雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工大斷面淺埋隧道初期支護(hù)鋼架施工質(zhì)量控制研究

馮海軍　吳俊良

摘要：文章依托重慶兩江新區(qū)人高路二期道路工程（K0+000～K1+240）項(xiàng)目明月湖隧道初期支護(hù)鋼架施工，運(yùn)用PDCA循環(huán)理論，確認(rèn)了隧道鋼拱架施工過程中主要質(zhì)量通病為鋼拱架傾斜度偏差，并確認(rèn)了產(chǎn)生這一質(zhì)量通病的主要原因是開挖施工出現(xiàn)超欠挖、左右導(dǎo)洞鋼架定位誤差和接頭螺栓未擰緊。采取質(zhì)量控制措施后，隧道初期支護(hù)鋼架施工質(zhì)量明顯提高，鋼架施工合格率達(dá)到了94.3%，超過了92.5%的設(shè)定目標(biāo)值。

關(guān)鍵詞：雙側(cè)壁導(dǎo)坑法;大斷面淺埋隧道;PDCA循環(huán);質(zhì)量控制

中國分類號：U455.7

0引言

隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，大量城市隧道建設(shè)工程日益增加。同時，隧道結(jié)構(gòu)又受制于城區(qū)地形、地貌和地質(zhì)條件的制約，分離式隧道在實(shí)施過程中極為受限，而單洞四車道超大斷面淺埋市政隧道的布置方式能夠很好地適應(yīng)這樣的條件[1-2]。

大斷面淺埋隧道的工程施工一般都有較大難度，要考慮加強(qiáng)隧道設(shè)計(jì)與施工的質(zhì)量，對施工技術(shù)的要求較高。只有積極優(yōu)化施工技術(shù)，不斷提升施工質(zhì)量，才能保障隧道工程的安全性，推進(jìn)全路段的標(biāo)準(zhǔn)化施工[3]。

提高隧道施工質(zhì)量，需在施工過程中落實(shí)質(zhì)量檢查，匯總質(zhì)量通病、進(jìn)行數(shù)據(jù)分析并確認(rèn)要因，才能有針對性地提高隧道施工質(zhì)量。

本文以重慶兩江新區(qū)人高路二期道路工程（K0+000～K1+240）項(xiàng)目明月湖隧道為依托，針對初期支護(hù)施工過程中的質(zhì)量控制要點(diǎn)進(jìn)行排查、分析，并采取相應(yīng)措施以提高初期支護(hù)施工質(zhì)量。

為有效提升大斷面淺埋隧道初期支護(hù)的施工質(zhì)量，本次研究主要采用PDCA循環(huán)理論進(jìn)行分析，確認(rèn)初期支護(hù)期間產(chǎn)生的質(zhì)量通病，并確認(rèn)產(chǎn)生該癥結(jié)的主要原因以及采取有效措施提升初期支護(hù)施工質(zhì)量。

PDCA循環(huán)理論是一個能夠有效控制施工質(zhì)量的工具，目前在工程項(xiàng)目中已得到廣泛的應(yīng)用，每次實(shí)施均需經(jīng)過計(jì)劃、執(zhí)行、檢查以及處理四個階段，對項(xiàng)目進(jìn)行整體調(diào)整并逐漸完善。通過PDCA不間斷的循環(huán)，并在項(xiàng)目實(shí)施過程中熟練運(yùn)用，能有效地提高工作效率，使得項(xiàng)目的管理系統(tǒng)形成良性循環(huán)[4]。

1工程概況

人高路二期道路工程（K0+000～K1+240）項(xiàng)目已實(shí)施完成的一期終點(diǎn)為人高路-機(jī)東北交叉口，由南往北與黃胡路相交形成簡易菱形立交，主線右線K0+300～K0+630設(shè)置一座隧道。隧道全長330 m，包含220 m暗洞+110 m明洞。施工計(jì)劃從K0+355明暗交接處入洞，由小樁號向大樁號方向掘進(jìn)。隧道最大埋深為29 m，隧道橫斷面開挖跨徑凈寬為17.25 m，為單洞四車道隧道，屬于大斷面淺埋隧道，采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法進(jìn)行初期支護(hù)施工，如圖1所示。

隧道洞身按新奧法原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，初期支護(hù)以錨、網(wǎng)、噴為主要支護(hù)手段，必要時輔以超前支護(hù)、鋼拱架及地層加固等措施，合理利用圍巖的自承能力。支護(hù)參數(shù)綜合考慮工程水文地質(zhì)條件、埋置深度、地下地表構(gòu)筑物、結(jié)構(gòu)跨度及施工方法等因素，按工程類比法結(jié)合數(shù)值模擬擬定（圖2）。

2質(zhì)量通病分析

明月湖隧道開始初期支護(hù)施工后，隧道質(zhì)量管理小組針對初期支護(hù)施工質(zhì)量進(jìn)行排查，發(fā)現(xiàn)初期支護(hù)施工合格率僅為89.5%，隧道施工質(zhì)量仍有較大提升空間，于是質(zhì)量管理小組確定了如圖3所示質(zhì)量提升目標(biāo)，即92.5%。

對不合格點(diǎn)進(jìn)一步分析，發(fā)現(xiàn)在初期支護(hù)施工中存在如圖4所示質(zhì)量通病并整理成頻率分布直方圖。

根據(jù)圖4頻率分布直方圖所示，隧道初期支護(hù)鋼拱架安裝傾斜度偏差為隧道初期支護(hù)施工質(zhì)量合格率未達(dá)到設(shè)定目標(biāo)的主要癥結(jié)，若將該主要質(zhì)量通病解決，合格率將達(dá)到93.3%，滿足設(shè)定目標(biāo)值的要求。

3主要原因分析

針對“鋼拱架傾斜度偏差”這一影響項(xiàng)目隧道初期支護(hù)施工的主要質(zhì)量通病進(jìn)行分析，確認(rèn)了造成該質(zhì)量通病的主要原因，如表1所示。

3.1開挖施工出現(xiàn)超欠挖

產(chǎn)生“鋼拱架傾斜度偏差”這一質(zhì)量通病的首個原因?yàn)殚_挖施工出現(xiàn)超欠挖，質(zhì)量管理小組按照規(guī)范中“每1 m 2內(nèi)超欠挖面積不宜大于0.1 m 2”進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果，超欠挖測量結(jié)果與鋼架安裝傾斜度偏差合格率分析結(jié)果如表2所示。

根據(jù)表2所示結(jié)果，總體合格率為70%，未出現(xiàn)>0.1 m 2超欠挖面積僅有一處鋼架安裝傾斜度偏差不合格，而超欠挖>0.1 m 2的開挖樁號合格率僅為16.7%，因此可確認(rèn)開挖施工出現(xiàn)超欠挖是造成“鋼拱架傾斜度偏差“這一質(zhì)量通病的一大因素。若將超欠挖問題全部解決，鋼拱架傾斜度偏差合格率將達(dá)到95%。

3.2左右導(dǎo)洞鋼架定位誤差

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求，采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工。首先施工右上導(dǎo)洞，隨后施工左上導(dǎo)洞，左上導(dǎo)洞與右上導(dǎo)洞施工期間鋼架定位若存在較大誤差，施工后行中上導(dǎo)洞鋼架封閉成環(huán)后就會造成鋼拱架安裝傾斜度的偏差，因此左右導(dǎo)洞鋼架定位誤差也有可能為造成初期支護(hù)鋼拱架安裝傾斜度偏差的一大因素。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，按照規(guī)范中“鋼架軸線連接偏位要求不超過±3 mm”的要求進(jìn)行控制測量，左右導(dǎo)洞鋼架定位誤差測量數(shù)據(jù)與鋼拱架傾斜度偏差合格率分析結(jié)果如表3所示。

根據(jù)表3所示結(jié)果，總體合格率為60%，而定位偏差>3 mm的部分共有10處，且>3 mm部分的樁號合格率僅為20%，因此可以確認(rèn)鋼架施工過程中左右導(dǎo)洞鋼架定位偏差是造成“鋼拱架傾斜度偏差”這一質(zhì)量通病的又一原因。若將左右導(dǎo)洞鋼架定位偏差這一問題全部解決，合格率將提高至95%。

3.3接頭螺栓未擰緊

根據(jù)原設(shè)計(jì)圖紙，隧道鋼拱架的連接采用4個8.8級高強(qiáng)螺栓進(jìn)行連接。根據(jù)《緊固件機(jī)械性能有效力矩型鋼鎖緊螺母》（GB/T 309/.9-2010）[5]的要求，第一次擰入的力矩應(yīng)為108 N·m。采用扭力扳手對接頭螺栓安裝的質(zhì)量進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)有多處接頭螺栓擰緊扭矩不滿足要求，如表4所示。

由此，可確認(rèn)接頭螺栓未擰緊為產(chǎn)生鋼拱架傾斜度偏差的主要原因，若將這一問題完全解決，合格率將達(dá)到90%以上，因此需針對接頭螺栓的施工工藝進(jìn)行優(yōu)化。

4質(zhì)量控制措施

4.1提高光面爆破精度

為解決開挖施工出現(xiàn)超欠挖問題，應(yīng)根據(jù)隧道施工地質(zhì)條件優(yōu)化爆破施工措施，提高光面爆破的精度。

提高光面爆破精度的主要措施為提高爆破施工鉆眼精度。上崗前應(yīng)加強(qiáng)對鉆孔人員的教育培訓(xùn)，使其明確光面爆破施工鉆孔的相關(guān)參數(shù)，采取定人、定鉆、定眼的現(xiàn)場管控措施。此外，還需嚴(yán)格按照要求控制鉆孔施工精度，按照設(shè)計(jì)要求逐榀開挖，單孔深度控制在50 cm為宜。

采取提高鉆眼精度的管控措施后，開挖效果明顯，針對后續(xù)施工右上導(dǎo)洞K0+400～K0+410段的20榀鋼架爆破施工情況進(jìn)行檢查，每1 m 2超欠挖面積>0.1 m 2的開挖面數(shù)量下降至1處，優(yōu)于之前調(diào)查的7處。

4.2提高測量精度

為解決鋼架安裝過程中左右導(dǎo)洞鋼架定位偏差的問題，應(yīng)采取提高測量精度的措施以保障左右導(dǎo)洞鋼架定位在統(tǒng)一軸線上。

左上、右上導(dǎo)洞鋼架定位測量的控制點(diǎn)在原來基礎(chǔ)上再增加5個測點(diǎn)，以保證左上、右上導(dǎo)洞的軸線誤差控制在3 mm以內(nèi)，在施工中上導(dǎo)洞時，鋼架傾斜度偏差便可有效減少。

加密測點(diǎn)后，針對K0+400～K0+410的20榀左、右導(dǎo)洞鋼架軸線偏差進(jìn)行檢查后發(fā)現(xiàn)，左、右導(dǎo)洞鋼架軸線偏差>3 mm的點(diǎn)數(shù)由原來的10個點(diǎn)減少至3個點(diǎn)，實(shí)施效果明顯。

4.3優(yōu)化螺栓安裝工藝

在明確接頭螺栓未擰緊為產(chǎn)生鋼拱架傾斜度偏差的主要原因后，需立即采取接頭螺栓施工工藝的優(yōu)化以提高隧道初期支護(hù)施工質(zhì)量。

經(jīng)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場施工班組主要采用不帶數(shù)顯功能的電動扳手進(jìn)行鋼拱架連接螺栓的施工，而采用該種扳手施工無法確認(rèn)螺栓的擰緊扭矩是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的扭矩值。

因此，項(xiàng)目質(zhì)量管理小組購入了一批帶數(shù)顯功能的電動扳手并在施工班組中進(jìn)行推廣。

5效果檢查

經(jīng)過針對產(chǎn)生鋼拱架傾斜度偏差這一質(zhì)量通病的三個主要原因采取質(zhì)量控制措施后，明月湖隧道初期支護(hù)鋼拱架傾斜度偏差的質(zhì)量通病得以有效解決。通過對比圖3與圖5的頻率分布直方圖及實(shí)施前后精準(zhǔn)度問題排列圖可知，“鋼拱架傾斜度偏差”這一質(zhì)量通病的影響頻率從原來的41.7%減少到11.8%，已不再是明月湖隧道施工中合格率不達(dá)標(biāo)的主要原因癥結(jié)。

解決鋼拱架傾斜度偏差這一主要質(zhì)量通病后，經(jīng)項(xiàng)目質(zhì)量管理小組人員復(fù)查，合格率達(dá)到了94.3%，高于前期設(shè)定的目標(biāo)值，如圖6所示。

6結(jié)語

本文以重慶兩江新區(qū)人高路二期道路工程（K0+000～K1+240）項(xiàng)目明月湖隧道為依托，運(yùn)用PDCA循環(huán)的方法，準(zhǔn)確識別了大斷面淺埋隧道初期支護(hù)施工中的主要質(zhì)量通病，并確認(rèn)產(chǎn)生質(zhì)量通病的主要原因。經(jīng)過有針對性地采取相應(yīng)措施，有效提高了大斷面淺埋隧道初期支護(hù)施工成品的合格率，同時為類似工程項(xiàng)目提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]寇君淑.公路隧道施工階段風(fēng)險評估與控制研究[D].西安：西安工業(yè)大學(xué)，2016.

[2]周雅.超大斷面淺埋軟弱圍巖市政隧道施工工法研究[D].貴陽：貴州大學(xué)，2019.

[3]朱維申，何滿潮.復(fù)雜條件下圍巖動態(tài)施工力學(xué)[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，2001.

[4]程麗麗.盤道嶺隧道王程施王質(zhì)量控制研究[D].阜新：遼寧工程技術(shù)大學(xué)，2018.

[5]GB/T 309/.9-2010，緊固件機(jī)械性能有效力矩型鋼鎖緊螺母[S].