隧道施工工藝控制

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　摘要：本文認(rèn)為加強(qiáng)隧道施工工藝控制是確保隧道工程質(zhì)量的重要方法。

　　前言

　　近年來，隨著我國(guó)西部大開發(fā)力度的加大，在快速發(fā)展的公路建設(shè)中，在多山的地區(qū)，隧道工程在公路工程中就變成一個(gè)重要的組成部分。而且隧道工程相對(duì)路面，橋梁工程來說有它的特殊性：一般地質(zhì)條件都比較復(fù)雜而且很難預(yù)測(cè)，完工后隱患不易察覺，這就須在施工過程中加強(qiáng)施工管理，做好工藝控制。

　　隧道施工主要包括開挖和支護(hù)兩大部分。在勘察設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)實(shí)際地質(zhì)，地貌，符合路線順接要求的基礎(chǔ)上，本著路線最短，成本最低的原則確定具體的施工線路。施工就要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案，保證每一步驟實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的意圖。

　　1、開挖

　　開挖是隧道施工的龍頭，質(zhì)量，進(jìn)度，安全，效益等無不與之密切相關(guān)，開挖符合要求，支護(hù)才有一個(gè)順利的保證基礎(chǔ)。

　　1.1開挖的輔助手段開挖的最大困難是隧道圍巖、地質(zhì)構(gòu)造、滲水等情況復(fù)雜多變，很難完全了解。為了及時(shí)掌握變化的情況，指導(dǎo)施工，就要重視測(cè)量和地質(zhì)超前預(yù)報(bào)。

　　1.1.1測(cè)量某省最長(zhǎng)的一座3.3km的公路隧道，為上、下行分離式隧道，從兩頭同時(shí)對(duì)向開挖，四個(gè)開挖工作面，測(cè)量用同一系統(tǒng)控制，保證兩端有同一目標(biāo)，而且每二個(gè)月通過三角網(wǎng)或精密網(wǎng)對(duì)導(dǎo)線點(diǎn)校核一次，避免在施工過程中誤差累積而產(chǎn)生較大的偏差。隨著隧道開挖的進(jìn)程加大，單洞單幅導(dǎo)線就象一根甩出的繩子，越長(zhǎng)越容易偏離控制的中軸位置，也可以通過聯(lián)絡(luò)洞，把測(cè)出的導(dǎo)線值代入后相互驗(yàn)證，當(dāng)隧道開挖長(zhǎng)度超過500米時(shí)，兩端如不能相互連通糾偏，就須在一條洞中建立兩條獨(dú)立的導(dǎo)線以便相互糾偏。

　　1.1.2地質(zhì)超前預(yù)報(bào)隧道開挖過程中，每前進(jìn)一步都有意想不到的情況發(fā)生，所以超前預(yù)報(bào)就顯得尤為重要，目前我們能夠采用的地質(zhì)超前預(yù)報(bào)手段有：打超前探孔法，地震波法和超聲波探測(cè)法，也可以借鑒有經(jīng)驗(yàn)的地質(zhì)專家根據(jù)地貌特征，掌子面巖石產(chǎn)狀，地質(zhì)構(gòu)造特征對(duì)前方地質(zhì)情況的判斷。

　　1.1.2.1超前探孔法在掌子面最少布三個(gè)鉆探孔，如右圖：詳細(xì)記錄每個(gè)孔的進(jìn)鉆速度，每種不同粉塵的出現(xiàn)部位及鉆粉巖性，鉆孔涌水量的大小。根據(jù)進(jìn)鉆速度可以判斷不同部位的巖石強(qiáng)度及裂隙，節(jié)理發(fā)育情況；根據(jù)鉆粉巖性可以判斷不同巖性的里程樁號(hào)；根據(jù)涌水情況就可以知道不同區(qū)域的含水情況；由1，2，3號(hào)孔的布孔位置，可以計(jì)算出巖石在整個(gè)面上的發(fā)育情況，這種方法一次可以預(yù)報(bào)20米，操作簡(jiǎn)單有效，一般施工單位通常喜歡采用。

　　1.1.2.2地震波和超聲波探測(cè)法根據(jù)波速在不同強(qiáng)度的巖體，空氣，水等介質(zhì)中傳播速度差異來判斷前方圍巖情況。這種方法做出的結(jié)論在離發(fā)射波30米以內(nèi)準(zhǔn)確性較高，但隨著距離漸長(zhǎng)漸差，而且投入人力物力相對(duì)較高，業(yè)主曾在隧道施工中進(jìn)行過幾次超前探測(cè)。

　　專家預(yù)測(cè)有時(shí)準(zhǔn)確性高，有時(shí)也會(huì)產(chǎn)生較大的出入，因?yàn)橛绊懏a(chǎn)生地質(zhì)變化的因素很多，而個(gè)人經(jīng)驗(yàn)不同，主觀傾向性不同可能會(huì)得出不同的結(jié)論。如果幾種方法綜合使用，相互映證，準(zhǔn)確性就會(huì)提高。以超前預(yù)報(bào)來指導(dǎo)開挖，就可以避免一些可能的塌方。

　　1.2開挖掘進(jìn)，開挖一般采用爆破的方式，但特殊地段須用風(fēng)鎬或鋼釬等撬挖。

　　1.2.1 Ⅲ類以上的圍巖，都采用全斷面爆破形式的開挖，為了保證不欠挖，少超挖，控制光面須采用光面爆破，周邊光爆孔孔距為50cm左右，采用不偶合裝藥，不偶合系數(shù)為1.25～2.5（按硝銨炸藥考慮），中間偏下布掏槽孔，掏槽孔按錐形布置效果最好，如圖一，但這種布置在實(shí)際當(dāng)中上部和下部造孔施作不方便，所以一般采用“八”字掏孔，如圖二。光爆孔和掏槽孔中間布輔助孔，以掏槽孔為圓心呈環(huán)向布置，間距75～100cm，在孔深小于2米時(shí)光爆孔，輔助孔，掏槽孔軸向深度相同，如深度超過2米時(shí)掏槽孔深度在軸線方向適當(dāng)加深10～30cm，因?yàn)樘筒劭椎钠鸨室话銥?5%左右，所以具體加深深度根據(jù)不同圍巖的起爆率不同而定，把握的標(biāo)準(zhǔn)是起爆后三種爆破孔的孔底在同一掌子面上為宜，掏槽孔的裝藥量相對(duì)光爆孔和輔助孔都高，單耗為4～7kg/m³.視圍巖強(qiáng)度、整體性、風(fēng)化程度差異而調(diào)整，鉆孔深度可控制在0.8～3.5米，裝藥連線采用由內(nèi)向外分圈擴(kuò)散，響炮采用毫秒雷管微差逐級(jí)引爆，掏槽孔、輔助孔、光爆孔逐級(jí)爆破的時(shí)間間隔為0.05～0.1秒，當(dāng)中間拉出臨空面后周邊依次向里面爆破，每一輪爆破的強(qiáng)力沖擊波都向中部的臨空面方向，這樣減少對(duì)圍巖的震動(dòng)破壞。

　　1.2.2 如果說Ⅲ類以上圍巖主要強(qiáng)調(diào)光面爆破效果的話，那么Ⅱ～Ⅲ類圍巖在此基礎(chǔ)上還要加強(qiáng)安全施工，防止掉塊或掉塊而引發(fā)的塌方，因?yàn)棰蝾悋鷰r是處于強(qiáng)烈擠壓破碎帶圍巖，有明顯的滑動(dòng)面，而且滑動(dòng)面在失去支撐后會(huì)產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，所以對(duì)隧道穩(wěn)定帶來嚴(yán)重威脅。開挖時(shí)布孔方式同1，周邊孔有必要采用預(yù)裂爆破，而且整體要短進(jìn)尺，弱爆破，每循環(huán)掘進(jìn)不應(yīng)超過80cm，單位體積耗藥量適當(dāng)減少，以免引起大的震動(dòng)，對(duì)圍巖的整體穩(wěn)定造成更大的破壞。

　　1.2.3 Ⅱ類弱或Ⅰ類圍巖可以撬挖，這種圍巖是大型斷層帶的擠壓的斷層泥或斷層充填物，大型褶皺的軸部巖石，當(dāng)失去支撐后完全沒有自穩(wěn)能力；這種圍巖開挖方式有：留核心土法開挖，小導(dǎo)洞法開挖（又叫眼睛法），上部分臺(tái)階法開挖。

　?。?）留核心土法開挖掌子面核心的部分先不動(dòng)，在周邊環(huán)向用風(fēng)鎬或鍬撬挖寬約1米的圓環(huán)，支撐鋼架，噴鋼纖維混凝土施作初期支護(hù)，再開挖下一格柵鋼架的位置，邊掘進(jìn)邊擴(kuò)大環(huán)向開口，掘進(jìn)幾個(gè)循環(huán)后機(jī)械配合挖掉一部分核心土，再進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。

　?。?）小導(dǎo)洞法開挖（眼睛法）

　　兩側(cè)開挖寬約2米，高2米的導(dǎo)洞，開挖后先支護(hù)兩邊，在從兩邊向拱頂擴(kuò)挖，邊挖邊支護(hù)，等挖到一定深度后，一般4～5米，在挖中堵墻，依此推進(jìn)。

　?。?）上部臺(tái)節(jié)法開挖在下部筑封堵墻，拱部人工開挖高1.5～2米的前導(dǎo)洞，先支護(hù)拱頂，頂部挖出一定深度后，再向兩邊依序下挖支護(hù)，這種開挖方式導(dǎo)洞不易過深，因?yàn)槿斯ら_挖，速度較慢，而且空頂太長(zhǎng)，頂部沉降變形太大。

　　這種圍巖在地下水的作用下還可能產(chǎn)生吐泥涌水現(xiàn)象，更為嚴(yán)重會(huì)吐泥通頂，甚至引發(fā)整個(gè)隧道垮塌，。大風(fēng)埡口隧道下行線K254+871樁號(hào)就發(fā)生了突泥現(xiàn)象，可計(jì)算的突泥量達(dá)2000m³，地表蘭溪河灘也產(chǎn)生了塌陷，是一次隧道涌泥的典型事故。

　　開挖這種圍巖，就不可避免地遇到支護(hù)的問題。

　　2、支護(hù)支護(hù)包括超前支護(hù)、初期支護(hù)和二次支護(hù)。

　　2.1超前支護(hù)超前支護(hù)在兩種情況下必須用到，一種情況是隧道在開始成洞時(shí)須用超前支護(hù)，另一種情況是遇到較寬軟弱帶，斷層或褶皺等地質(zhì)構(gòu)造帶，因?yàn)橛龅竭@兩種情況時(shí)就不是只采用短進(jìn)尺就能避免坍方，還須提前采取支護(hù)措施，打超前小導(dǎo)管或大管棚。

　　2.1.1 小導(dǎo)管一般有3m、4.5m.、6m等不同長(zhǎng)度，具體長(zhǎng)度根據(jù)滑裂面的深度和圍巖破碎情況而定，導(dǎo)管孔直徑42mm，孔壁打梅花形小孔，以便進(jìn)入圍巖后注漿用，這種支護(hù)相對(duì)施工條件簡(jiǎn)單，循環(huán)快，但支護(hù)深度淺，如果滑裂面較深時(shí)會(huì)遭遇整個(gè)小導(dǎo)管垮塌的現(xiàn)象。

　　2.1.2 大管棚一般長(zhǎng)度20m，管徑φ105，φ135，φ150，管孔選擇可以根據(jù)現(xiàn)有的施工條件而定，一般都能滿足要求。大管棚一般用在大型斷層帶內(nèi)施工，拱頂以50～75cm間距順洞軸線方向打入，然后注漿，如遇到涌水嚴(yán)重可加速凝劑（又名水玻璃），可以起到堵水和固結(jié)頂部圍巖的作用，使得前方待開挖的圍巖20m內(nèi)形成一個(gè)3m左右厚的固結(jié)圈，再進(jìn)行下一步開挖。在隧道開洞時(shí)，因?yàn)槎纯诼裆钶^淺，加之地表巖石風(fēng)化破碎，如不進(jìn)行大管棚超前支護(hù)，一般都會(huì)在頂部產(chǎn)生邊挖邊塌的現(xiàn)象，甚至引起邊坡的大面積失穩(wěn)，對(duì)施工造成很大的威脅。如果超前支護(hù)過程中，前方圍巖完全松軟呈塑性狀，整個(gè)掌子面不能保證穩(wěn)定的情況極有可能引發(fā)突泥涌水。前面舉例某隧道下行線K254+871處，由于進(jìn)行了地質(zhì)超前準(zhǔn)確預(yù)報(bào)，開挖之前及時(shí)采用大管棚超前注漿。但當(dāng)突泥發(fā)生后只用大管棚作超前支護(hù)也不能保證施工的正常進(jìn)行，就須采用最強(qiáng)的一種超前支護(hù)形式：掌子面澆筑封堵墻，實(shí)行全斷面注漿，注漿管的分布形式可以參照全斷面開挖過程中放炮孔的布孔形式，注漿完畢后，再根據(jù)圍巖效果采用分臺(tái)式開挖，留核心土開挖或眼睛法開挖。

　　2.2  初期支護(hù)初期支護(hù)包括噴鋼纖維混凝土，工字鋼架和錨桿支護(hù)幾種形式。適用不同種類的圍巖。

　　2.2.1  Ⅲ類以上圍巖的支護(hù)形式在圍巖好的情況下，可以在開挖后直接噴混凝土，噴射厚度10cm～14cm，為了保證噴射混凝土的標(biāo)號(hào)達(dá)標(biāo)，回彈率在控制的范圍以內(nèi)，必須使用濕噴機(jī)噴射，鋼纖維采用佳密克絲RC6535BN型，摻量為30Kg/m³.噴射的平均厚度要大于設(shè)計(jì)值，最小厚度大于6cm.徑向用WTD25錨桿鎖固，長(zhǎng)3～3.5m，因?yàn)棰箢愐陨蠂鷰r在光爆開挖后的松動(dòng)圈厚度為1m左右，所以完全可以滿足初期支護(hù)的要求。

　　2.2.2  Ⅱ～Ⅲ類圍巖的支護(hù)在噴鋼纖維混凝土后架設(shè)格柵鋼架，間距100cm左右。

　　這兩種支護(hù)形式的圍巖在開挖過程中的預(yù)留變形量為0～8cm，根據(jù)圍巖的變形情況而定，以免開挖后的拱頂在二次穩(wěn)定變形后收縮侵入凈空。

　　2.2.3  Ⅱ類以下圍巖的支護(hù)形式中，噴射混凝土厚度增至18～22cm，鋼纖維摻量根據(jù)情況可增至35Kg/m³，格柵變成工字鋼，可用16～22cm鋼架，鋼架間距在50～80cm之間，預(yù)留變形量8～18cm，錨桿長(zhǎng)度可采用3.5～6m的規(guī)格，必要時(shí)也可用張拉錨桿，以減少穩(wěn)定變形。如遇到大型斷層帶，在初期支護(hù)完成后，還須加強(qiáng)邊墻的穩(wěn)定強(qiáng)度，可打4.5～6m長(zhǎng)的徑向小導(dǎo)管，間距80～150cm，梅花形布孔，進(jìn)行固結(jié)灌漿，以代替徑向錨桿。

　　在整個(gè)初期支護(hù)的過程中，如有富水段，須打排水管進(jìn)行引水，然后噴射混凝土。一般來說，初期支護(hù)完成后，不允許噴射混凝土有開裂，拱架不許有較大變形，不能有成線狀的漏水現(xiàn)象。

　　2.3 二次支護(hù)二次支護(hù)是一次支護(hù)的加強(qiáng)，徹底防止水滲漏的重要保證。

　　2.3.1  二次支護(hù)的條件初期支護(hù)完成后，進(jìn)行二次支護(hù)、襯砌和仰拱澆筑，撐控支護(hù)的時(shí)間，直接關(guān)系到襯砌結(jié)構(gòu)的安全，過早施作會(huì)使二次支護(hù)和初襯承受較大的圍巖壓力；過晚支護(hù)又不利于初期支護(hù)的穩(wěn)定，施工時(shí)應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)：

　　（1）監(jiān)控量測(cè)的位移速率明顯減慢，圍巖基本穩(wěn)定。

　?。?）產(chǎn)生的位移已達(dá)預(yù)計(jì)總位移的80%～90%.

　?。?）邊墻的位移速率小于0.1～0.2mm/d，拱頂?shù)南鲁了俾市∮?.07～0.15mm/d.

　　（4）穩(wěn)定性很差的圍巖，在較長(zhǎng)時(shí)間不能達(dá)到以上要求，噴混凝土后出現(xiàn)大量明裂縫，應(yīng)用較強(qiáng)的二襯支護(hù)形式及早施作二次襯砌，以改善圍巖的變形條件。

　　2.3.2 仰拱澆筑仰拱的圓心在隧道公路的垂直平分線上，半徑是隧道拱頂半徑的2～3倍，增大半徑主要考慮減少開挖和回填澆筑量，仰拱厚度一般為40cm ，布雙層鋼筋，上下保護(hù)層各5～6cm.上面填充路基混凝土。這樣可以同二襯混凝土形成一個(gè)圓形環(huán)，我們知道在承受周邊擠壓時(shí)，環(huán)形是最理想的形狀，仰拱施作主要就是基于這一點(diǎn)考慮。所以大風(fēng)埡口隧道在Ⅲ類以下圍巖都設(shè)有仰拱。但在Ⅲ類以上的圍巖支護(hù)中，由于圍巖自身穩(wěn)定性好，出于節(jié)約成本考慮，可以不設(shè)仰拱。

　　3、二襯混凝土

　　二襯混凝土是起到對(duì)初襯的加強(qiáng)和徹底防止?jié)B水的作用，如果說開挖和初襯的隧道只是個(gè)半成品，那么二襯后就基本為成品了。二襯包括土工布，防水板和二襯混凝土。

　　3.1 土工布，規(guī)格350g/m²，鋪設(shè)在初襯混凝土上，主要起到一個(gè)對(duì)防水板的保護(hù)作用。

　　3.2 防水板，厚1mm，它主要起到防止二襯漏水的作用，是二襯中很重要一環(huán)，沿隧道延伸方向的粘結(jié)，搭接長(zhǎng)度不能小于50cm，環(huán)向搭接不能小于10cm，膠結(jié)必須密實(shí)，不能有漏洞或斑眼。

　　3.3 二襯混凝土為鋼筋混凝土，厚度因圍巖類別不同有所不同，范圍35～50cm厚，通過矮邊墻、仰拱和路基混凝土連為一體，形成完整的環(huán)向拱。

　　在初襯和二襯之間，須要把引出的排水管從土工布后面引到排水溝，二襯的環(huán)向部位在同一樁號(hào)設(shè)完整一道排水管，正常情況最少每15m設(shè)一道，在特別的富水區(qū)域可以根據(jù)實(shí)際情況增設(shè)，以利于順暢排水。每?jī)啥味r混凝土的連接縫處必須設(shè)一道止水帶，以防接縫處漏水。

　　隧道的整個(gè)施工過程中，開挖是主要控制規(guī)格，初期支護(hù)和二次支護(hù)的主要目的是變被動(dòng)支護(hù)為主動(dòng)支護(hù)。以達(dá)到堵水、引水、排水、防止?jié)B漏。