淺談隧道施工工藝管理
一、 洞口開挖及支護
1.1洞口選址
洞口開挖往往直接涉及到一個洞口選址的問題。因為目前我們國內(nèi)很多設計院出具的地質(zhì)初期勘查報告往往由于時間緊、任務重等原因沒能做到準確詳盡，所以在施工過程中發(fā)現(xiàn)很多實際地質(zhì)情況與原設計有較大出入。有時設計圖紙標示的進洞位置在實際施工中發(fā)現(xiàn)并不適合進洞，例如炮嶺隧道進口處，原設計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，非常不適合進洞。最終經(jīng)專家組共同討論決定明挖20m，再行決定進洞。最終明挖20m后出露出較完整巖體順利進洞。事實證明，實際操作即節(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、有利于施工和營運等因素進行比較選擇。具體要求如下：
1）、隧道洞口應選擇在山坡穩(wěn)定，地質(zhì)條件較好處，不應設在偏壓很大及嚴重不良地質(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，無落石或坍塌可能時，可貼壁進洞。避免在不穩(wěn)定的懸崖陡壁下進洞，否則應延伸洞口接以明洞，其長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，保證營運安全；
3）、對于層面不穩(wěn)定的巖層，開挖面容易因其順層滑動或坍塌的地段，宜提早進洞，否則，應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，其高度應根據(jù)工程和水文地質(zhì)條件確定。
1.2洞口開挖和支護
洞口的開挖是用爆破手段破壞原巖應力平衡狀態(tài)的基礎(chǔ)上進行的。如果破壞原巖應力平衡狀態(tài)后，圍巖仍然能夠很快達到一個新的平衡狀態(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：在沒有任何支護時，破壞原巖應力平衡狀態(tài)后圍巖根本不能再次達到平衡狀態(tài)，也就形不成洞口，甚至爆破會引起上部穩(wěn)定巖體的大量塌落。例如炮嶺1號隧道出口洞門處，當時在沒有任何支護時就爆破開挖，準備形成洞門，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備進洞工作。
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，強度很高的巖體中基本上不需要額外的支護，依靠圍巖自身的穩(wěn)定能力就能形成洞門并且順利進洞，例如112線波羅諾隧道出口洞門處，所處圍巖為角閃巖，強度非常高，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措施確保隧道洞門能夠成形。通常有如下幾種支護措施：
1）、注漿小導管加臨時鋼拱架（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管提供一個力的支撐點，另一方面把拱架用噴射混凝土封閉后可以提供一個安全的施工空間，同時增加整個系統(tǒng)的整體受力能力。小導管的主要作用是為洞頂上部巖體提供一個預支撐力，不致于在開挖后上部巖體馬上失穩(wěn)。另外就是通過小導管對巖體進行注漿處理，增強巖體的整體性。
2）、大管棚加套拱或臨時鋼拱架（如圖2）。該種支護形式適合于土石混合體或圍巖非常破碎，巖體強度很低的地質(zhì)段洞門的開挖。其基本原理類似于注漿小導管加臨時鋼拱架，但其作用及效果要大大強于注漿小導管加臨時鋼拱架。
由于洞門段存在一個不受巖體約束的自由面，穩(wěn)定性要差很多。所以，要在盡可能不擾動圍巖的情況下進行掘進。
總之，洞門的開挖除了強支護外還要堅持弱爆破、短進尺等原則。以達到安全開挖，順利進洞。
二、 現(xiàn)場圍巖分級
現(xiàn)場圍巖分級的原因主要是設計院出具的地質(zhì)初期勘查報告不夠準確詳盡，加上地質(zhì)情況千變?nèi)f化，實際施工過程中會出現(xiàn)一些地質(zhì)情況與設計不相符合的段落。為了能夠更加客觀和準確的對圍巖級別做出判定，就必須在開挖過程中對現(xiàn)場圍巖進行再次分級，從而更加合理的采用適當支護參數(shù)進行支護。
平鐵線段公路隧道現(xiàn)場圍巖分級主要依據(jù)是《公路隧道設計規(guī)范（JTGD70—2004）》中的圍巖分級，也稱BQ值法。
該評判方法采用兩步分級，并按以下順序進行：
1）、根據(jù)巖石的堅硬程度和巖體完整程度兩個基本因素的定性特征和定量的巖體基本質(zhì)量指標BQ，綜合進行初步分級。
2）、對圍巖進行詳細定級時，應在巖體基本質(zhì)量分級基礎(chǔ)上考慮修正因素的影響，修正巖體基本質(zhì)量指標值。
3）、按修正后的巖體基本質(zhì)量指標[BQ]，結(jié)合巖體的定性特征綜合評判、確定圍巖的詳細分級。
詳細的分級方法及注意事項如下：
圍巖分級中巖石堅硬程度、巖體完整程度兩個基本因素的定性劃分和定量指標及其對應關(guān)系應符合下列規(guī)定：
1 巖石堅硬程度可按表3.6.2-1定性劃分。
2 巖石堅硬程度定量指標用巖石單軸飽和抗壓強度Rc表達。Rc一般采用實測值，若無實測值時，可采用實測的巖石點荷載強度指數(shù)IS(50)的換算值，即按式（3.6.2）計算。
Rc＝22.82IS(50)0.75
3 Rc與巖石堅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用巖體完整性系數(shù)Kv表達。Kv一般用彈性波探測值，若無探測值時，可用巖體體積節(jié)理數(shù)Jv按表3.6.2-4確定對應的Kv值。
6 Kv與定性劃分的巖體完整程度的對應關(guān)系可按表3.6.2-5確定
7 巖體完整程度的定量指標Kv、Jv的測試和計算方法應符合附表A.0.1的規(guī)定。
圍巖基本質(zhì)量指標BQ應根據(jù)分級因素的定量指標Rc值和Kv值按式（3.6.3）計算。
BQ＝90＋3Rc＋250Kv（3.6.3）
使用式（3.6.3）時應遵守下列限制條件：
當Rc＞90Kv＋30時，應以Rc＝90Kv＋30和Kv代入計算BQ值；
當Kv＞0.04Rc＋0.4時，應以Kv＝0.04Rc＋0.4和Rc代入計算BQ值。
BQ＝90＋3Rc＋250Kv（3.6.3）
圍巖詳細定級時，如遇下列情況之一，應對巖體基本質(zhì)量指標BQ進行修正：
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)、存在高初始應力。
圍巖基本質(zhì)量指標修正值[BQ]可按式（3.6.4）計算。
[BQ]＝BQ－100（K1＋K2＋K3）
式中：[BQ]——圍巖基本質(zhì)量指標修正值；
BQ——圍巖基本質(zhì)量指標；
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力狀態(tài)的評估，可按附錄表A中表A.0.3規(guī)定進行。
*注：上述公式、表格均指《公路隧道設計規(guī)范（JTGD70—2004）》內(nèi)對應公式、表格�！�
三、 初期支護
隧道襯砌的初期支護一般指錨桿噴射混凝土支護，必要時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、超前小導管注漿、管棚、地面砂漿錨桿、深孔預注漿）和錨桿支護相結(jié)合的支護。
下面將對初期支護的組成環(huán)節(jié)分別進行描述：
1、鋼筋網(wǎng)噴射混凝土支護
鋼筋網(wǎng)噴射混凝土支護，是在噴射混凝土之前，在巖面上掛設鋼筋網(wǎng)，然后再噴射混凝土。其物理力學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。目前我國在各類隧道工程中，應用鋼筋網(wǎng)噴射混凝土支護的比較多，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。
混凝土厚度不應小于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。實踐證明，當鋼筋網(wǎng)間距小于15cm時，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度。當鋼筋網(wǎng)間距大于30cm時，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，鋼筋保護層厚度不應小于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粘接型錨桿。
在實際施工過程中錨桿的布置直接影響系統(tǒng)錨桿對圍巖的支護效果，下面將對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。當遇層狀巖層時，尚應增設與主結(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度的二分之一；Ⅳ、Ⅴ級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，都是主要利用其柔性和韌性，而對整體剛度并未有較大的要求。雖然，這對支護其穩(wěn)定性較好的Ⅳ級圍巖～Ⅱ級圍巖時可以的。但對于較軟弱破碎嚴重的圍巖（Ⅴ級～Ⅳ級）其自穩(wěn)性差，開挖后要求早期支護具有較大的剛度，以阻止圍巖的過度變形和承受部分松弛荷載時就要用到鋼拱架。
鋼拱架的性能特點有：
1）、鋼拱架的整體剛度較大，可以提供較大的早期支護剛度；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，受力性能較好；
3）、鋼筋格柵拱架采用鋼筋現(xiàn)場加工制作，技術(shù)難度不高，對隧道斷面變化的適應性好；
4）、鋼拱架的安裝架設比較方便等。
這里主要對鋼拱架在施作過程中要注意的事項進行簡單說明
1）、拱腳一定要安設在堅固圍巖上，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，一次架空的拱腳不宜超過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）、由于爆破過程中形成的超挖使得拱架往往不能與巖面接觸密實，所以對于較大超挖形成拱架后的空洞一定要用同標號的片石混凝土充填密實。
以上是平鐵線隧道施工過程中總結(jié)出的一些經(jīng)驗教訓，希望能給日后的施工管理提供鑒戒。有不妥之處還請多多指教。
