摘 要：本文是筆者3年多從事隧道施工技術(shù)管理工作的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，從開挖到支護(hù)，從方案措施到質(zhì)量控制，均有簡(jiǎn)要敘述，希望對(duì)提高我們十七局隧道施工技術(shù)水平有所幫助。
關(guān)鍵詞：隧道施工 技術(shù)管理 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)
隨著道路工程建設(shè)步伐的加快，我國(guó)隧道延米數(shù)成倍地增長(zhǎng)。同時(shí)，隧道施工安全問題也隨之被提上重要議事日程上來。隧道施工安全是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，哪一個(gè)方面、哪一個(gè)階段、哪一個(gè)環(huán)節(jié)的工作沒有做好都可能釀成事故。如何有效地確保隧道施工安全，是擺在我們單位廣大隧道施工管理者和技術(shù)人員面前的一個(gè)課題。
一、開挖是隧道施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)
開挖工作是隧道施工的第一流程，開挖工作的優(yōu)越與否直接影響隧道施工的安全、質(zhì)量和效益。提高光面爆破，可以減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)，減少應(yīng)力集中，有利于自然拱的形成，便于噴砼工藝，因此，隧道施工安全的關(guān)鍵是開挖。
良好的光面爆破可以減少超欠挖，這樣減少了欠挖處理及超挖石碴的外運(yùn)量，減少襯砌時(shí)砼的回填量，而且砼襯砌厚度均勻減少了應(yīng)力集中。因此，開挖也是影響隧道襯砌工作的關(guān)鍵。
開挖是關(guān)鍵，還在于開挖決定了隧道的初始幾何尺寸，表明了隧道的貫通及誤差，一旦開挖出了問題，其它后續(xù)工序也就失去了意義，再次施工安全就很可能得不到保障。
爆破參數(shù)設(shè)計(jì)是光爆控制的重要環(huán)節(jié)，在綜合考慮圍巖狀況、巖石整體性好壞、節(jié)理裂隙發(fā)育規(guī)律等多方面因素后，精確合理地設(shè)計(jì)爆破參數(shù)，降低工料消耗，提高光面爆破效果。
鉆孔設(shè)備的選擇對(duì)光面爆破的效果起重要作用，大嶺山隧道開挖采用人工開挖的方式，因此，操作手的經(jīng)驗(yàn)及熟練程度至關(guān)重要。很多項(xiàng)目在施工隧道前對(duì)操作人員進(jìn)行了崗前培訓(xùn)，操作人員在施鉆時(shí)抓住了“準(zhǔn)、平、齊、直”的要點(diǎn)，同時(shí)對(duì)風(fēng)槍進(jìn)行了適當(dāng)改進(jìn)，改造了部分風(fēng)槍油壺的位置，減少了鉆爆形成的臺(tái)階，拱頂和邊墻光面爆破均達(dá)到了很高的水準(zhǔn)。
二、防坍是保證隧道施工安全的最重要環(huán)節(jié)
開挖中最重要的一點(diǎn)就是防塌。大嶺山隧道施工采用傳統(tǒng)的施工方法——鉆爆法施工。隧道由于受炸藥爆破震動(dòng)的影響，破壞了原有巖體內(nèi)部受力平衡，當(dāng)施工方法不當(dāng)或支護(hù)不力時(shí)，圍巖就會(huì)因失穩(wěn)而發(fā)生坍塌。因此，采用鉆爆法施工的隧道如何防止坍方是確保隧道施工安全和工程質(zhì)量的關(guān)鍵。
1、坍方的地形和部位
在山區(qū)修建隧道，由于隧道穿越地區(qū)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)的復(fù)雜多變，決定了山嶺隧道的施工難度。下面列舉容易發(fā)生塌方的地段和部位，以便遇到類似情況時(shí)能引起高度重視。
(1)容易發(fā)生塌方的地段
a.埋深較淺地段：山嶺隧道埋深在200米以下時(shí)，圍巖由于受到地表水侵蝕，巖層風(fēng)化嚴(yán)重，如施工不當(dāng)易發(fā)生塌方。
b.斷層破碎帶及斷層影響帶：因其圍巖破碎，自穩(wěn)能力差，并含有大量的填充物和地下水，如施工不當(dāng)易發(fā)生塌方。
c.巖層接觸帶：因其巖層不同，且大多伴有小構(gòu)造，如重視不夠可能會(huì)發(fā)生塌方。
d.高應(yīng)力地段：在軟質(zhì)圍巖中，由于受到高地應(yīng)力的影響，圍巖變形較大，若支護(hù)不力極易發(fā)生坍方。
e.在高水位富水地段：巖溶呈不規(guī)律性分布，隨時(shí)遇到意想不到的溶洞，若防備不及，溶洞內(nèi)的填充物涌出或坍塌，也會(huì)給工程造成不利的影響。
(2)容易發(fā)生坍方的部位
a.隧道洞口：隧道洞口集埋深淺、石質(zhì)較差、受力結(jié)構(gòu)復(fù)雜等不利因素于一體，處理不當(dāng)極易發(fā)生坍方。
b.隧道拱腳：當(dāng)采用臺(tái)階法施工開挖下半斷面時(shí)，若拱腳支護(hù)不力，極易造成坍方。
c.隧道墻腳：當(dāng)進(jìn)行檢底施工時(shí)，措施不當(dāng)墻腳懸空時(shí)，致使邊墻失穩(wěn)而發(fā)生偏幫。
d.隧道拱部：地質(zhì)條件較差，拱部變形較大，支護(hù)強(qiáng)度不足時(shí)，易發(fā)生拱部坍塌。
e.隧道與隧道的交叉部位，即主洞與支洞交叉的部位，也就是通常所說的交叉三角區(qū)，如果處理不當(dāng)，支護(hù)不力，極易發(fā)生坍方。
f.在水平巖層或近似水平巖層中，拱部易發(fā)生掉頂；在垂直巖層或近似垂直巖層中，邊墻易發(fā)生偏幫。
2.防止出現(xiàn)坍方的預(yù)防措施
在山嶺隧道施工中，如果施工方法及支護(hù)手段使用不當(dāng)，不僅不能加快施工進(jìn)度，而且也不能保證工程質(zhì)量和施工安全，易造成坍方。為此，特別強(qiáng)調(diào)合適的施工方法：隧道施工過程和方法是多種多樣的，目前在我們經(jīng)常采用的礦山法中大致有全斷面法、臺(tái)階法和分部開挖法三大類。
在當(dāng)前的施工實(shí)踐中，采用最多的方法是臺(tái)階法（含環(huán)形開挖預(yù)留核心土法），其次是全斷面法。選擇施工方法，并不完全決定于地質(zhì)條件。地質(zhì)條件僅僅是選擇施工方法的一個(gè)因素，而更應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是：施工方法必須符合快速、安全、質(zhì)量及環(huán)境的要求。其中環(huán)境因素有時(shí)成為選擇施工方法的決定性因素。
（1）、選擇施工方法時(shí)需考慮的基本因素大體上可歸納為：
a.施工條件：實(shí)踐證實(shí)，施工條件是決定施工方法的最基本因素，它包括一個(gè)施工隊(duì)伍所具備的施工能力、素質(zhì)以及管理水平。目前我們單位隧道施工隊(duì)伍的素質(zhì)和施工裝備水平，有高有低，參差不齊，因此，在選擇施工方法時(shí)，不能不考慮這個(gè)因素的影響。
b.圍巖條件：也就是地質(zhì)條件，其中包括圍巖級(jí)別、地下水及不良地質(zhì)現(xiàn)象等。圍巖級(jí)別是對(duì)圍巖工程性質(zhì)的綜合判定，對(duì)施工方法的選擇起著重要的甚至決定性的作用。
c.隧道斷面積：隧道尺寸和形狀，對(duì)施工方法選擇也有一定的影響。目前隧道斷面有向大斷面方向發(fā)展的趨勢(shì)，如大嶺山隧道。在這種情況下，施工方法必須適應(yīng)其發(fā)展。在客運(yùn)專線隧道中，越來越多地采用了全斷面法及臺(tái)階法；而在更大斷面的隧道工程或客專隧道即將貫通時(shí)，先采用各種方法修小斷面的導(dǎo)坑，再擴(kuò)大形成全斷面的施工方法極為盛行。
d.埋深：隧道埋深與圍巖的初始應(yīng)力場(chǎng)及多種因素有關(guān)，通常將埋深分為淺埋和深埋兩類，有時(shí)將淺埋又分為超淺埋和淺埋兩類。在同樣地質(zhì)條件下，由于埋深的不同，施工方法也將有很大差異。
f.工期：作為設(shè)計(jì)條件之一的施工工期，在一定程度上會(huì)影響基本施工方法的選擇。因?yàn)楣て跊Q定了在均衡生產(chǎn)的條件下，對(duì)開挖、運(yùn)輸?shù)染C合生產(chǎn)能力的基本要求，即對(duì)施工均衡速度、機(jī)械化水平和管理模式的要求。
g.環(huán)境條件：當(dāng)隧道施工對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生如爆破振動(dòng)、地表下沉、噪聲、地下水條件的變化等不良影響時(shí)，環(huán)境條件也應(yīng)成為選擇隧道施工方法的重要因素之一，在城市條件下，甚至?xí)蔀檫x擇施工方法的決定性因素。
（2）、各種施工方法在不同圍巖和隧道中適用情況
a.全斷面法
適用于鐵路雙線隧道Ⅰ～Ⅱ級(jí)圍巖地段。通常采用全斷面鉆孔一次起爆方法。提高光面爆破效果，可推廣預(yù)留光爆層的開挖方法。
b.臺(tái)階法
適用于鐵路隧道Ⅲ、Ⅳ級(jí)圍巖。臺(tái)階數(shù)量和長(zhǎng)度，要根據(jù)圍巖條件而定。Ⅲ級(jí)圍巖一般采用兩臺(tái)階法；Ⅳ級(jí)圍巖及Ⅲ級(jí)偏弱圍巖，可用三臺(tái)階法。
臺(tái)階法施工的循環(huán)進(jìn)尺，要根據(jù)開挖跨度和圍巖類別、自穩(wěn)時(shí)間嚴(yán)格控制，并與初期支護(hù)鋼架設(shè)計(jì)間距相對(duì)應(yīng)。每次以架立1～2榀鋼架為宜。
上部斷面開挖視圍巖自穩(wěn)條件，可采用一次開挖成形和環(huán)形導(dǎo)坑預(yù)留核心土開挖法，該法適用于鐵路隧道Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖。當(dāng)圍巖自穩(wěn)性很差時(shí)，必須采用小導(dǎo)管或錨桿(注漿)等超前支護(hù)措施，土質(zhì)隧道還可采用人工開槽，槽內(nèi)嵌設(shè)鋼架，噴混凝土預(yù)支護(hù)后再開挖的方法。
下部斷面(中、下層臺(tái)階)是開挖作業(yè)的重要環(huán)節(jié)。在下部開挖中，出現(xiàn)過因方法欠妥，作業(yè)不慎引起初期支護(hù)失穩(wěn)造成的坍方，必須引起高度重視。在開挖順序上，宜采用先挖側(cè)槽、左右錯(cuò)開向前推進(jìn)的做法，不宜采用拉中槽挖馬口的方法。側(cè)槽開挖長(zhǎng)度，靠近邊墻范圍應(yīng)采用風(fēng)鉆、風(fēng)鎬手工開挖，人工清壁扒碴，嚴(yán)禁使用重型機(jī)械開挖和裝碴，以免對(duì)圍巖過大擾動(dòng)、破壞圍巖和初期支護(hù)系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性。
c.進(jìn)洞方法
進(jìn)洞施工方法要根據(jù)洞口段地形、地貌和圍巖條件而定.洞口段為整體性好的Ⅰ、Ⅱ級(jí)硬巖時(shí)，路塹成型后，即可按全斷面法直接進(jìn)洞。淺埋、坡積、軟弱的Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖時(shí)，宜采用臺(tái)階法進(jìn)洞。一般應(yīng)結(jié)合洞口路塹施工分層開挖，到達(dá)暗洞進(jìn)口里程前4m左右，按設(shè)計(jì)進(jìn)行管棚超前支護(hù)，而后按臺(tái)階法施工。拱部要采用環(huán)形開挖留核心土法，下部視情況分一層或兩層開挖。為確保安全順利進(jìn)洞，暗洞前4m的初期支護(hù)通常做成套拱。當(dāng)暗洞掘進(jìn)20米左右后，要及時(shí)施作仰拱和二次襯砌。
（3）、采用正確的支護(hù)手段和方法
除了施工方法安全合理實(shí)用外，采用合理、經(jīng)濟(jì)的施工支護(hù)手段也是防止隧道坍方的關(guān)鍵。隧道支護(hù)應(yīng)根據(jù)不同的圍巖級(jí)別及地質(zhì)狀況進(jìn)行施作，對(duì)洞口存在堆積體、滑坡體、淺埋及軟弱地層等不良地質(zhì)隧道，可采用大管棚、小導(dǎo)管注漿超前支護(hù)，地表注漿加固及地面旋噴樁加固等措施。部分隧道洞口設(shè)置抗滑樁保證坡體的整體穩(wěn)定，進(jìn)洞后盡快施做洞門，確保進(jìn)洞洞口安全；洞內(nèi)軟弱地層地段以錨、噴、網(wǎng)為主要支護(hù)手段，必要時(shí)加格柵鋼架，強(qiáng)化支護(hù)措施，同時(shí)減少對(duì)巖體的擾動(dòng)，抑制圍巖過度松弛變形，確保洞內(nèi)施工安全。
初期支護(hù)是主要受力結(jié)構(gòu)，應(yīng)按永久結(jié)構(gòu)沒計(jì)，且必須在其基本穩(wěn)定后開始進(jìn)行防水層和二次模筑襯砌，尚未穩(wěn)定情況下，用模筑襯砌進(jìn)行支護(hù)是不安全的，襯砌會(huì)產(chǎn)生開裂。若采用鋪底超前、仰拱超前的模筑襯砌的方法，是有利于地層穩(wěn)定的。初期支護(hù)由鋼筋網(wǎng)、鋼拱架、噴混凝上組成，鋼拱架接頭聯(lián)結(jié)處設(shè)鎖腳鋼管。
二次襯砌為安全儲(chǔ)備和承受部分流變荷載、地震力等。二次襯砌由模筑混凝土、鋼筋混凝土兩種型式組成。
3.施工中應(yīng)注意以下問題
(1)淺埋或軟弱圍巖隧道正臺(tái)階施工不允許分長(zhǎng)、中、微臺(tái)階，臺(tái)階長(zhǎng)度為一倍洞徑，第一個(gè)上臺(tái)階高度定為2.5m，有利于快速將頂部一次支護(hù)、網(wǎng)構(gòu)鋼架安裝定位，有利于安全。小導(dǎo)管長(zhǎng)度應(yīng)為臺(tái)階高度加1m。所以，初期設(shè)置小導(dǎo)管長(zhǎng)度3.5m是指臺(tái)階高度2.5m時(shí)的情況。
(2)在任何情況下，使隧道斷面能在較短時(shí)間內(nèi)閉合是極為重要的。
(3)支護(hù)結(jié)構(gòu)施工必須是初期支護(hù)從上向下施作，二次模筑襯砌必須從下向上施作。
(4)在軟弱地層段隧道襯砌施工采取緊跟的原則：即襯砌施工以距掌子面不超過規(guī)范為限。仰拱超前、襯砌緊跟能圍巖過度松弛變形，保證施工安全的作用更為顯著。
(5)實(shí)施性施工組織設(shè)計(jì)必須把安全方案作為重要內(nèi)容，從技術(shù)工藝、設(shè)備器材、作業(yè)流程、風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)等各個(gè)方面做好預(yù)控措施。
三、必須堅(jiān)持動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)施工、動(dòng)態(tài)管理
必須遵循信息化反饋設(shè)計(jì)、信息化施工、信息化動(dòng)態(tài)原理。設(shè)計(jì)人員必須及時(shí)修改圖紙，必須尊重施工信息。必須在現(xiàn)場(chǎng)建立建設(shè)方牽頭，以施工單位為主體的設(shè)計(jì)、監(jiān)理動(dòng)態(tài)管理小組，實(shí)現(xiàn)及時(shí)支護(hù)、及時(shí)封閉、及時(shí)量測(cè)、及時(shí)反饋、及時(shí)修正的隧道工程管理辦法。
隧道施工中，利用先進(jìn)的信息技術(shù)，及時(shí)反饋地質(zhì)變化情況和支護(hù)受力變形情況，適時(shí)調(diào)整施工方法和支護(hù)手段，準(zhǔn)備預(yù)防應(yīng)急措施，避免坍方施工的發(fā)生，確保施工安全。在目前隧道施工中，一般采用超前地質(zhì)預(yù)探探報(bào)技術(shù)、監(jiān)控量測(cè)技術(shù)等手段預(yù)報(bào)隧道開挖前方工程地質(zhì)和水文地質(zhì)情況，監(jiān)測(cè)支護(hù)結(jié)構(gòu)受力變形情況，為設(shè)計(jì)變更及施工中采取相應(yīng)的施工方法和支護(hù)手段提供依據(jù)。
必須重視隧道的綜合地質(zhì)超前預(yù)報(bào)，將超前地質(zhì)預(yù)報(bào)作為一道工序來保證。預(yù)報(bào)方法：短期為地質(zhì)鉆孔，長(zhǎng)期為地質(zhì)雷達(dá)。
采用監(jiān)控量測(cè)技術(shù)控制地表下沉和防塌方是最可靠的力法。監(jiān)控量測(cè)是施工的核心，必須認(rèn)真、快速獲取結(jié)果，掌握洞身的變化特點(diǎn)，尤其要重視一倍洞徑處的穩(wěn)定性，這往往是塌方、變形的最危險(xiǎn)時(shí)間的區(qū)段。
四、重視初期支護(hù)的施工質(zhì)量
支護(hù)是安全的保證。初期支護(hù)應(yīng)及時(shí)施作，早封閉，快成環(huán)，控制變形。開挖后，巖石暴露時(shí)間要控制在2～4小時(shí)以內(nèi)，應(yīng)先初噴4～5cm厚混凝土封閉巖面，然后安裝格柵、錨桿等初期支撐，再?gòu)?fù)噴至設(shè)計(jì)厚度。在軟弱地層應(yīng)采用潮噴混凝土，不提倡濕噴混凝土。因濕噴工藝不過關(guān)，不能將圍巖的的承載力提高，形成圍巖、噴層兩張皮。濕噴早期強(qiáng)度低，回彈量大。潮噴可以把圍巖裂隙阻死，形成圍巖組成的承載拱，這正是強(qiáng)調(diào)圍巖爆破后不找頂而及時(shí)初噴的原因。
格柵鋼架安裝須符合設(shè)計(jì)位置，緊貼圍巖，中間有空隙時(shí)，必須用噴混凝土充填密實(shí)，絕不允許填塞木柴和片石，出現(xiàn)“兩層皮”現(xiàn)象。有很多隧道坍塌都是與初支背后空洞有關(guān)，這方面有血的教訓(xùn)，因此，施工中必須加強(qiáng)對(duì)此道工序的控制。兩榀格柵鋼架之間必須用連接筋焊接，拱腳處要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況采用縱向托梁、鎖腳鋼管或擴(kuò)大拱腳等措施進(jìn)行加強(qiáng)，這是保證下步開挖安全最重要的措施，必須認(rèn)真落實(shí)。鋼架落底接長(zhǎng)時(shí)應(yīng)沿隧道兩側(cè)交錯(cuò)進(jìn)行，根據(jù)圍巖條件每次接長(zhǎng)1～3榀，上下格柵鋼架必須對(duì)接牢固；格柵鋼架安裝好后，復(fù)噴混凝土到設(shè)計(jì)厚度，保護(hù)層厚度不得小于3～4cm。
設(shè)計(jì)要求和現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件選用。一定要保證錨桿方向和數(shù)量，采用砂漿錨桿時(shí)要確保注漿飽滿，稠度適中，錨桿插入深度不得小于設(shè)計(jì)長(zhǎng)度的95％；有水地段優(yōu)先采用藥包式、楔縫式或縫管式錨桿，端頭錨固錨桿一定要保證端頭錨固部分的緊固質(zhì)量。尾部必須加墊板，墊板應(yīng)緊固密貼圍巖和格柵，以提高錨固效果。
五、淺埋暗挖隧道施工原則
1.首先應(yīng)按設(shè)計(jì)采用小導(dǎo)管超前支護(hù)技術(shù)。
2.突出快速施工，考慮時(shí)空效應(yīng)，做到5個(gè)及時(shí)：及時(shí)支護(hù)、及時(shí)封閉、及時(shí)量測(cè)、及時(shí)反饋、及時(shí)修正。
3.采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，一次支護(hù)由噴射混凝土、鋼筋網(wǎng)、網(wǎng)構(gòu)鋼拱架組成。鋼拱架聯(lián)結(jié)處將索腳錨管和鋼拱架焊接，形成一次支護(hù)。
4.淺埋暗挖法18字方針是施工的原則和要點(diǎn)的精辟總結(jié)，即：“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測(cè)”。
5.拓寬淺埋暗挖法在有水、不穩(wěn)定地層中應(yīng)用時(shí)，要采用以注漿堵水為主，以降水為輔的原則。采用劈裂注漿加固和堵住80％的水源，降掉20％的少量裂隙水，以達(dá)到減少地表下沉的目的。
6.選擇適宜的輔助施工工法。常用的有：環(huán)形開挖留核心土；噴射混凝土封閉開挖工作面；超前錨桿或超前小導(dǎo)管支護(hù)；超前小導(dǎo)管周邊注漿支護(hù)；設(shè)置上臺(tái)階臨時(shí)仰拱；跟蹤注漿加固地層；洞內(nèi)真空泵降水、洞內(nèi)超前降排水；洞外深井泵降水等。
7.仰拱應(yīng)緊跟下臺(tái)階，超前于襯砌施工。Ⅳ級(jí)以下圍巖段鋪底宜超前施工，以便改善運(yùn)輸條件，方便襯砌作業(yè)。仰拱、虛碴、積水排除干凈，超挖時(shí)采用同標(biāo)號(hào)混凝土或漿砌片石回填。
