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隧道工程施工技术管理与质量控制崔晋中

发表时间：2020/12/11 来源：《基层建设》2020年第24期作者：崔晋中

[导读] 摘要：在隧道工程推进的过程中，施工技术管理作为项目管理的重要组成部分，是把握隧道工程安全质量的关键。

        中铁电气化局集团公司铁路工程分公司
        摘要：在隧道工程推进的过程中，施工技术管理作为项目管理的重要组成部分，是把握隧道工程安全质量的关键。在实际隧道工程施工的过程中，对于施工过程中出现的问题，应当及时采取针对性的措施解决，以此提高施工质量和效率，为后续运行奠定基础。本文主要论述了隧道工程施工技术管理与质量控制要点。
        关键词：隧道工程；施工技术管理；质量控制
        在当前隧道工程施工的过程中，仍然会存在很多问题。对此，我们在实际施工的过程中，针对复杂的施工技术，应当严格要求每道工艺的进行。在施工过程中按照相关规范和要求进行施工，从而确保施工的合理性，避免工程事故的发生。对现场机械设备、人工等进行合理优化配置，也可以有效降低施工成本，增强企业经济效益。
        一、相关工程概述
        台州市域铁路S1线一期项目城南隧道藤岭段为矿山法施工山岭隧道，起于南环路，穿越藤岭接正在施工的城南隧道金山段，全长1846.199m。其中双洞单线长878m，单洞双线长968m，双洞单线到单洞双线设燕尾段过渡。隧道为时速140km市域铁路隧道，隧道围岩等级包含Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级，地面最大高程243.12m，最大埋深253.1m，隧道两端通过竖井进洞施工。
        二、工程难点分析
        （一）工法多样，施工组织难度大
        本隧道涉及围岩种类多，且穿越富水区，涵盖三台阶临时仰拱、三台阶、两台阶、全断面多种工法；小净距中间岩柱最薄处仅2m，对控制爆破要求高；隧道断面存在9种加宽值调整，二衬台车需多次改装，施工组织难度大。
        （二）施工接口多，涉及专业广
        本工程各专业间需交叉作业，必然存在着各专业之间的相互干扰，尤其是中间盾构工作井兼矿山法隧道盾构工作井的双重功能，盾构机接收时存在交叉冲突。
        三、隧道工程施工技术管理与控制的要点
        （一）超前支护施工
        在软弱地层，超前支护措施是为隧道施工提供安全条件的首选和主要施工措施，不仅可以提高围岩的物理力学性能，减小塑性区半径，而且可以形成较好的“曲梁效应”，大大提高围岩自稳能力。本隧道涉及的超前支护措施包括超前洞口管棚、洞身管棚、Ⅰ型超前小导管、大跨双层小导管、Ⅲ型超前小导管。由于隧道是从竖井进洞，所以，洞口管棚随竖井开挖根据支撑设计位置分批次施做。利用竖井井壁（钻孔桩、地下连续墙）作为导向墙，在导向墙上利用水磨钻机钻设直径Ø140mm孔作为管棚导向装置。在竖井内施做管棚，空间狭窄，控制钻孔倾角难度大，倾角合适与否是后期管棚作用能否有效发挥的关键环节，设置倾角时应综合考虑钻杆垂度、施工误差、线路纵坡等因素，钻孔完毕用测斜仪进行钻孔斜度测量，严格控制管棚打设方向。为确保管棚施工质量，应按设计先打设奇数孔钢花管并注浆，然后再打设偶数孔钢花管，以便检查钢花管注浆质量。
        （二）超挖、欠挖控制及光面爆破施工
        光面爆破就是控制爆破的作用范围和方向，使爆破后的岩面光滑平整，防止岩面开裂，以减少超、欠挖和支护的工作量，增加岩壁的稳固性，减少爆破的震动作用，进而达到控制岩体开挖轮廓的一种技术。隧道光面爆破质量对控制周边超欠挖、提高围岩稳定性十分重要。抓好隧道光面爆破效果，控制好超欠挖应从地质条件、设计参数、钻孔精度、装药质量、起爆网路、管理制度几个因素下手。本文着重于技术上和施工操作上存在的问题加以论述。
        技术上存在以下问题：片面地认为只要周边多钻几个炮孔少装点药就是光面爆破技术了；对光面爆破参数的选择含混不清，只注重炮孔间距Eg而忽略了光爆层最小抵抗线Wg的影响而顾此失彼。
        光爆层最小抵抗线Wg=Kd，式中K—计算系数，K=15～25，软岩取大值，硬岩取小值。d—炮孔直径(m)。
        光面爆破的孔距可按下式计算：Eg=mWg，式中m—密集系数，m=0.5～0.9，硬岩取大值，软岩取小值。
        光面爆破的炮孔线装药密度qg可按下式确定：qg=kg•agWg，式中：kg——光面爆破的单位体积岩石炸药消耗量(g/m3)，一般根据工程经验或现场试验确定。
        另外，装药结构也是影响光爆效果的重要因素，直接影响爆炸气体在炮孔中的分布和波峰峰值大小,一定量的装药采用连续装药将出现装药长度不够导致周边孔爆里不爆外，炮孔底部过度破碎出现挂门帘现象。采用不藕合装药能基本保证装药沿炮孔全长均匀分布。使得整个裂缝面沿设计轮廓贯穿。
        施工操作上存在的主要问题就是钻孔精度问题。精确的钻孔是保证光爆质量的前提。对钻孔的要求是：“平、直、齐、准”。炮孔要按照以下要求施工：所有周边孔应彼此平行，其深度一般不应比其他炮孔深；各炮孔均应垂直于工作面，实际施工时，周边孔不可能完全与工作面垂直，必然有一个角度，根据炮孔深度一般此角度要取3°～5°；如果工作面不齐，应按实际情况调整炮孔深度及装药量，力求所有炮孔底落在同一个横断面上；开孔位置要准确，偏差值不大于30mm，对于周边孔开孔位置均应位于隧道断面的轮廓线上，不允许有偏向轮廓线里面的误差。

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        （三）初期支护施工
        隧道初期支护主要有锚杆（系统砂浆锚杆和中空注浆锚杆）、工字钢或格栅钢架、钢筋网片、喷射混凝土四种形式。
        锚杆：根据《铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB10417-2018），应对锚杆进行冲击弹性波法检测。为了确保锚杆密实度，普通砂浆锚杆采用水泥药卷锚杆工艺，锚杆采用螺纹钢筋现场制作，长度根据围岩状况及设计确定，手持凿岩机钻孔，使用高压风吹净钻孔，把药卷装入孔中，药卷装入长度为锚杆的三分之二，此时把锚杆装入。中空注浆锚杆采用yt-28风动凿岩机推进，钻孔前根据设计要求定出孔位，钻孔保持直线并与所在部位岩层结构面尽量垂直。水泥浆拌合均匀，随拌随用，灌浆时导管伸入孔底，边灌浆边抽拨导管，要求锚孔内水泥浆饱满，灌浆工作连继不中断，保证锚杆、水泥浆、围岩间的粘结力。
        挂钢筋网片：钢筋网片采取现场统一制作，所用材料的质量和规格应符合设计及规范要求；采用双层钢筋网时，第二层钢筋网应在第一层钢筋网被混凝土覆盖后铺设；要严格控制网格尺寸、钢筋保护层厚度、与受喷面的间隙等；钢筋网与锚杆或其他固定装置连接牢固，喷射混凝土时不得晃动。
        钢架：钢架在钢筋加工厂加工制作完毕并经验收合格后分节段运输至洞内架设，应重点控制好缩脚锚杆（管）的施工质量。
        湿喷混凝土采用湿喷法施工，分初喷、复喷和终喷（保护层）三阶段进行，喷射机选用湿喷机，喷射前对岩面进行修整，清除松动岩块，对个别欠挖突出部分进行凿除，对个别超挖部分用混凝土补平；用高压水将岩面冲洗干净，对遇水易潮解的岩层，则用高压风清扫岩面。
        （四）排水系统
        隧道工程的排水系统主要由混凝土、施工缝以及排水管等组成。在隧道工程建设的过程中初期支护与二次衬砌间设置环向排水盲沟及防水层，隧道工程的两侧拱脚设置为纵向排水管，隧道仰拱中心设置纵向水泥管保暖水沟，拱脚纵向塑料排水管与仰拱中心水泥管中心沟间设置横向排水管，使防水层背后的水通过盲沟及防水层背后流至隧道两侧拱脚的纵向排水管，再通过横向排水管流至仰拱中心水泥管保暖水沟，最后通过中心沟流至隧道的洞外。在隧道工程施工的过程中，针对中心排水管工作人员一般都会采用混凝土管进行施工，并且混凝土管按照隧道工程的设计要求进行布置并且利用土工布进行包裹，在混凝土管的四周也可以利用碎石进行回填；盲沟、纵向排水管、横向排水管以及中心排水管的实际位置都应当安装设计要求进行连接，最终使得水能够被顺利的排出洞外。除此之外，在进行线位布设的过程中原则上是可以按设计盲沟管间距展开的，在施工过程中工作人员也可以根据洞壁实际情况进行调整。
        （五）仰拱及仰拱回填质量控制
        在进行隧道工程仰拱施工的过程中，首先检查底标高是否满足施工设计要求，从而确保仰拱的厚度，仰拱中有钢架的，可以按照实际设计要求，确保连接的牢固性，闭合成环，保证隧道运行的安全合理；在进行仰拱混凝土浇筑之前，也可以要求施工人员对积水、杂物以及浮渣等进行清除，严禁出现片石侵入仰拱断面的情况发生，在进行仰拱回填混凝土浇筑的过程中必须将模板应用其中，同时混凝土应当振密实，并且按照仰拱施工缝和变形缝处的设计要求进行防水处理。
        （六）矿山法隧道竖井出碴
        本工程在隧道内通过无轨运输方式将土石方运输至竖井内，在竖井口采用竖直提升装置将渣土运出。按照工筹计划双洞单线5m进尺，日平均出碴方量为780方(松方)，方量巨大，因此，合理布置出碴场地、优化运输、提升设备组合以及组织竖井提升与洞内无轨联动，是本工程的重难点问题。
        竖井出渣方案：中间风井为3台16T双胞胎电动葫芦提升架，可满足单洞双线每日1循环约760m³的出渣量；盾构工作井为4台16T双胞胎电动葫芦提升架，可满足双洞单线每日每洞2循环约950m³的出渣量。
        （七）变截面
        本隧道燕尾段共设计了7种加宽值，这也是施工过程中的重难点。首先每到加宽值要及时调整孔眼布置和装药参数，为了消除断面突变对围岩稳定的影响、降低安全风险，采用逐步扩挖、再回头返挖的工艺，其次，加强超前地质预报和监控测量工作，准确掌握地质情况和围岩变形情况，及时进行支护，确保围岩的稳定性。最后，严格按设计要求进行超前支护施做，以提供开挖安全保障，同时变截面处适当缩短开挖进尺,坚持弱爆破、短进尺的原则，确保变截面处施工安全。
        结束语
        综上所述，在隧道工程施工的过程中会涉及到很多专业且技术十分复杂。为了确保隧道工程的整体质量，实现成本管理、监督管理等目标，应当注重隧道工程施工技术管理过程中的各项问题，通过构建完整的管理机构以及制度体系，从根本上落实组织设计、技术管理、档案管理等各项工作。除此之外，作为施工单位也可以组织工作人员进行培训，最终确保工作人员的综合水平，保障施工质量。
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