劃加工場所，并于指定區(qū)域完成小鋼管的加工作業(yè)，給后續(xù)施工提供質(zhì)量達(dá)標(biāo)的鋼構(gòu)件，減少現(xiàn)場工作量。為了適配鑿巖機(jī)鉆孔，可通過成孔檢驗(yàn)后將小導(dǎo)管推至孔內(nèi)指定位置，用測斜儀檢測以確定鉆孔的實(shí)際角度，將實(shí)測結(jié)果與設(shè)計(jì)值展開對比分析，若誤差超出許可范圍則加以調(diào)整。此后啟用注漿泵，利用該裝置將水泥砂漿注入。另外，要精準(zhǔn)鎖定臨近開挖面的鋼架，該步驟的目的主要在于將該部分作為超前小導(dǎo)管的支點(diǎn)，穿過鋼拱架，經(jīng)焊接后使鋼架與尾端穩(wěn)定連接。

將鋼管打設(shè)至指定位置后進(jìn)入注漿施工環(huán)節(jié)，隨著漿液的逐步凝結(jié)形成完整且穩(wěn)定的管棚支護(hù)環(huán)。在注漿施工中，漿液的水灰比以0.5～1 較為合適，初期使用稀漿液，后續(xù)逐步加大濃度。注漿前，要先檢查管道、清理內(nèi)部的雜物，再用高壓風(fēng)做深度的清理，待管內(nèi)達(dá)到潔凈狀態(tài)后方可正式進(jìn)入注漿施工環(huán)節(jié)。注漿過程中，施工人員要密切關(guān)注作業(yè)情況，若進(jìn)漿量偏大而壓力難以正常提高，則表明漿液的濃度偏離要求，需要做及時(shí)地調(diào)整，具體可通過改進(jìn)配合比的方式而實(shí)現(xiàn)，以保證漿液可以在特定的壓力條件下被順利注入[3]。

5 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)與監(jiān)控測量

由于隧道開挖、支護(hù)施工期間均存在諸多干擾因素，因此，需要做全方位的監(jiān)控，及時(shí)掌握實(shí)際情況，以便在發(fā)現(xiàn)異常后可快速做出響應(yīng)，采取科學(xué)的處理措施，從源頭上解決問題。其中，需要注意的施工要點(diǎn)有：

1）在開挖施工前，可采取超前鉆孔、地質(zhì)雷達(dá)等多重方法，根據(jù)數(shù)據(jù)對隧道圍巖的狀態(tài)做出綜合判斷，進(jìn)而合理規(guī)劃后續(xù)工作。

2）在隧道開挖期間，應(yīng)做到實(shí)時(shí)預(yù)測，且尤為關(guān)鍵的是超長鉆孔等施工工作量大、難度高的環(huán)節(jié)，需由專員采集并記錄數(shù)據(jù)，以基于觀測數(shù)據(jù)繪制地質(zhì)素描展示圖，直觀地判斷現(xiàn)場施工情況：（1）分別在各掌子面安排一個(gè)監(jiān)控量測小組，由其負(fù)責(zé)施工監(jiān)測工作；（2）以監(jiān)控量測工作方案為依據(jù)，合理布設(shè)測點(diǎn)，按特定的頻率并以科學(xué)的方法監(jiān)控量測，及時(shí)處理數(shù)據(jù)，將其上傳至監(jiān)控量測信息平臺(tái)，逐步豐富平臺(tái)中的數(shù)據(jù)，基于監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)展開客觀的分析，若發(fā)現(xiàn)異常狀況則及時(shí)探明成因，采取控制措施，如調(diào)整開挖方法、加強(qiáng)支護(hù)、優(yōu)化爆破施工工藝等，在短時(shí)間內(nèi)將問題解決，給后續(xù)建設(shè)工作的開展創(chuàng)設(shè)良好的條件，規(guī)避質(zhì)量及安全層面的問題。

6 結(jié)語

隧道施工具有環(huán)境復(fù)雜、干擾因素多、難度大等“痛點(diǎn)”，開挖作業(yè)的擾動(dòng)性較強(qiáng)，易影響隧道的穩(wěn)定性，且在穿越斷層破碎帶等特殊的地質(zhì)區(qū)域時(shí)，更容易誘發(fā)質(zhì)量問題甚至安全事故。對此，施工人員需要高度重視隧道開挖工作，合理優(yōu)化開挖技術(shù)，采取強(qiáng)有力的質(zhì)量控制措施，為隧道施工提供安全和質(zhì)量的雙重保障，推動(dòng)隧道建設(shè)工作的順利開展。