隧道工程精細(xì)化作業(yè)與管理實施要點(diǎn)分析

彭海

（核工業(yè)西南建設(shè)集團(tuán)有限公司，四川成都 610094）

0 引言

近年來，我國交通運(yùn)輸領(lǐng)域飛速發(fā)展，隧道工程項目數(shù)量逐年攀升，規(guī)模亦不斷擴(kuò)大，強(qiáng)化隧道工程施工質(zhì)量控制也越發(fā)重要。隧道工程涉及諸多內(nèi)容，復(fù)雜性和系統(tǒng)性較高，且施工風(fēng)險較大。在工程建設(shè)與管理過程中，實施精細(xì)化作業(yè)與管理有重要意義，不僅有助于提高工程建設(shè)質(zhì)量，還可提高施工安全性。因此，有必要對隧道工程精細(xì)化作業(yè)與管理要點(diǎn)進(jìn)行研究，針對性地優(yōu)化施工技術(shù)，并落實相應(yīng)的保障措施，以更好地保證施工質(zhì)量與安全。

1 隧道工程精細(xì)化管理的基本內(nèi)容

隧道是我國交通運(yùn)輸體系的重要構(gòu)成部分，在縮短通行距離、提高交通運(yùn)行效率等方面發(fā)揮著重要作用。隧道工程施工環(huán)境比較復(fù)雜，安全、質(zhì)量、進(jìn)度、成本、技術(shù)、環(huán)境等是隧道工程精細(xì)化作業(yè)及管理的重要方面[1]。這些施工管理內(nèi)容可以劃分為安全管理、技術(shù)及環(huán)境作業(yè)與管理三大類，其中開挖、支護(hù)是隧道施工的重要工序，也是施工技術(shù)的管理重心，需要結(jié)合現(xiàn)場施工的具體情況科學(xué)選用相應(yīng)的開挖及支護(hù)技術(shù)，并采取相應(yīng)的安全防護(hù)措施。隧道工程精細(xì)化作業(yè)及管理通過制訂一系列的科學(xué)管理措施，以確保施工技術(shù)應(yīng)用到位，工程施工質(zhì)量達(dá)標(biāo)。

2 隧道工程精細(xì)化作業(yè)與管理要點(diǎn)

2.1 開挖管理

開挖作業(yè)是隧道工程的基礎(chǔ)作業(yè)，有一定的施工風(fēng)險。精細(xì)化作業(yè)的落實情況直接影響開挖施工的安全性，還會對后續(xù)支護(hù)施工等工序產(chǎn)生影響。圍巖管理是開挖管理的重心，需要科學(xué)應(yīng)用短距離超前預(yù)報、中距離超前預(yù)報、長距離超前預(yù)報等方法，以充分掌握開挖區(qū)域掌子面四周圍巖的狀態(tài)?；谒淼朗┕さ奶厥庑?，在隧道開挖過程中要確保開挖面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，至少要確保在支護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)揮作用前其能夠處于穩(wěn)定狀態(tài)，因此需要結(jié)合圍巖實際情況科學(xué)應(yīng)用小導(dǎo)管或長管棚超前支護(hù)等預(yù)支護(hù)措施[2]。在隧道工程開挖施工中，需要將施工及管理重心放在保障掌子面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性上，若發(fā)現(xiàn)掌子面結(jié)構(gòu)存在不穩(wěn)定跡象，要及時采取應(yīng)對措施，如噴混凝土、使用錨桿或鋼架等方式，以保證隧道工程施工順利開展。

2.1.1 掌子面管理

掌子面是隧道施工事故的高發(fā)區(qū)域，因此需要嚴(yán)格落實掌子面精細(xì)化作業(yè)及管理要點(diǎn)，以最大限度地保證掌子面施工的安全性。

為此，建立健全掌子面觀察制度，啟動開挖作業(yè)的同時開啟掌子面圍巖狀況監(jiān)測工作，委派專業(yè)施工人員進(jìn)行現(xiàn)場觀測。此外，可以使用先進(jìn)的數(shù)碼相機(jī)設(shè)備進(jìn)行掌子面圍巖狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測，每次開挖作業(yè)后記錄掌子面結(jié)構(gòu)圖像，并以此為依據(jù)判斷掌子面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定狀態(tài)，同時對掌子面一定距離的圍巖狀況進(jìn)行預(yù)測。在此過程中要保持謹(jǐn)慎細(xì)致，不遺漏任何細(xì)微征兆，尤其是拱頂結(jié)構(gòu)，以保障掌子面圍巖狀態(tài)判斷的準(zhǔn)確性。

針對巖質(zhì)圍巖的施工環(huán)境，可采用掌子面地質(zhì)素描格式表記錄隧道工程地質(zhì)條件，并以此為基礎(chǔ)繪制掌子面素描圖，對每次開挖循環(huán)情況進(jìn)行正式記錄，同時要求業(yè)主代表及公路隧道工程承包商進(jìn)行簽字確認(rèn)[3]。

在開挖作業(yè)過程中，要全面記錄每一次開挖作業(yè)掌子面的狀態(tài)，并與上一次掌子面狀態(tài)進(jìn)行對比，判斷掌子面圍巖狀態(tài)變化，為進(jìn)一步施工決策的制訂提供依據(jù)。

2.1.2 圍巖變形管理

隧道工程開挖過程中圍巖狀態(tài)并不是一成不變的，尤其是在軟弱圍巖隧道工程中，需要加強(qiáng)圍巖變形檢測，以便及時采取支護(hù)等防范舉措，對開挖面位移進(jìn)行有效管理，最大限度地避免掌子面崩塌?？刹捎霉馕灰朴嬤M(jìn)行量測，根據(jù)LED 二極管光顏色變化判定圍巖變形狀況，如正常區(qū)域呈白色，微變形區(qū)域呈藍(lán)色，位移值、開裂狀態(tài)等超出預(yù)定范圍的區(qū)域呈紅色。光位移計可以快速感知圍巖變形情況，具有極高的推廣應(yīng)用價值。

國外某隧道工程施工過程中采用光位移計檢測圍巖變形情況，取得了較好的應(yīng)用效果。在＞4000m的山嶺隧道工程中，將光位移計設(shè)置在埋深約300m的蛇紋巖地段，通過實地試驗掌握了掌子面基礎(chǔ)位移情況，推斷出隧道工程及周邊圍巖的穩(wěn)定情況[4]。需要注意的是，量測點(diǎn)設(shè)置情況直接影響著掌子面后方圍巖初期位移速度，務(wù)必要在下一次開挖之前完成第一個量測點(diǎn)設(shè)置，以保證測量結(jié)果的精確性，為支護(hù)模式的選擇提供依據(jù)。此外，為保證圍巖動態(tài)管理的有效性，應(yīng)制訂完善的量測管理辦法，規(guī)范落實量測操作。

2.2 支護(hù)管理

為有效降低位移風(fēng)險，將位移值控制在安全施工許可范圍內(nèi)，需要采取科學(xué)的支護(hù)措施，加強(qiáng)支護(hù)管理，準(zhǔn)確判斷位移發(fā)生率（需要結(jié)合圍巖狀態(tài)監(jiān)測相關(guān)情況進(jìn)行解析）、確定容許位移值（應(yīng)嚴(yán)格遵守國家相關(guān)規(guī)定）。

在圍巖開挖過程中難免會發(fā)生一定的變形，一旦超過允許范圍會影響隧道工程施工的安全性，因此，務(wù)必要在施工過程中加強(qiáng)對圍巖狀態(tài)的評估，可采取預(yù)支護(hù)、超前支護(hù)等舉措，將圍巖變形量控制在容許范圍內(nèi)。

對于軟弱圍巖的超前支護(hù)，要確保支護(hù)長度合理，能夠形成拱形構(gòu)造，且要監(jiān)視已支護(hù)地段，觀察超前支護(hù)構(gòu)件狀態(tài)，做好支護(hù)構(gòu)件變異記錄及分析，及時采取超前預(yù)補(bǔ)強(qiáng)措施，確保掌子面長期處于穩(wěn)定狀態(tài)。

此外，處理未支護(hù)地段時要結(jié)合已支護(hù)地段出現(xiàn)的問題，針對性地調(diào)整支護(hù)措施。圍巖結(jié)構(gòu)初期支護(hù)手段主要包括噴混凝土、使用錨桿、使用鋼架、進(jìn)行二次襯砌等，要結(jié)合圍巖狀態(tài)科學(xué)選擇相應(yīng)的支護(hù)手段，以確保隧道工程開挖后圍巖變形始終處于安全范圍內(nèi)，保證圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2.2.1 混凝土噴射管理

為保障圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，有時需要向圍巖噴射一定強(qiáng)度的混凝土?；炷翉?qiáng)度分為初期強(qiáng)度、某一齡期強(qiáng)度及長期強(qiáng)度等，不同使用周期的混凝土對噴射強(qiáng)度有不同的要求。一般噴射使用周期為1 天的混凝土，初期強(qiáng)度為8～10MPa；噴射使用周期為3h 的混凝土，初期強(qiáng)度為3MPa[5]。

混凝土噴射管理的關(guān)鍵在于初期強(qiáng)度及附著強(qiáng)度的確定，因此需要規(guī)范落實配合比試驗，通過噴射檢驗混凝土初期強(qiáng)度。為確?；炷僚浜媳燃皣娚湓囼炓?guī)范開展，需要完善噴混凝土初期強(qiáng)度試驗制度，明確配合比試驗操作規(guī)范及初期強(qiáng)度測定方法，加強(qiáng)對配合比及噴射試驗的監(jiān)管。針對大斷面隧道，應(yīng)采用大容量噴射機(jī)，以保證噴射效率及噴射質(zhì)量。由于噴混凝土主要是通過附著圍巖結(jié)構(gòu)發(fā)揮支護(hù)作用，因此還要規(guī)范落實噴混凝土附著強(qiáng)度測試，確保噴混凝土附著強(qiáng)度達(dá)標(biāo)。

此外，在混凝土噴射管理過程中要加強(qiáng)早期閉合施工階段的仰拱管理，做好仰拱與邊墻連接作業(yè)，確保開挖斷面可以及時閉合，提高噴混凝土支護(hù)效果。

2.2.2 錨桿管理

為防止未支護(hù)地段出現(xiàn)掉塊問題，通常需要在離開掌子面一定距離后使用機(jī)械手安裝錨桿支護(hù)。針對較軟的圍巖結(jié)構(gòu)，在錨桿支護(hù)過程中需要設(shè)置墊板，以有效發(fā)揮錨桿的支護(hù)功能，否則會在一定程度上削弱錨桿支護(hù)處理效果。

在錨桿支護(hù)施工過程中，可以直接購買錨桿，也可以在現(xiàn)場制作錨桿，無論采用哪種方式都要確保錨桿規(guī)格符合要求。針對需要進(jìn)行注漿操作的錨桿，要加強(qiáng)對注漿質(zhì)量的把控，做好注漿密實度檢驗，確保注漿密實度及充填飽和度達(dá)標(biāo)。

2.2.3 鋼架管理

針對圍巖狀態(tài)不佳的施工區(qū)域，需要科學(xué)開展鋼架支護(hù)，以有效控制圍巖變形程度。同時，要加強(qiáng)對鋼架支護(hù)區(qū)域的監(jiān)測，及時記錄鋼架異常問題，綜合分析量測值等相關(guān)內(nèi)容，找出鋼架異常原因，以采取針對性的支護(hù)優(yōu)化措施。

鋼架與圍巖的接觸狀態(tài)會直接影響鋼架荷載壓力的分布情況，許多鋼架支護(hù)變形與荷載分布不均勻相關(guān)。因此，要加大對鋼架支護(hù)安裝的重視及檢測力度，確保鋼架與圍巖充分均勻接觸，最大限度地保障鋼架受力的均勻性。多數(shù)隧道工程在支護(hù)管理過程中聯(lián)合應(yīng)用噴混凝土、錨桿及鋼架支護(hù)等初期支護(hù)手段，以發(fā)揮不同支護(hù)手段的技術(shù)優(yōu)勢，提高協(xié)調(diào)作業(yè)成效，但需要結(jié)合具體的圍巖狀態(tài)科學(xué)選擇并規(guī)劃支護(hù)處理順序。

2.2.4 二次襯砌管理

為保證二次襯砌的承載能力，要嚴(yán)格按照施工設(shè)計圖紙規(guī)范落實二次襯砌與仰拱連接面施工，確保兩者形成封閉構(gòu)造，能夠有效傳遞軸力。實際施工過程中，要結(jié)合襯砌功能選擇襯砌施工時間，以降低土壓影響，降低開裂發(fā)生率。比如，針對一般圍巖，需要在位移收斂后立即進(jìn)行二次襯砌；針對較短的巖石隧道，國外一般在完成整個隧道開挖作業(yè)后進(jìn)行二次襯砌；針對具有膨脹性的泥巖、凝灰?guī)r等圍巖隧道，一般需要提前進(jìn)行仰拱施工，并在圍巖變形基本收斂后進(jìn)行二次襯砌。需要注意的是，二次襯砌前期可能會影響襯砌的耐久性，出現(xiàn)混凝土密實度及強(qiáng)度不足、厚度不均勻、拱頂厚度不足、拱頂與圍巖連接不緊密等問題，因此，需要在襯砌施工階段做好施工管理，規(guī)范落實襯砌施工操作，及時找出引發(fā)初期缺陷的因素，確保二次襯砌施工質(zhì)量。為避免二次襯砌過程中出現(xiàn)混凝土開裂問題，要結(jié)合隧道工程施工特點(diǎn)制訂混凝土施工精細(xì)管理目錄及襯砌施工核查卡，要求監(jiān)理等相關(guān)管理人員全程參與混凝土澆筑、模板設(shè)置及拆除等關(guān)鍵施工環(huán)節(jié)，并對相應(yīng)施工工序進(jìn)行簽字確認(rèn)[6]。

3 隧道工程精細(xì)化作業(yè)與管理措施

3.1 加強(qiáng)掌子面前方地質(zhì)探測

為保障掌子面施工安全性，提高掌子面施工方案制訂的合理性，要在施工前科學(xué)應(yīng)用超前綜合預(yù)報技術(shù)對掌子面所在區(qū)域的地質(zhì)情況進(jìn)行調(diào)查，詳細(xì)掌握施工區(qū)域的巖體構(gòu)成，預(yù)測施工區(qū)域不良地質(zhì)類型、分布及規(guī)模等，以科學(xué)判定圍巖等級，制訂相應(yīng)的支護(hù)方案。

結(jié)合隧道工程特點(diǎn)準(zhǔn)備地震波記錄儀、檢波器等檢測設(shè)備，在測量場地合理布設(shè)檢測設(shè)備。一般情況下，要在掌子面前方50m 的位置，用鉆孔機(jī)在掌子面中軸線左右對稱位置鉆2 個直徑為60cm、深度為110cm 的孔，用于接收信號。再鉆10 個直徑為40cm、深度為150cm 的孔，每個單孔填充60g 炸藥，進(jìn)行觸發(fā)爆破，通過檢波器等檢測設(shè)備采集并分析P 波等相關(guān)資料、處理相關(guān)數(shù)據(jù)，以獲取地質(zhì)預(yù)報結(jié)果。

3.2 錨桿質(zhì)量檢驗

錨桿構(gòu)件質(zhì)量直接影響支護(hù)效果，因此需要在施工前做好錨桿質(zhì)量檢驗工作，確保錨桿質(zhì)量、規(guī)格等與實際支護(hù)需求相匹配。鑒于隧道工程會使用大量錨桿，對每一根錨桿都進(jìn)行質(zhì)量檢查不太契合實際，因此多數(shù)工程會選用隨機(jī)抽查方法，對5%～10%的錨桿進(jìn)行隨機(jī)抽查，確保所抽查錨桿中95%以上達(dá)標(biāo)方可投入使用。錨桿質(zhì)量檢查主要采用NDT 方法，在錨桿兩端分別放置接收器和放射器，由放射器發(fā)射波，由接收器接收經(jīng)錨桿傳輸后的波信號，通過分析接收信息判斷錨桿是否存在裂縫等質(zhì)量問題。

3.3 初支檢測

隧道工程初期支護(hù)工作經(jīng)常會發(fā)生支護(hù)與圍巖接觸不緊密的問題，導(dǎo)致接觸面出現(xiàn)諸多孔洞，一旦孔洞數(shù)量及面積超標(biāo)，會影響支護(hù)效果，出現(xiàn)支護(hù)扭曲、滲漏等問題。因此，需要在支護(hù)施工初期使用地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)對初期支護(hù)施工質(zhì)量進(jìn)行檢測，及時結(jié)合孔洞分布情況采取相應(yīng)的施工整改措施，以提高初期支護(hù)施工質(zhì)量。使用地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)需要在地面設(shè)置信號發(fā)射及接收設(shè)備，并通過信號處理設(shè)備處理、分析接收到的信號，將其轉(zhuǎn)換為可視化的檢測結(jié)果。

3.4 內(nèi)襯強(qiáng)度檢測

為保證隧道工程后期運(yùn)營的安全性，需要在施工過程中科學(xué)落實混凝土襯砌工作，以增強(qiáng)隧道結(jié)構(gòu)強(qiáng)度?；炷烈r砌施工會受到混凝土配比、施工技術(shù)等因素的影響，因此需要對襯砌強(qiáng)度進(jìn)行檢測，確保施工質(zhì)量達(dá)標(biāo)，以有效避免襯砌構(gòu)件變形等問題。

在混凝土內(nèi)襯強(qiáng)度檢測中，通常采用超聲回彈技術(shù)，將超聲儀、回彈儀放置在待測混凝土結(jié)構(gòu)的同一側(cè)，分別測定超聲傳播速度與回彈值，推導(dǎo)出混凝土強(qiáng)度值。針對實測強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)的混凝土結(jié)構(gòu)，要重新開展襯砌工作，直至混凝土襯砌強(qiáng)度達(dá)標(biāo)。

4 結(jié)語

總而言之，保證隧道工程施工質(zhì)量是工程社會效益及經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵，因此相關(guān)部門應(yīng)加大對隧道工程精細(xì)化作業(yè)及管理的重視度，加強(qiáng)對施工及管理要點(diǎn)的分析，結(jié)合現(xiàn)場施工需求規(guī)范落實開挖、支護(hù)施工及相關(guān)管理措施，以提高隧道工程施工質(zhì)量，促進(jìn)交通運(yùn)輸事業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展。