談大斷面軟弱圍巖隧道的施工管理

朱 經(jīng) 志

(中鐵十四局集團云桂鐵路項目部，廣西 百色 531500)

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·橋梁·隧道·

談大斷面軟弱圍巖隧道的施工管理

朱 經(jīng) 志

(中鐵十四局集團云桂鐵路項目部，廣西 百色 531500)

結(jié)合工程實例，概述了該區(qū)域隧道工程的設(shè)計及施工情況，分析了出現(xiàn)施工問題的原因，從施工工法、施工動態(tài)、施工隊伍等方面，對軟弱圍巖隧道的施工管理進行了探討，確保軟巖隧道工程的施工質(zhì)量與安全，有利于高速鐵路的發(fā)展。

隧道，軟弱圍巖，施工管理

0 引言

圍巖是指受隧道開挖影響而發(fā)生應(yīng)力狀態(tài)改變的周圍巖土體。根據(jù)巖土體的強度，可將圍巖分為堅硬圍巖和軟弱圍巖兩大類，軟弱圍巖主要包括軟弱、破碎、富水等不良地質(zhì)條件下的圍巖，但不包括巖溶、瓦斯等特殊的圍巖。簡單的說，隧道軟弱圍巖就是通常的初期支護及簡易的小導(dǎo)管不能控制開挖后的圍巖變形，而采用有針對性地控制變形對策的圍巖。

1 工程概況

云(昆明)至桂(南寧)鐵路是西南至華南沿海地區(qū)鐵路通道的骨干線路，跨云、桂兩省區(qū)，自云南省新昆明南站向東到達廣西自治區(qū)南寧站。初步設(shè)計正線全長710.269 km，新建云桂鐵路(廣西段)站前工程正線自江西村特大橋(含DK21+500)至管界(DK291+420)，全長255.309 km。

本段地層自古生界至新生界出露較為完全，除侏羅、志留、奧陶系未見外，其余時代地層皆有分布。上古生界除二疊系上統(tǒng)地層為碎屑巖相外，余皆以碳酸鹽巖為主；下古生界無分布。中生界三疊系發(fā)育最為完全，尤以中三疊統(tǒng)為甚，沿線廣泛分布，三疊系主要地層為碎屑巖夾碳酸巖。第三系在各斷陷盆地內(nèi)發(fā)育良好，其下部多屬紅色碎屑巖建造，上部常含褐煤。第四系各類成因的松散堆積物廣布本段，以河谷、盆地及低洼地帶較為集中，且厚度甚大。

沿線主要不良地質(zhì)有巖溶、危巖落石、順層、砂土液化、有害氣體、高地溫與高地應(yīng)力等。特殊巖土主要有人工棄填土、軟土、松軟土、膨脹巖土、紅黏土等。

隧道85座，短隧、軟弱圍巖、淺埋隧道較多，部分隧道巖土具有弱、中膨脹性。

2 設(shè)計情況

隧道設(shè)計Ⅴ級圍巖初支設(shè)計參數(shù)：全環(huán)Ⅰ20b型鋼鋼架及拱部φ108超前大管棚或φ42超前小導(dǎo)管預(yù)注漿加強支護，拱墻為C25纖維混凝土，仰拱為C25素混凝土，均為28 cm厚，φ8鋼筋網(wǎng)(網(wǎng)格20 cm×20 cm)，拱墻錨桿長度4.0 m，拱部φ25中空注漿錨桿，邊墻φ22砂漿錨桿。二次襯砌為C35鋼筋混凝土。

最大開挖斷面160.66 m3/m，施工方法為大拱腳臺階法。

3 施工情況

已開工隧道55座，受軟弱圍巖的影響，初期支護拆換的隧道24座，占開工隧道的43.6%，大型坍塌處理的隧道8座，占開工隧道的14.5%，小型坍塌處理的隧道15座，占開工隧道的27.3%，影響了隧道的正常施工生產(chǎn)，同時也造成了很大的經(jīng)濟損失，威脅到施工人員的安全。

4 原因分析

1)本線所經(jīng)地區(qū)屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，直接承受印度洋及太平洋水汽補給。其氣候特點是溫暖濕潤，雨量充沛，年均降雨量在1 229 mm，雨水天氣較多，圍巖裂隙水和孔隙水受大氣降水補給影響，原本強度不高的軟弱圍巖進一步軟化，導(dǎo)致圍巖的自成拱能力降低，致使隧道初期支護承受了較大的圍巖壓力，在圍巖表面只是洇濕或滲水的地下水狀態(tài)的情況下，初期支護沉降速率達到2 cm/d～3 cm/d，有時候速率超過3 cm/d，對初期支護破壞性較強，致使初期支護表面開裂掉塊，間距0.8 m/榀的Ⅰ20b型鋼鋼架，出現(xiàn)扭曲變形，更甚者在仰拱及填充混凝土澆筑完畢后，鋼架出現(xiàn)“S”形，甚至更嚴重的“之”字形變形，導(dǎo)致初期支護侵限，被迫進行初期支護拆換。

2)施工局部變形的隧道，其圍巖多是頁巖夾砂巖或泥質(zhì)粉砂巖，具有弱、中等膨脹性，且強風(fēng)化、全風(fēng)化，巖體多為單斜構(gòu)造，節(jié)理層較多，層間較薄，部分為褶曲構(gòu)造，巖體扭曲，產(chǎn)狀紊亂，機械可直接挖掘，基本上不采用爆破施工。圍巖自身強度較低，對地下水敏感度高，隧道洞身開挖后圍巖產(chǎn)生塑性變形松動圈范圍大，作用在初期支護的壓力較大，圍巖變形持續(xù)的時間比較長。

3)原設(shè)計工法為大拱腳臺階法，但因其施工工序的繁瑣性，施工效率低，Ⅴ級圍巖條件下采用此種施工工法月進度不超過30 m，因此在各隧道施工中未得到切實有效的應(yīng)用，現(xiàn)場實際施工方法多采用的三臺階七步開挖法，該開挖方法雖然能降低開挖施工的風(fēng)險，但對這種具有較大變形趨勢的圍巖，顯然具有不適應(yīng)性，所以更多的是在七步開挖法的基礎(chǔ)上在中臺階加設(shè)臨時仰拱與內(nèi)斜撐結(jié)合的施工方法，以遏制圍巖較大變形，效果明顯且有一定的施工進度。

4)現(xiàn)場一線施工管理粗放，設(shè)計參數(shù)不能完全轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，施工工序細節(jié)關(guān)鍵點做不到位，體現(xiàn)在潮濕噴射普通混凝土代替濕噴纖維混凝土，錨桿長度或數(shù)量不足，不能真正起到加固、改良圍巖受力條件的作用，鋼拱架垂直度控制不嚴，鋼架在架設(shè)過程中即出現(xiàn)扭曲的現(xiàn)象，相鄰鋼架單元兩連接鋼板之間栓接質(zhì)量差，有的甚至無法栓接，以幫焊焊接兩連接鋼板，但焊縫不飽滿，鎖腳錨管長度、角度不足，鎖腳錨管與鋼架之間焊接不牢，雖然采用了“U”形Φ22螺紋鋼筋幫焊加強，但往往焊接質(zhì)量達不到預(yù)期效果。

5)隧道施工隊伍整體素質(zhì)有待提高，隧道施工一線具體操作工人文化水平普遍不高，沒有真正執(zhí)行培訓(xùn)上崗，靠經(jīng)驗施工的人員較多，責(zé)任心普遍不強，安全、質(zhì)量意識淡薄，導(dǎo)致各工序完成質(zhì)量普遍不高。

5 軟弱圍巖隧道的施工管理

基于目前國內(nèi)隧道建設(shè)一線施工人員以農(nóng)民工人為主的施工現(xiàn)狀，根據(jù)設(shè)計要求的施工方法，施工要求并不能完全真正的做到實處，圍巖條件較好的隧道，一線施工質(zhì)量管控不嚴的弊端未能充分暴露，因隧道工程建設(shè)隱蔽工序較多，一座隧道能否避免質(zhì)量、安全事故的發(fā)生，順利貫通，現(xiàn)場一線施工管理起著關(guān)鍵性的作用，尤其在軟巖隧道工程建設(shè)中這種管理作用更為突出，管控不嚴的缺陷更加暴露無疑。

1)施工工法的管理。

隧道施工工法選擇極其重要，高速鐵路軟巖雙線隧道斷面跨度大，施工安全風(fēng)險大，針對這種大斷面隧道，保守采用的工法為CRD法、CD法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法和最近幾年鐵路建設(shè)中提出的大拱腳臺階法，但上述工法工序繁瑣，施工效率低，再加上施工造價總體不高的市場情況，往往在一線施工中不能很好的執(zhí)行，采用三臺階七步開挖法的較多。在云桂鐵路施工的隧道中，由于隧道產(chǎn)生大變形的較多，由最初的單純采用三臺階七步開挖法轉(zhuǎn)變?yōu)樵谥信_階增設(shè)臨時仰拱與內(nèi)斜撐結(jié)合的施工方法，大變形的情況基本上得到了遏制。

2)施工的組織管理。

“預(yù)支護、快挖、快支、快閉合”是軟弱圍巖隧道施工的基本原則。重點是“預(yù)支護”和“快封閉”，盡可能地在短時間內(nèi)使開挖后的斷面閉合，是非常重要的。從開挖到全斷面初期支護的閉合時間，我們要求越短越好，閉合距離也是越短越好，初期支護全斷面閉合的過程，就意味著隧道變形逐漸趨于穩(wěn)定(收斂)的過程。施工中雖然大家都認識到及時閉合的重要性，但往往因為組織的原因，施工工序安排不緊湊，不能使開挖后的工作面迅速的閉合。

3)施工的動態(tài)管理。

動態(tài)管理就是要根據(jù)圍巖和支護結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化過程，進行設(shè)計和施工過程的管理。隧道開挖后動態(tài)的變化主要表現(xiàn)為位移量的變化，變形后圍巖產(chǎn)生形變，會產(chǎn)生一定的位移量，圍巖位移值由三部分組成：掌子面前方先行位移、掌子面擠出位移、掌子面后方位移。前兩種位移值根據(jù)目前國內(nèi)實際施工技術(shù)、管理的現(xiàn)狀，難以實施，隧道現(xiàn)場往往只是對掌子面后方位移進行監(jiān)測，根據(jù)后方位移值的變化采取相應(yīng)的措施。云桂線廣西段由建設(shè)單位對隧道圍巖和支護結(jié)構(gòu)統(tǒng)一實行動態(tài)信息化管理，各施工標(biāo)段配備專業(yè)化的監(jiān)控量測隊伍，但施工現(xiàn)場因工序施工影響的原因，監(jiān)控量測點要么埋設(shè)不及時，要么埋設(shè)后在進行下一道工序時破壞掉，致使監(jiān)控量測的數(shù)據(jù)實測后并不能有效的反映圍巖和支護結(jié)構(gòu)實際產(chǎn)生的變化值，這樣根據(jù)監(jiān)控量測數(shù)值實施動態(tài)化管理受到了一定的影響，隧道位移監(jiān)控量測應(yīng)與洞內(nèi)洞外觀察結(jié)合，且應(yīng)經(jīng)常采用斷面儀復(fù)測隧道初支預(yù)留量，綜合判斷圍巖變化情況，以便于采取處理措施，防止事態(tài)進一步惡化。

根據(jù)洞內(nèi)洞外觀察實施動態(tài)管理，洞內(nèi)觀察主要包括掌子面觀察和初期支護表面觀察，觀察掌子面節(jié)理、裂隙、充填物發(fā)育情況，圍巖巖性和風(fēng)化的程度，有無地下水滲出或流出，掌子面的穩(wěn)定性等，初期支護表面有無環(huán)向開裂、局部剝落、掉塊，尤其是拱部、拱腰和鋼架兩連接鋼板處的變化。洞外觀察主要查看洞身地表或相鄰偏壓的山坡有無裂縫或下陷。根據(jù)觀察情況結(jié)合監(jiān)控量測數(shù)據(jù)分析，決定掌子面是否需暫停掘進施工，初期支護是否需要加固，仰拱、二次襯砌是否需要再跟進的更近一些以確保隧道洞身的穩(wěn)定性和施工的質(zhì)量、安全。

根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報實施動態(tài)管理，超前地質(zhì)預(yù)報以地質(zhì)調(diào)查法為基礎(chǔ)，針對不同地段地質(zhì)情況和預(yù)報目的，采用一種或幾種方法相互補充和印證，進行綜合超前地質(zhì)預(yù)報。超前地質(zhì)預(yù)報主要是通過地質(zhì)調(diào)查法、物探法、超前鉆探法以達到探明巖體破碎程度、節(jié)理裂隙發(fā)育情況、地下水賦存情況等目的，在各種超前地質(zhì)預(yù)報方法中，應(yīng)以超前鉆孔為主要的超前探明手段，超前探孔可以直觀判斷圍巖情況，賦水狀態(tài)，其他超前地質(zhì)的預(yù)報的方法更多的是依靠科技手段對掌子面圍巖前方的圍巖狀態(tài)進行分析與判別。

4)施工隊伍的專業(yè)化管理。

目前國內(nèi)隧道施工的質(zhì)量、安全整體水平有待極大的提高，完全摒棄單純的農(nóng)民工人架子隊施工管理模式，把施工單位自配職工“九大員”的架子隊模式落到實處，加強一線工人的技術(shù)培訓(xùn)，培養(yǎng)技術(shù)熟練的工人，且固定為架子隊中的一員，增強工人的歸屬感和責(zé)任心，避免或減少一線工人的頻繁流動與更換，真正造就一批穩(wěn)定的隸屬施工單位自身的專業(yè)化隧道施工隊伍，是改變國內(nèi)隧道施工現(xiàn)狀的當(dāng)務(wù)之急，國內(nèi)外新的隧道施工理念，科學(xué)先進的施工方法，才能切實的應(yīng)用到我們的隧道施工現(xiàn)場中去，才能把我們的設(shè)計理念，質(zhì)量目標(biāo)、安全目標(biāo)落到實處。

5)施工的精細化管理。

軟弱圍巖隧道工程建設(shè)中，初期支護設(shè)計參數(shù)較多，隧道施工工序繁雜，各工序交叉施工，產(chǎn)生干擾的情況時有發(fā)生，如何組織好施工，達到理想的施工進度，如何使設(shè)計參數(shù)完全轉(zhuǎn)化為現(xiàn)場生產(chǎn)力，規(guī)避圍巖與初期支護的較大變形，實施精細化管理顯得尤其重要。精細化管理從施工組織上主要是表現(xiàn)在各工序之間銜接要緊湊，不能出現(xiàn)工序交接不上等待時間較長的情況，初期支護施工完成后仰拱、二次襯砌及時跟進不能滯后。從施工設(shè)計參數(shù)上主要表現(xiàn)為工序環(huán)節(jié)中的關(guān)鍵質(zhì)量節(jié)點要控制到位，切實達到質(zhì)量要求。要做到精細化管理則必須執(zhí)行崗位責(zé)任制，定人定崗，具體的操作技術(shù)工人專門負責(zé)某個質(zhì)量節(jié)點，譬如專門負責(zé)鎖腳錨管(桿)的電焊工，若鎖腳與鋼架之間沒有焊接飽滿，則由該電焊工重新焊接。各關(guān)鍵質(zhì)量節(jié)點要求專職管理人員監(jiān)控，如上述鎖腳錨管(桿)與鋼架之間銜接處的焊接問題，則由初支班班長、現(xiàn)場領(lǐng)班人員執(zhí)行具體監(jiān)控職能，領(lǐng)工人員向現(xiàn)場技術(shù)人員負責(zé)，現(xiàn)場領(lǐng)工人員向?qū)I(yè)監(jiān)理工程師負責(zé)，層層監(jiān)控落實到位，在質(zhì)量節(jié)點的細節(jié)下功夫，才能發(fā)揮各初期支護參數(shù)的綜合防護功能。

6 結(jié)語

隨著國家高速鐵路的發(fā)展，大斷面的軟巖隧道建設(shè)也會越來越多，工程人員對軟巖隧道的認識也會日益加深，重視軟弱圍巖帶來的不利影響，采用合理的施工工法，強化組織管理、動態(tài)管理，堅持專業(yè)化隊伍的施工管理方向，狠抓工序關(guān)鍵質(zhì)量節(jié)點的細節(jié)化管理，才能從主觀方面著手，解決客觀上存在的軟弱圍巖易變性較大，施工進度遲緩的難題，才能提高工程施工質(zhì)量，減少、杜絕質(zhì)量、安全事故。

[1] 關(guān)寶樹，趙 勇.軟弱圍巖隧道施工技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2011.

[2] 中鐵二院相關(guān)設(shè)計文件[Z].

Discussion on the construction management of large cross-section tunnel weak surrounding rock

Zhu Jingzhi

(YunguiRailwayProjectDepartment,ChinaRailway14thBureauGroup,Baise531500,China)

Combining with the engineering example, this paper summarized the design and construction situation of the regional tunnel engineering, analyzed the causes of problems in construction, from the construction methods, construction dynamics, construction team and other aspects, discussed the construction management of weak surrounding rock tunnel, ensured the construction quality and safety of soft rock tunnel engineering, promoted the development of high-speed railway.

tunnel, weak surrounding rock, construction management

1009-6825(2016)05-0173-03

2015-12-08

朱經(jīng)志(1975- )，男，工程師

U455

A