軟弱黃土公路隧道超欠挖控制研究

（甘肅路橋建設(shè)集團有限公司，甘肅 蘭州 730000）

0 緒論

軟弱黃土公路隧道具有斷面大、地質(zhì)復(fù)雜、地基承載力差、圍巖穩(wěn)定性差等特點。軟弱黃土隧道根據(jù)圍巖等級分為Ⅴ、Ⅵ級，其圍巖穩(wěn)定性差，施工安全風(fēng)險較大[1]。軟弱黃土公路隧道施工技術(shù)要求高，須制定合理的施工組織設(shè)計，確保工程安全、質(zhì)量、進度目標(biāo)的實現(xiàn)[2]。

軟弱黃土隧道通常采用分部開挖方式，主要有臺階法、環(huán)形開挖預(yù)留核心土法、單側(cè)臂導(dǎo)坑法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法等[3]。通常采用人工配合機械開挖的方式，常用的開挖機械有挖掘機、破碎錘、裝載機等，先用機械開挖出隧道的輪廓線，再人工進行巖面修理。不同于鉆爆開挖，此種開挖方式的質(zhì)量受地質(zhì)條件、人、機械等多方面的影響較大，因此隧道開挖斷面的超欠挖較難控制。

隧道超欠挖控制是隧道施工中的一大難題，直接影響工程的質(zhì)量和經(jīng)濟效益[4]。隧道超欠挖不僅造成人力、機械、財力的巨大浪費，還降低了圍巖穩(wěn)定性和工程質(zhì)量，延誤工程進度。超挖部分回填大量混凝土，影響工程的經(jīng)濟和社會效益。因此，嚴(yán)格控制隧道超欠挖是隧道工程施工質(zhì)量及成本控制的重點[5-6]。

超挖不僅增加出渣量、襯砌工程量和回填工程量，增加工程造價，同時局部的過度超挖會引起應(yīng)力集中，影響圍巖穩(wěn)定性；而欠挖因侵占了結(jié)構(gòu)空間，直接影響支護結(jié)構(gòu)厚度，會帶來工程質(zhì)量問題，產(chǎn)生安全隱患，處理起來費工、費時，影響工期，且處理時開挖輪廓不易控制，容易引起更大超挖。因此，必須保證開挖質(zhì)量，為圍巖的穩(wěn)定和支護創(chuàng)造良好條件[7-8]。

在軟弱黃土隧道開挖過程中要堅持“嚴(yán)禁欠挖、盡量減少超挖、安全第一、質(zhì)量有保障、進度合理、成本受控”的原則。本文主要從以下幾個方面探討造成軟弱黃土隧道超欠挖現(xiàn)象的原因。

1 設(shè)計上的不完善

1.1 地質(zhì)勘測過于簡略

設(shè)計圖紙給出的圍巖特征描述過于簡略，實際施工中圍巖與設(shè)計描述有出入。某些地段實際圍巖狀況較好，但依舊采用等級更高的支護參數(shù)和較大的預(yù)留變形量，不僅造成人力、機械、原材料的大量消耗，而且加大了圍巖擾動的范圍，增加了超挖的概率。而在某些地質(zhì)較差的地段，卻依舊采用較低等級的支護參數(shù)和較小的預(yù)留變形量，開挖過程中很容易出現(xiàn)局部掉塊，造成嚴(yán)重超挖，局部超挖容易造成鋼拱架應(yīng)力集中，發(fā)生不均勻沉降，出現(xiàn)襯砌厚度不夠和不均勻現(xiàn)象。

1.2 錨桿設(shè)計方案不合理

在軟弱黃土隧道錨桿施工中，鉆孔作業(yè)不可避免地引起圍巖的二次擾動，引發(fā)圍巖局部嚴(yán)重掉塊，造成較大的超挖。其中，超前小導(dǎo)管和系統(tǒng)錨桿的施作會引起全斷面圍巖的二次擾動，出現(xiàn)大面積掉塊。對于超前小導(dǎo)管的設(shè)計，在圍巖自穩(wěn)性較好的段落，應(yīng)減少其數(shù)量；對于圍巖穩(wěn)定性差的地段，應(yīng)盡量減少數(shù)量，采用“短進尺、強支護”策略。在軟弱黃土隧道中設(shè)計系統(tǒng)錨桿須謹(jǐn)慎，在確保錨桿受拉的情形下才可考慮，對于松動范圍較大的隧道，不宜設(shè)計系統(tǒng)錨桿。在圍巖穩(wěn)定性較差的地段，應(yīng)通過增加鎖腳錨管的數(shù)量、長度來取代系統(tǒng)錨桿的設(shè)計。

2 對超欠挖認(rèn)識不足

隧道施工過程中，無論施工隊還是項目部對施工進度的重視程度遠高于施工成本控制，這與隧道工程本身的特征有關(guān)。在任何一個項目標(biāo)段，隧道工程通常被作為一項控制性工程，因此在施工組織設(shè)計中對工期的安排比較緊湊。為了追求施工進度，長期形成了“寧超勿欠”的思想。開挖時，為了避免后續(xù)鋼拱架安裝進行人工二次清理巖面造成的時間損失，通常較設(shè)計輪廓線有較大的超挖范圍。

3 施工過程中缺乏有效的管理

3.1 開挖作業(yè)管理不當(dāng)

隧道開挖過程中無指揮者或者雖有指揮者但責(zé)任心差，任由挖機司機自由開挖，造成嚴(yán)重超挖的現(xiàn)象十分普遍。隧道開挖作業(yè)指揮者和挖機司機的技術(shù)水平和責(zé)任心直接決定著隧道開挖質(zhì)量的好壞。在隧道開挖過程中，往往掌子面附近光線較暗，挖機司機受機械影響，存在一定的視覺盲區(qū)，需要開挖指揮者時刻用燈光來引導(dǎo)。因此，開挖過程中指揮者要集中注意力，引導(dǎo)挖機開挖，盡量減少超挖，確保開挖質(zhì)量。對于挖機無法開挖的區(qū)域，進行人工修理。洞身開挖作業(yè)必須選用施工經(jīng)驗豐富的司機，以免新手造成較大的超挖損失。

3.2 開挖進尺不合理

隧道開挖掘進過程中，在未充分掌握圍巖變化的情況下，盲目追求進度，單循環(huán)掘進榀數(shù)超設(shè)計的情形時有發(fā)生。如果遇到斷層、夾層、新舊黃土交替處以及含水率突變區(qū)等，單循環(huán)進尺超設(shè)計，很容易造成大面積超挖。在黃土隧道開挖過程中，單循環(huán)進尺長度對超欠挖控制質(zhì)量有一定的影響。下表是對甘肅省莊浪縣南湖隧道（Ⅴ級黃土隧道）開挖榀數(shù)與噴射混凝土超量、作業(yè)時間統(tǒng)計。

表1 開挖進尺與噴射混凝土超率統(tǒng)計表

從表1可見，隨著單循環(huán)掘進榀數(shù)的增加，初期支護的時間增加，且增幅變大，這主要是由于開挖進尺越大，超挖的風(fēng)險越大，噴射混凝土作業(yè)時間大大增加；三榀開挖掘進噴射混凝土的超率最小。在一榀開挖作業(yè)時，由于縱向開挖距離較短，挖機很難準(zhǔn)確地沿設(shè)計輪廓線開挖，容易造成局部的超挖與欠挖，欠挖可以在鋼拱架安裝前巖面二次修理時彌補，超挖只能用噴射混凝土填補。三榀開挖作業(yè)，對于軟弱黃土隧道，圍巖自穩(wěn)性較差，且開挖持續(xù)時間較長，圍巖暴露時間過長，易出現(xiàn)風(fēng)化掉落現(xiàn)象，因此會造成較大超挖。

3.3 初期支護各道工序缺乏組織協(xié)調(diào)

初期支護作業(yè)包括隧道開挖，初噴混凝土，鋼拱架安裝，連接筋和網(wǎng)片焊接，鎖腳錨管、系統(tǒng)錨桿、超前小導(dǎo)管打設(shè)，錨桿注漿，噴射混凝土。隧道施工常常是各道工序相互銜接，無間歇作業(yè)，各工序之間的銜接緊湊程度不僅影響工程的進度，還可能造成超挖。隧道開挖斷面具有溫度高、濕度高、風(fēng)塵濃度大的特征，圍巖暴露在空氣中的時間越長，越容易受開挖斷面環(huán)境的影響，加速圍巖風(fēng)化的速度，進而發(fā)生失穩(wěn)，導(dǎo)致大面積的垮塌。因此，隧道開挖完成后要立即進行初噴混凝土，防止圍巖進一步風(fēng)化。初噴混凝土雖然能夠暫時緩解圍巖的惡化趨勢，但是為了防止圍巖發(fā)生較大的變形，必須提高初期支護各工序之間的銜接程度。鼓勵相鄰工序之間搭接作業(yè)，杜絕相鄰工序間出現(xiàn)間歇現(xiàn)象，力爭實現(xiàn)人工在空間和時間上的協(xié)調(diào)分配，為工程按期完工提高保準(zhǔn)率，為安全施工提供保障。

3.4 缺乏有效的激勵措施

成功的工程是項目部和施工隊全體人員相互合作的結(jié)晶。為了更好地凝聚所有項目參建者，項目部應(yīng)制定相應(yīng)的激勵措施。對于施工隊，確定允許噴射混凝土超量，若超過限值，由施工隊和項目部按比例承擔(dān)，若低于限值，則按一定比例獎勵施工隊。項目部應(yīng)建立全員參與的考核機制，定期表彰獎勵對隧道超欠挖控制做出貢獻的技術(shù)管理人員。

4 結(jié)語

公路軟弱黃土隧道超欠挖直接影響工程的進度和經(jīng)濟效益，因此，如何控制超欠挖是一項重要課題。要控制隧道的超欠挖，首先要提高地質(zhì)勘測的精確程度，優(yōu)化設(shè)計方案，其次需提高對隧道超欠挖的認(rèn)識，最后要通過施工現(xiàn)場有效的管理手段，提高超欠挖控制效果。

在施工過程中，可以使用先進的與隧道開挖輪廓形狀相似的圓形切屑黃土設(shè)施，可以很大程度上避免開挖超量，也可以使用自行式液壓鋼拱架安裝臺車進行鋼拱架安裝，此臺車可以在開挖面后方安全區(qū)域完成鋼拱架的拼裝，拼裝可與巖面二次清理和初噴混凝土作業(yè)同時進行，大大縮短圍巖暴露的時間，降低圍巖失穩(wěn)的概率，進而提高超欠挖控制質(zhì)量。