淺談隧道施工工藝管理
一、 洞口開挖及支護(hù)
1.1洞口選址
洞口開挖往往直接涉及到一個(gè)洞口選址的問(wèn)題。因?yàn)槟壳拔覀儑?guó)內(nèi)很多設(shè)計(jì)院出具的地質(zhì)初期勘查報(bào)告往往由于時(shí)間緊、任務(wù)重等原因沒能做到準(zhǔn)確詳盡，所以在施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)很多實(shí)際地質(zhì)情況與原設(shè)計(jì)有較大出入。有時(shí)設(shè)計(jì)圖紙標(biāo)示的進(jìn)洞位置在實(shí)際施工中發(fā)現(xiàn)并不適合進(jìn)洞，例如炮嶺隧道進(jìn)口處，原設(shè)計(jì)所處位置為第四系坡積黃土及亞粘土，土體松軟，結(jié)構(gòu)松散，土體中含有較多地下水，整體自穩(wěn)能力非常差，開挖后不能自穩(wěn)，該處隧道埋深不足5m，非常不適合進(jìn)洞。最終經(jīng)專家組共同討論決定明挖20m，再行決定進(jìn)洞。最終明挖20m后出露出較完整巖體順利進(jìn)洞。事實(shí)證明，實(shí)際操作即節(jié)省了工期，又增加了施工安全性。
因此，隧道洞口位置的選擇應(yīng)根據(jù)地形、地質(zhì)、地下水、洞外路線銜接、不留病害、有利于施工和營(yíng)運(yùn)等因素進(jìn)行比較選擇。具體要求如下：
1）、隧道洞口應(yīng)選擇在山坡穩(wěn)定，地質(zhì)條件較好處，不應(yīng)設(shè)在偏壓很大及嚴(yán)重不良地質(zhì)地段，宜避開排水困難的溝谷低洼處；
2）、位于懸崖陡壁下的洞口，一般不宜切削原山坡，但坡面及巖頂穩(wěn)定，無(wú)落石或坍塌可能時(shí)，可貼壁進(jìn)洞。避免在不穩(wěn)定的懸崖陡壁下進(jìn)洞，否則應(yīng)延伸洞口接以明洞，其長(zhǎng)度宜延伸到坍塌可能影響的范圍以外3m～5m，或采取其他措施，保證營(yíng)運(yùn)安全；
3）、對(duì)于層面不穩(wěn)定的巖層，開挖面容易因其順層滑動(dòng)或坍塌的地段，宜提早進(jìn)洞，否則，應(yīng)采取有效的工程措施防止病害；
4）、隧道洞口的邊坡、仰坡，必須保證穩(wěn)定，其高度應(yīng)根據(jù)工程和水文地質(zhì)條件確定。
1.2洞口開挖和支護(hù)
洞口的開挖是用爆破手段破壞原巖應(yīng)力平衡狀態(tài)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。如果破壞原巖應(yīng)力平衡狀態(tài)后，圍巖仍然能夠很快達(dá)到一個(gè)新的平衡狀態(tài)，那么洞口開挖后是較為安全和穩(wěn)定的；但是很多情況是：在沒有任何支護(hù)時(shí)，破壞原巖應(yīng)力平衡狀態(tài)后圍巖根本不能再次達(dá)到平衡狀態(tài)，也就形不成洞口，甚至爆破會(huì)引起上部穩(wěn)定巖體的大量塌落。例如炮嶺1號(hào)隧道出口洞門處，當(dāng)時(shí)在沒有任何支護(hù)時(shí)就爆破開挖，準(zhǔn)備形成洞門，結(jié)果引起仰坡坡面整體垮塌，前功盡棄，最終不得不重新削坡再次做大量的準(zhǔn)備進(jìn)洞工作。
那么如何才能保證我們能夠安全的形成洞門并且順利進(jìn)洞呢？首先這要由洞口所處圍巖的質(zhì)量決定。在巖體非常完整，強(qiáng)度很高的巖體中基本上不需要額外的支護(hù)，依靠圍巖自身的穩(wěn)定能力就能形成洞門并且順利進(jìn)洞，例如112線波羅諾隧道出口洞門處，所處圍巖為角閃巖，強(qiáng)度非常高，整體性非常好。洞門開挖一次成型，成形效果非常好，開挖輪廓線光滑完整。
在圍巖質(zhì)量差的巖體中就必須采用額外的支護(hù)措施確保隧道洞門能夠成形。通常有如下幾種支護(hù)措施：
1）、注漿小導(dǎo)管加臨時(shí)鋼拱架（如圖1）。這種形式適合巖體較破碎，裂隙張開度較大的巖體，注漿后漿液固結(jié)可以使巖體整體性有較大提升。其中鋼拱架的作用一方面可以為小導(dǎo)管提供一個(gè)力的支撐點(diǎn)，另一方面把拱架用噴射混凝土封閉后可以提供一個(gè)安全的施工空間，同時(shí)增加整個(gè)系統(tǒng)的整體受力能力。小導(dǎo)管的主要作用是為洞頂上部巖體提供一個(gè)預(yù)支撐力，不致于在開挖后上部巖體馬上失穩(wěn)。另外就是通過(guò)小導(dǎo)管對(duì)巖體進(jìn)行注漿處理，增強(qiáng)巖體的整體性。
2）、大管棚加套拱或臨時(shí)鋼拱架（如圖2）。該種支護(hù)形式適合于土石混合體或圍巖非常破碎，巖體強(qiáng)度很低的地質(zhì)段洞門的開挖。其基本原理類似于注漿小導(dǎo)管加臨時(shí)鋼拱架，但其作用及效果要大大強(qiáng)于注漿小導(dǎo)管加臨時(shí)鋼拱架。
由于洞門段存在一個(gè)不受巖體約束的自由面，穩(wěn)定性要差很多。所以，要在盡可能不擾動(dòng)圍巖的情況下進(jìn)行掘進(jìn)。
總之，洞門的開挖除了強(qiáng)支護(hù)外還要堅(jiān)持弱爆破、短進(jìn)尺等原則。以達(dá)到安全開挖，順利進(jìn)洞。
二、 現(xiàn)場(chǎng)圍巖分級(jí)
現(xiàn)場(chǎng)圍巖分級(jí)的原因主要是設(shè)計(jì)院出具的地質(zhì)初期勘查報(bào)告不夠準(zhǔn)確詳盡，加上地質(zhì)情況千變?nèi)f化，實(shí)際施工過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)一些地質(zhì)情況與設(shè)計(jì)不相符合的段落。為了能夠更加客觀和準(zhǔn)確的對(duì)圍巖級(jí)別做出判定，就必須在開挖過(guò)程中對(duì)現(xiàn)場(chǎng)圍巖進(jìn)行再次分級(jí)，從而更加合理的采用適當(dāng)支護(hù)參數(shù)進(jìn)行支護(hù)。
平鐵線段公路隧道現(xiàn)場(chǎng)圍巖分級(jí)主要依據(jù)是《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范（JTGD70—2004）》中的圍巖分級(jí)，也稱BQ值法。
該評(píng)判方法采用兩步分級(jí)，并按以下順序進(jìn)行：
1）、根據(jù)巖石的堅(jiān)硬程度和巖體完整程度兩個(gè)基本因素的定性特征和定量的巖體基本質(zhì)量指標(biāo)BQ，綜合進(jìn)行初步分級(jí)。
2）、對(duì)圍巖進(jìn)行詳細(xì)定級(jí)時(shí)，應(yīng)在巖體基本質(zhì)量分級(jí)基礎(chǔ)上考慮修正因素的影響，修正巖體基本質(zhì)量指標(biāo)值。
3）、按修正后的巖體基本質(zhì)量指標(biāo)[BQ]，結(jié)合巖體的定性特征綜合評(píng)判、確定圍巖的詳細(xì)分級(jí)。
詳細(xì)的分級(jí)方法及注意事項(xiàng)如下：
圍巖分級(jí)中巖石堅(jiān)硬程度、巖體完整程度兩個(gè)基本因素的定性劃分和定量指標(biāo)及其對(duì)應(yīng)關(guān)系應(yīng)符合下列規(guī)定：
1 巖石堅(jiān)硬程度可按表3.6.2-1定性劃分。
2 巖石堅(jiān)硬程度定量指標(biāo)用巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度Rc表達(dá)。Rc一般采用實(shí)測(cè)值，若無(wú)實(shí)測(cè)值時(shí)，可采用實(shí)測(cè)的巖石點(diǎn)荷載強(qiáng)度指數(shù)IS(50)的換算值，即按式（3.6.2）計(jì)算。
Rc＝22.82IS(50)0.75
3 Rc與巖石堅(jiān)硬程度定性劃分的關(guān)系可按表3.6.2-2確定。
4 巖體完整程度可按表3.6.2-3定性劃分。
5 巖體完整程度的定量指標(biāo)用巖體完整性系數(shù)Kv表達(dá)。Kv一般用彈性波探測(cè)值，若無(wú)探測(cè)值時(shí)，可用巖體體積節(jié)理數(shù)Jv按表3.6.2-4確定對(duì)應(yīng)的Kv值。
6 Kv與定性劃分的巖體完整程度的對(duì)應(yīng)關(guān)系可按表3.6.2-5確定
7 巖體完整程度的定量指標(biāo)Kv、Jv的測(cè)試和計(jì)算方法應(yīng)符合附表A.0.1的規(guī)定。
圍巖基本質(zhì)量指標(biāo)BQ應(yīng)根據(jù)分級(jí)因素的定量指標(biāo)Rc值和Kv值按式（3.6.3）計(jì)算。
BQ＝90＋3Rc＋250Kv（3.6.3）
使用式（3.6.3）時(shí)應(yīng)遵守下列限制條件：
當(dāng)Rc＞90Kv＋30時(shí)，應(yīng)以Rc＝90Kv＋30和Kv代入計(jì)算BQ值；
當(dāng)Kv＞0.04Rc＋0.4時(shí)，應(yīng)以Kv＝0.04Rc＋0.4和Rc代入計(jì)算BQ值。
BQ＝90＋3Rc＋250Kv（3.6.3）
圍巖詳細(xì)定級(jí)時(shí)，如遇下列情況之一，應(yīng)對(duì)巖體基本質(zhì)量指標(biāo)BQ進(jìn)行修正：
1)、有地下水；
2)、圍巖穩(wěn)定性受軟弱結(jié)構(gòu)面影響，且由一組起控制作用；
3)、存在高初始應(yīng)力。
圍巖基本質(zhì)量指標(biāo)修正值[BQ]可按式（3.6.4）計(jì)算。
[BQ]＝BQ－100（K1＋K2＋K3）
式中：[BQ]——圍巖基本質(zhì)量指標(biāo)修正值；
BQ——圍巖基本質(zhì)量指標(biāo)；
K1——地下水影響修正系數(shù)；
K2——主要軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀影響修正系數(shù)；
K3——初始應(yīng)力狀態(tài)影響修正系數(shù)。
K1、K2、K3值可分別按附錄表A中表A.0.2-1、表A.0.2-2、表A.0.2-3確定。
圍巖極高及高初始應(yīng)力狀態(tài)的評(píng)估，可按附錄表A中表A.0.3規(guī)定進(jìn)行。
*注：上述公式、表格均指《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范（JTGD70—2004）》內(nèi)對(duì)應(yīng)公式、表格。
三、 初期支護(hù)
隧道襯砌的初期支護(hù)一般指錨桿噴射混凝土支護(hù)，必要時(shí)可采用鋼纖維噴射混凝土或配合使用鋼筋網(wǎng)、鋼架或采用輔助的施工措施（如超前錨桿、超前小導(dǎo)管注漿、管棚、地面砂漿錨桿、深孔預(yù)注漿）和錨桿支護(hù)相結(jié)合的支護(hù)。
下面將對(duì)初期支護(hù)的組成環(huán)節(jié)分別進(jìn)行描述：
1、鋼筋網(wǎng)噴射混凝土支護(hù)
鋼筋網(wǎng)噴射混凝土支護(hù)，是在噴射混凝土之前，在巖面上掛設(shè)鋼筋網(wǎng)，然后再噴射混凝土。其物理力學(xué)性能基本上等同鋼纖維噴射混凝土，只是其配筋均勻性較鋼纖維差。目前我國(guó)在各類隧道工程中，應(yīng)用鋼筋網(wǎng)噴射混凝土支護(hù)的比較多，主要用于軟弱破碎圍巖，而更多的是與錨桿或者鋼拱架構(gòu)成聯(lián)合支護(hù)。
混凝土厚度不應(yīng)小于10cm，亦不易大于25cm。在一般情況下，噴射混凝土中配置鋼筋網(wǎng)，有利于抵抗巖石塌落和承受沖擊荷載，并減少噴層的開裂。實(shí)踐證明，當(dāng)鋼筋網(wǎng)間距小于15cm時(shí)，噴射混凝土回彈增大，且鋼筋網(wǎng)與壁面之間易形成空洞，不能保證混凝土的密實(shí)度。當(dāng)鋼筋網(wǎng)間距大于30cm時(shí)，則將大大削弱鋼筋網(wǎng)在噴射混凝土中的作用，因此，規(guī)定鋼筋的間距宜為15cm～30cm，鋼筋保護(hù)層厚度不應(yīng)小于2.0cm，這與普通鋼筋混凝土的規(guī)定是一致的。
2、錨桿
根據(jù)隧道圍巖情況、隧道斷面種類使用條件等，分別有如下類型的錨桿：全長(zhǎng)粘接型錨桿、端頭錨固型錨桿、摩擦式錨桿、混合式錨固錨桿。本次平鐵線隧道施工中我們采用的是全長(zhǎng)粘接型錨桿。
在實(shí)際施工過(guò)程中錨桿的布置直接影響系統(tǒng)錨桿對(duì)圍巖的支護(hù)效果，下面將對(duì)錨桿的布置原則介紹如下：
1)、在隧道橫斷面上，系統(tǒng)錨桿宜按垂直隧道周邊輪廓布置。當(dāng)遇層狀巖層時(shí)，尚應(yīng)增設(shè)與主結(jié)構(gòu)面成最大角度的錨桿；
2)、在巖面上，錨桿宜成菱形排列；
3)、錨桿間距不宜大于錨桿長(zhǎng)度的二分之一；Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖中的錨桿間距宜為0.5～1.2m，并不得大于1.25m。
3、鋼拱架
前面介紹采用噴射混凝土、錨噴、鋼筋網(wǎng)噴射混凝土等支護(hù)，都是主要利用其柔性和韌性，而對(duì)整體剛度并未有較大的要求。雖然，這對(duì)支護(hù)其穩(wěn)定性較好的Ⅳ級(jí)圍巖～Ⅱ級(jí)圍巖時(shí)可以的。但對(duì)于較軟弱破碎嚴(yán)重的圍巖（Ⅴ級(jí)～Ⅳ級(jí)）其自穩(wěn)性差，開挖后要求早期支護(hù)具有較大的剛度，以阻止圍巖的過(guò)度變形和承受部分松弛荷載時(shí)就要用到鋼拱架。
鋼拱架的性能特點(diǎn)有：
1）、鋼拱架的整體剛度較大，可以提供較大的早期支護(hù)剛度；型鋼拱架較鋼筋格柵拱架能更早承載；
2）、鋼拱架能很好地與錨桿、鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土相結(jié)合，構(gòu)成聯(lián)合支護(hù)，受力性能較好；
3）、鋼筋格柵拱架采用鋼筋現(xiàn)場(chǎng)加工制作，技術(shù)難度不高，對(duì)隧道斷面變化的適應(yīng)性好；
4）、鋼拱架的安裝架設(shè)比較方便等。
這里主要對(duì)鋼拱架在施作過(guò)程中要注意的事項(xiàng)進(jìn)行簡(jiǎn)單說(shuō)明
1）、拱腳一定要安設(shè)在堅(jiān)固圍巖上，如果基礎(chǔ)圍巖質(zhì)量較差，則需要另外制作混凝土支座，其上墊鋼板，使拱架受力能夠傳到基巖上，使拱架真正受力。
2）、在開挖仰拱時(shí)，一次架空的拱腳不宜超過(guò)3榀，并且開挖仰拱后要盡快接腿到下部基礎(chǔ)圍巖，與仰拱拱架及早閉合。
3）、由于爆破過(guò)程中形成的超挖使得拱架往往不能與巖面接觸密實(shí)，所以對(duì)于較大超挖形成拱架后的空洞一定要用同標(biāo)號(hào)的片石混凝土充填密實(shí)。
以上是平鐵線隧道施工過(guò)程中總結(jié)出的一些經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，希望能給日后的施工管理提供鑒戒。有不妥之處還請(qǐng)多多指教。
