浅谈隧道施工工艺管理

　　平铁线途经三条隧道，分别为炮岭1号隧道、东沟门隧道、北局子隧道。在这三条隧道的建设管理过程中我们逐步积累和总结出了一些隧道工程施工管理的一些教训和经验。希望对日后我们的工程管理及工程建设工作能有所帮助和启发。下面我将对施工管理过程中涉及的隧道洞口开挖及支护、围岩分级和初期支护这三个方面进行详细论述，同时对类似问题的处理进行一些探讨。请多多指教：
　　一、 洞口开挖及支护
　　1.1洞口选址
　　洞口开挖往往直接涉及到一个洞口选址的问题。因为目前我们国内很多设计院出具的地质初期勘查报告往往由于时间紧、任务重等原因没能做到准确详尽，所以在施工过程中发现很多实际地质情况与原设计有较大出入。有时设计图纸标示的进洞位置在实际施工中发现并不适合进洞，例如炮岭隧道进口处，原设计所处位置为第四系坡积黄土及亚粘土，土体松软，结构松散，土体中含有较多地下水，整体自稳能力非常差，开挖后不能自稳，该处隧道埋深不足5m，非常不适合进洞。最终经专家组共同讨论决定明挖20m，再行决定进洞。最终明挖20m后出露出较完整岩体顺利进洞。事实证明，实际操作即节省了工期，又增加了施工安全性。
　　因此，隧道洞口位置的选择应根据地形、地质、地下水、洞外路线衔接、不留病害、有利于施工和营运等因素进行比较选择。具体要求如下：
　　1）、隧道洞口应选择在山坡稳定，地质条件较好处，不应设在偏压很大及严重不良地质地段，宜避开排水困难的沟谷低洼处；
　　2）、位于悬崖陡壁下的洞口，一般不宜切削原山坡，但坡面及岩顶稳定，无落石或坍塌可能时，可贴壁进洞。避免在不稳定的悬崖陡壁下进洞，否则应延伸洞口接以明洞，其长度宜延伸到坍塌可能影响的范围以外3m～5m，或采取其他措施，保证营运安全；
　　3）、对于层面不稳定的岩层，开挖面容易因其顺层滑动或坍塌的地段，宜提早进洞，否则，应采取有效的工程措施防止病害；
　　4）、隧道洞口的边坡、仰坡，必须保证稳定，其高度应根据工程和水文地质条件确定。
　　1.2洞口开挖和支护
　　洞口的开挖是用爆破手段破坏原岩应力平衡状态的基础上进行的。如果破坏原岩应力平衡状态后，围岩仍然能够很快达到一个新的平衡状态，那么洞口开挖后是较为安全和稳定的；但是很多情况是：在没有任何支护时，破坏原岩应力平衡状态后围岩根本不能再次达到平衡状态，也就形不成洞口，甚至爆破会引起上部稳定岩体的大量塌落。例如炮岭1号隧道出口洞门处，当时在没有任何支护时就爆破开挖，准备形成洞门，结果引起仰坡坡面整体垮塌，前功尽弃，最终不得不重新削坡再次做大量的准备进洞工作。
　　那么如何才能保证我们能够安全的形成洞门并且顺利进洞呢？首先这要由洞口所处围岩的质量决定。在岩体非常完整，强度很高的岩体中基本上不需要额外的支护，依靠围岩自身的稳定能力就能形成洞门并且顺利进洞，例如112线波罗诺隧道出口洞门处，所处围岩为角闪岩，强度非常高，整体性非常好。洞门开挖一次成型，成形效果非常好，开挖轮廓线光滑完整。
　　在围岩质量差的岩体中就必须采用额外的支护措施确保隧道洞门能够成形。通常有如下几种支护措施：
　　1）、注浆小导管加临时钢拱架（如图1）。这种形式适合岩体较破碎，裂隙张开度较大的岩体，注浆后浆液固结可以使岩体整体性有较大提升。其中钢拱架的作用一方面可以为小导管提供一个力的支撑点，另一方面把拱架用喷射混凝土封闭后可以提供一个安全的施工空间，同时增加整个系统的整体受力能力。小导管的主要作用是为洞顶上部岩体提供一个预支撑力，不致于在开挖后上部岩体马上失稳。另外就是通过小导管对岩体进行注浆处理，增强岩体的整体性。
　　
　　图1注浆小导管加临时钢支撑
　　
　　2）、大管棚加套拱或临时钢拱架（如图2）。该种支护形式适合于土石混合体或围岩非常破碎，岩体强度很低的地质段洞门的开挖。其基本原理类似于注浆小导管加临时钢拱架，但其作用及效果要大大强于注浆小导管加临时钢拱架。
　　
　　图2大管棚加套拱或临时钢拱架
　　
　　由于洞门段存在一个不受岩体约束的自由面，稳定性要差很多。所以，要在尽可能不扰动围岩的情况下进行掘进。
　　总之，洞门的开挖除了强支护外还要坚持弱爆破、短进尺等原则。以达到安全开挖，顺利进洞。
　　二、 现场围岩分级
　　现场围岩分级的原因主要是设计院出具的地质初期勘查报告不够准确详尽，加上地质情况千变万化，实际施工过程中会出现一些地质情况与设计不相符合的段落。为了能够更加客观和准确的对围岩级别做出判定，就必须在开挖过程中对现场围岩进行再次分级，从而更加合理的采用适当支护参数进行支护。
　　平铁线段公路隧道现场围岩分级主要依据是《公路隧道设计规范（JTGD70—2004）》中的围岩分级，也称BQ值法。
　　该评判方法采用两步分级，并按以下顺序进行：
　　1）、根据岩石的坚硬程度和岩体完整程度两个基本因素的定性特征和定量的岩体基本质量指标BQ，综合进行初步分级。
　　2）、对围岩进行详细定级时，应在岩体基本质量分级基础上考虑修正因素的影响，修正岩体基本质量指标值。
　　3）、按修正后的岩体基本质量指标[BQ]，结合岩体的定性特征综合评判、确定围岩的详细分级。
　　详细的分级方法及注意事项如下：
　　围岩分级中岩石坚硬程度、岩体完整程度两个基本因素的定性划分和定量指标及其对应关系应符合下列规定：
　　1 岩石坚硬程度可按表3.6.2-1定性划分。
　　2 岩石坚硬程度定量指标用岩石单轴饱和抗压强度Rc表达。Rc一般采用实测值，若无实测值时，可采用实测的岩石点荷载强度指数IS(50)的换算值，即按式（3.6.2）计算。
　　Rc＝22.82IS(50)0.75
　　3 Rc与岩石坚硬程度定性划分的关系可按表3.6.2-2确定。
　　4 岩体完整程度可按表3.6.2-3定性划分。
　　5 岩体完整程度的定量指标用岩体完整性系数Kv表达。Kv一般用弹性波探测值，若无探测值时，可用岩体体积节理数Jv按表3.6.2-4确定对应的Kv值。
　　6 Kv与定性划分的岩体完整程度的对应关系可按表3.6.2-5确定
　　7 岩体完整程度的定量指标Kv、Jv的测试和计算方法应符合附表A.0.1的规定。
　　围岩基本质量指标BQ应根据分级因素的定量指标Rc值和Kv值按式（3.6.3）计算。
　　BQ＝90＋3Rc＋250Kv（3.6.3）
　　使用式（3.6.3）时应遵守下列限制条件：
　　当Rc＞90Kv＋30时，应以Rc＝90Kv＋30和Kv代入计算BQ值；
　　当Kv＞0.04Rc＋0.4时，应以Kv＝0.04Rc＋0.4和Rc代入计算BQ值。
　　BQ＝90＋3Rc＋250Kv（3.6.3）
　　围岩详细定级时，如遇下列情况之一，应对岩体基本质量指标BQ进行修正：
　　1)、有地下水；
　　2)、围岩稳定性受软弱结构面影响，且由一组起控制作用；
　　3)、存在高初始应力。
　　围岩基本质量指标修正值[BQ]可按式（3.6.4）计算。
　　[BQ]＝BQ－100（K1＋K2＋K3）
　　式中：[BQ]——围岩基本质量指标修正值；
　　BQ——围岩基本质量指标；
　　K1——地下水影响修正系数；
　　K2——主要软弱结构面产状影响修正系数；
　　K3——初始应力状态影响修正系数。
　　K1、K2、K3值可分别按附录表A中表A.0.2-1、表A.0.2-2、表A.0.2-3确定。
　　围岩极高及高初始应力状态的评估，可按附录表A中表A.0.3规定进行。
　　*注：上述公式、表格均指《公路隧道设计规范（JTGD70—2004）》内对应公式、表格。
　　
　　三、 初期支护
　　隧道衬砌的初期支护一般指锚杆喷射混凝土支护，必要时可采用钢纤维喷射混凝土或配合使用钢筋网、钢架或采用辅助的施工措施（如超前锚杆、超前小导管注浆、管棚、地面砂浆锚杆、深孔预注浆）和锚杆支护相结合的支护。
　　下面将对初期支护的组成环节分别进行描述：
　　1、钢筋网喷射混凝土支护
　　钢筋网喷射混凝土支护，是在喷射混凝土之前，在岩面上挂设钢筋网，然后再喷射混凝土。其物理力学性能基本上等同钢纤维喷射混凝土，只是其配筋均匀性较钢纤维差。目前我国在各类隧道工程中，应用钢筋网喷射混凝土支护的比较多，主要用于软弱破碎围岩，而更多的是与锚杆或者钢拱架构成联合支护。
　　混凝土厚度不应小于10cm，亦不易大于25cm。在一般情况下，喷射混凝土中配置钢筋网，有利于抵抗岩石塌落和承受冲击荷载，并减少喷层的开裂。实践证明，当钢筋网间距小于15cm时，喷射混凝土回弹增大，且钢筋网与壁面之间易形成空洞，不能保证混凝土的密实度。当钢筋网间距大于30cm时，则将大大削弱钢筋网在喷射混凝土中的作用，因此，规定钢筋的间距宜为15cm～30cm，钢筋保护层厚度不应小于2.0cm，这与普通钢筋混凝土的规定是一致的。
　　2、锚杆
　　根据隧道围岩情况、隧道断面种类使用条件等，分别有如下类型的锚杆：全长粘接型锚杆、端头锚固型锚杆、摩擦式锚杆、混合式锚固锚杆。本次平铁线隧道施工中我们采用的是全长粘接型锚杆。
　　在实际施工过程中锚杆的布置直接影响系统锚杆对围岩的支护效果，下面将对锚杆的布置原则介绍如下：
　　1)、在隧道横断面上，系统锚杆宜按垂直隧道周边轮廓布置。当遇层状岩层时，尚应增设与主结构面成最大角度的锚杆；
　　2)、在岩面上，锚杆宜成菱形排列；
　　3)、锚杆间距不宜大于锚杆长度的二分之一；Ⅳ、Ⅴ级围岩中的锚杆间距宜为0.5～1.2m，并不得大于1.25m。
　　3、钢拱架
　　前面介绍采用喷射混凝土、锚喷、钢筋网喷射混凝土等支护，都是主要利用其柔性和韧性，而对整体刚度并未有较大的要求。虽然，这对支护其稳定性较好的Ⅳ级围岩～Ⅱ级围岩时可以的。但对于较软弱破碎严重的围岩（Ⅴ级～Ⅳ级）其自稳性差，开挖后要求早期支护具有较大的刚度，以阻止围岩的过度变形和承受部分松弛荷载时就要用到钢拱架。
　　钢拱架的性能特点有：
　　1）、钢拱架的整体刚度较大，可以提供较大的早期支护刚度；型钢拱架较钢筋格栅拱架能更早承载；
　　2）、钢拱架能很好地与锚杆、钢筋网、喷射混凝土相结合，构成联合支护，受力性能较好；
　　3）、钢筋格栅拱架采用钢筋现场加工制作，技术难度不高，对隧道断面变化的适应性好；
　　4）、钢拱架的安装架设比较方便等。
　　这里主要对钢拱架在施作过程中要注意的事项进行简单说明
　　1）、拱脚一定要安设在坚固围岩上，如果基础围岩质量较差，则需要另外制作混凝土支座，其上垫钢板，使拱架受力能够传到基岩上，使拱架真正受力。
　　2）、在开挖仰拱时，一次架空的拱脚不宜超过3榀，并且开挖仰拱后要尽快接腿到下部基础围岩，与仰拱拱架及早闭合。
　　3）、由于爆破过程中形成的超挖使得拱架往往不能与岩面接触密实，所以对于较大超挖形成拱架后的空洞一定要用同标号的片石混凝土充填密实。
　　以上是平铁线隧道施工过程中总结出的一些经验教训，希望能给日后的施工管理提供鉴戒。有不妥之处还请多多指教。 论文发表网