隧道初期支護變形問題及其措施

黎育文

（萍鄉(xiāng)市上栗公路事業(yè)發(fā)展中心，江西 萍鄉(xiāng) 337001）

0 引言

部分隧道工程項目所處地質(zhì)環(huán)境相對復(fù)雜，再加上工藝流程較多，在施工建設(shè)期間容易受到工程地質(zhì)以及施工管理等因素影響，而出現(xiàn)施工質(zhì)量風(fēng)險問題，如圍巖結(jié)構(gòu)變形問題。結(jié)合圍巖結(jié)構(gòu)變形特征來看，圍巖結(jié)構(gòu)變形問題過于嚴(yán)重時，會直接引發(fā)鋼拱架扭曲變形、初期支護混凝土噴射開裂等質(zhì)量風(fēng)險問題，不利于保障隧道工程項目建設(shè)的質(zhì)量安全。近些年來，大多數(shù)施工單位已經(jīng)深刻意識到隧道施工初期支護變形問題的危害性。為確保隧道初期支護施工操作安全開展，施工單位必須主動結(jié)合工程地質(zhì)條件以及初期支護的施工需求，采取科學(xué)合理的工藝方法以及質(zhì)量控制措施，加強對風(fēng)險問題的識別管理。

1 工程概況及重難點施工問題分析

某隧道工程長290m，兩端為V 級圍巖，中間段為IV 圍巖。隧道最大埋深為52m，最小埋深為6m。結(jié)合場地環(huán)境條件，設(shè)計為連拱隧道結(jié)構(gòu)形式。因該隧道具備軟弱圍巖及淺埋連拱隧道地質(zhì)特征，施工建設(shè)涉及的風(fēng)險隱患數(shù)量較多且施工工藝相對復(fù)雜。根據(jù)公路工程施工安全技術(shù)規(guī)范來看，該隧道可以確定為超過一定規(guī)模的危大工程項目。結(jié)合現(xiàn)場施工情況來看，再加上隧道區(qū)軟弱圍巖數(shù)量較多，導(dǎo)致施工整體建設(shè)難度較大，且施工進度相對緩慢[1]。

最重要的是，軟弱圍巖段初期支護施工很容易受到工程地質(zhì)條件以及施工操作等因素影響而出現(xiàn)變形或者其他施工風(fēng)險問題。為確保隧道初期支護施工始終處于安全穩(wěn)定的工作狀態(tài)，施工單位必須針對隧道工程施工的重難點問題進行重點強調(diào)與部署，并主動結(jié)合隧道初期支護變形隱患表現(xiàn)及成因特點，采取科學(xué)合理的質(zhì)量控制措施加以應(yīng)對管理。

2 隧道初期支護變形隱患的表現(xiàn)及成因分析

因該隧道工程地質(zhì)條件相對復(fù)雜且施工工藝較多，在現(xiàn)場施工期間，容易受到擾動因素的影響而出現(xiàn)結(jié)構(gòu)變形等一系列質(zhì)量缺陷問題。如果施工人員不能及時應(yīng)對管理，就很容易引發(fā)施工風(fēng)險問題，最終導(dǎo)致施工安全事故。結(jié)合現(xiàn)場施工實況來看，初期支護施工操作不久之后，主體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了變形問題，變形速率以及變形量遠遠超過規(guī)定的允許范圍。與此同時，在噴射混凝土過程中，出現(xiàn)明顯的掉塊問題、鋼拱架扭曲變形問題，在拱頂以及邊墻等重要位置發(fā)生了不同程度的扭曲變形問題，對現(xiàn)場施工進度造成了滯后性影響[2]。

從問題成因來看，主要是受到地質(zhì)構(gòu)造、圍巖性質(zhì)以及現(xiàn)場施工操作等因素影響引發(fā)的變形問題；從地質(zhì)構(gòu)造來看，受到斷裂影響，斷裂帶及其附近巖體破碎問題十分嚴(yán)重，再加上圍巖等級相對較低，穩(wěn)定性表現(xiàn)較差，致使水位動態(tài)變化比較明顯；從圍巖性質(zhì)來看，隧道開挖施工之后，圍巖結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出的自穩(wěn)能力比較低，容易引發(fā)初期支護變形問題甚至大變形問題；從現(xiàn)場施工操作來看，初期支護強度不足，引發(fā)邊墻鋼拱架折斷等變形問題，進一步加劇施工風(fēng)險的嚴(yán)重程度。此外，施工人員并未完全遵照相關(guān)技術(shù)規(guī)程要求進行施工操作，且質(zhì)量安全意識不足，容易誘發(fā)施工風(fēng)險問題。

3 隧道初期支護的工藝方法及要點分析

為了減少隧道工程初期支護變形問題，施工單位必須嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙以及施工專項方案的部署要求，加強對隧道初期支護工藝落實過程的重點管理。在管理過程中，應(yīng)該針對隧道初期支護施工操作涉及的重難點問題進行妥善處理，確保各項工藝質(zhì)量管控效果達到預(yù)期，減少施工風(fēng)險問題。

3.1 初噴混凝土封閉巖面

在正式噴射混凝土之前，施工人員應(yīng)該對巖面危石進行處理。重點檢查開挖斷面的凈空尺寸，當(dāng)受噴面存在涌水或者滲水等問題時，施工人員應(yīng)該規(guī)范安裝半圓軟管進行引排處理。在此基礎(chǔ)上，噴射混凝土進行覆蓋操作。

與此同時，施工人員需要利用高壓風(fēng)水完成對受噴面的沖洗處理[3]。在此期間，施工人員還需要對錨桿尾部進行標(biāo)記，以便控制混凝土的噴射厚度。在噴射混凝土?xí)r，施工人員應(yīng)該嚴(yán)格按照分段、分片以及分層的施工要求進行操作。在噴射順序上，應(yīng)該按照由下而上的順序。需要注意的是，在初噴混凝土?xí)r，施工人員必須保證一次噴射到位。

3.2 鋼拱架施工工藝重點

施工人員需要提前在洞外的加工場地按照設(shè)計尺寸加工鋼拱架。以雙面焊接的方式，在每節(jié)鋼拱架的兩端焊上連接鋼板，并用螺栓進行連接。需要注意的是，在加工的過程中，施工人員必須嚴(yán)格按照設(shè)計尺寸標(biāo)準(zhǔn)進行規(guī)范操作，以切實保證加工的精度效果。加工成型的鋼拱架必須分類堆放，并做好防腐工作。在現(xiàn)場施工期間，施工人員需要將鋼拱架垂直于隧道中線位置，并且保障平面不錯位以及不扭曲。在偏差控制上，必須滿足上下左右允許偏差±50mm 的要求。鋼拱架安裝就位之后，施工人員可采取噴射混凝土的方式對鋼拱架與圍巖之間的間隙進行填充密實處理。在噴射方式的選擇上，可以采取由兩側(cè)拱腳向上對稱噴射[4]。

3.3 鋼筋網(wǎng)片施工操作

該工程項目在鋼筋網(wǎng)片的鋼筋選擇上，以φ8 鋼筋為主，網(wǎng)格尺寸為20cm×20cm。在施工期間，施工人員需要嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙的要求合理掛設(shè)鋼筋網(wǎng)片。在正式安裝期間，網(wǎng)片與圍巖面必須保持3～5cm 左右的距離，避免網(wǎng)片過于密貼巖面。

需要注意的是，為避免復(fù)噴混凝土?xí)r網(wǎng)片出現(xiàn)晃動的問題，施工人員必須對網(wǎng)片進行牢固綁扎或者焊接操作處理。在正式噴射時，施工人員可通過適當(dāng)縮短噴嘴至受噴面的距離，以確保鋼筋網(wǎng)背面混凝土的密實程度達到預(yù)期效果。必要時，可通過適當(dāng)調(diào)整噴射角度，進一步增強鋼筋網(wǎng)背面混凝土的密實效果[5]。

3.4 復(fù)噴混凝土施工

該工程項目在噴射混凝土方式的選擇上，主要采用濕噴機進行施工操作。在現(xiàn)場施工期間，施工人員可利用電子設(shè)備對噴射臂的噴射位置以及噴嘴的角度進行合理調(diào)整。在現(xiàn)場施工方法的優(yōu)化上，初期支護噴射混凝土主要采取濕噴工藝。在初噴混凝土施工期間，施工人員必須盡早封閉暴露巖面，避免石塊剝落問題。在復(fù)噴混凝土施工期間，施工人員需要在錨桿以及鋼筋網(wǎng)片安裝完成之后立即開展施工，以防止圍巖結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形問題。需要注意的是，為確保復(fù)噴混凝土施工的質(zhì)量達到預(yù)期效果，施工人員必須嚴(yán)格按照專項施工方案的部署要求，加強對施工重難點問題的妥善處理。

在噴射混凝土施工期間，施工人員必須保證噴嘴與受噴面始終保持90°的夾角，避免噴射夾角過小，增加混凝土的回彈率。與此同時，施工人員還需要對噴嘴的角度以及距離進行適當(dāng)調(diào)整，確保噴射的均勻性與合理性。必須來回噴射2～3 次之后，再噴射下一部位。如果噴射混凝土期間出現(xiàn)堵管問題，施工人員必須停止操作并關(guān)閉噴射機械以及高壓風(fēng)管。通過適當(dāng)敲打軟管，對其內(nèi)部存留的混凝土進行有效清除，在此基礎(chǔ)上加水沖洗軟管，管道暢通之后，再次進行噴射施工操作[6]。

3.5 錨桿施工要點

錨桿施工基本上可以視為隧道工程初期支護施工的重中之重，要求施工人員必須嚴(yán)格規(guī)范個人的操作行為，以防止出現(xiàn)施工風(fēng)險問題。結(jié)合該工程項目實況來看，為保障拱部錨桿的施工質(zhì)量，施工單位采取專門的錨桿機設(shè)備處理拱部錨桿施工問題。在正式施工之前，施工人員必須規(guī)范安裝墊板，保障墊板與噴射混凝土緊密接觸。對于V 級圍巖系統(tǒng)的錨桿，可以在復(fù)噴工作結(jié)束之后安裝墊板，以便于錨桿質(zhì)量的檢測。同時，施工人員需要按照設(shè)計圖紙的要求確定錨桿的間距，并用油漆標(biāo)注眼位。在鉆孔施工操作期間，施工人員必須確保鉆桿垂直于巖面或者層理面。

在鉆孔施工操作期間，施工人員應(yīng)該加強對施工安全問題的重視。結(jié)合以往的施工經(jīng)驗來看，如果鉆孔施工期間存在技術(shù)操作不當(dāng)?shù)膯栴}，可能對圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性造成影響，嚴(yán)重時可能引發(fā)結(jié)構(gòu)變形甚至坍塌問題。對此，施工人員必須規(guī)范個人的技術(shù)操作，按照專項施工方案的部署要求，精準(zhǔn)開展鉆孔施工作業(yè)。除此之外，施工人員應(yīng)該對墊板安裝以及螺帽緊固等細節(jié)問題予以高度重視，避免出現(xiàn)施工風(fēng)險問題[7]。

4 隧道初期支護變形問題的質(zhì)量控制措施及建議分析

4.1 明確隧道初期支護施工的注意事項，減少變形問題出現(xiàn)

為防止隧道初期支護期間出現(xiàn)結(jié)構(gòu)變形問題，施工單位必須精準(zhǔn)把握隧道初期支護施工的注意事項，確保隧道初期支護施工的操作安全。在具體實施過程中，初期支護施工應(yīng)該配合開挖作業(yè)及時進行，以切實增強圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性。同時，施工人員必須保證臺架的牢固性與可靠性，可結(jié)合場地實況合理設(shè)置安全圍欄。在現(xiàn)場施工期間，施工人員必須始終堅持強支護、短進尺的施工原則，初期支護必須緊跟掌子面。對于V 級圍巖的初期支護施工，施工人員必須保障其盡早封閉成環(huán)。

在隧道支護期間，施工人員需要重點關(guān)注施工監(jiān)測問題，可利用智能化監(jiān)測技術(shù)對隧道支護全過程涉及的參數(shù)信息進行監(jiān)測分析。根據(jù)數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，及時調(diào)整支護措施以及相關(guān)參數(shù)。需要注意的是，為避免圍巖結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形問題，施工人員應(yīng)該提前做好地質(zhì)描述工作，根據(jù)圍巖條件變化采取針對性的措施。除此之外，參與隧道施工建設(shè)的全體人員必須配備安全防護用具以及服裝，增強施工安全管理效能，防止意外出現(xiàn)。

4.2 滲入精細化管理理念，減少施工風(fēng)險問題出現(xiàn)

一方面，管理人員可以按照精細化管理理念，加強對隧道初期支護施工各階段工藝流程的質(zhì)量管控。例如，在前期施工準(zhǔn)備期間，施工單位應(yīng)該指派專業(yè)勘察人員深入施工場地，對隧道工程的地質(zhì)條件進行精準(zhǔn)勘察分析，根據(jù)反饋的結(jié)果，對施工方案以及設(shè)計圖紙內(nèi)容進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整優(yōu)化，加強對風(fēng)險問題的合理管控。另一方面，現(xiàn)場管理人員應(yīng)該加強對隧道初期支護施工安全風(fēng)險防范問題的重視程度。

在管理過程中，管理人員可以利用HSE 風(fēng)險管理方法，對施工危險區(qū)域進行提前識別，并對施工危險區(qū)域存在的擾動因素進行防控管理。除此之外，管理人員應(yīng)該始終秉持因地制宜的施工原則，對施工現(xiàn)場涉及的工藝流程以及重難點問題進行提前優(yōu)化處理。例如，在該工程項目中，噴射混凝土應(yīng)該優(yōu)先采取濕噴工藝進行操作施工。在液體速凝劑的選擇上，應(yīng)該優(yōu)先使用環(huán)保無堿速凝劑，以確?，F(xiàn)場施工符合綠色施工標(biāo)準(zhǔn)。

4.3 堅持貫徹質(zhì)量優(yōu)先、安全治理的原則理念，保障初期支護施工的質(zhì)量安全

為確保隧道初期支護施工的質(zhì)量安全，施工單位必須嚴(yán)格把守隧道支護材料的質(zhì)量大關(guān)。在正式施工之前，施工單位的相關(guān)負責(zé)人員應(yīng)該對原材料進行嚴(yán)格的質(zhì)量管控，可采取試驗檢測方法，加強對原材料質(zhì)量的精準(zhǔn)分析與嚴(yán)格把控。與此同時，施工單位應(yīng)該對入場使用的機械設(shè)備進行調(diào)試管理，避免機械設(shè)備在使用過程中出現(xiàn)安全風(fēng)險問題。需要注意的是，因初期支護施工作業(yè)流程相對復(fù)雜，施工單位應(yīng)該提前明確隧道初期支護施工的操作難點以及重點問題，并結(jié)合場地環(huán)境特征，尋找隧道初期支護施工操作存在的缺陷以及漏洞。通過改進優(yōu)化施工操作方案以及相關(guān)流程，保障隧道初期支護效果得以全面加強[8]。

5 結(jié)語

總而言之，為確保隧道工程初期支護施工效果達到預(yù)期，施工單位應(yīng)該主動結(jié)合工程地質(zhì)條件以及隧道工程初期支護的施工需求，從多個層面針對隧道初期支護施工方案的內(nèi)容進行健全完善。在此基礎(chǔ)上，施工管理人員應(yīng)該深入施工場地對初期支護施工的落實情況以及技術(shù)重難點問題進行動態(tài)管理，避免施工作業(yè)期間出現(xiàn)安全風(fēng)險問題。除此之外，施工人員應(yīng)該嚴(yán)格規(guī)范個人的技術(shù)操作，堅持按照設(shè)計圖紙以及專項施工方案的部署要求，加強對施工重難點問題的妥善處理，以期從根本上夯實隧道工程初期支護的施工效果。