新奧法隧道施工開挖支護的質量控制要點研究

王紅方

摘 要：新奧法是公路隧道施工中常見的一種施工方法，施工工藝較為成熟，應用廣泛，但也存在一些容易忽視的施工質量問題。文中針對隧道新奧法施工時應注意的幾個關鍵問題，著重介紹了隧道開挖支護過程中的施工質量控制，對于防止質量通病和質量事故的出現具有重要意義。

關鍵詞：新奧法; 開挖支護; 質量控制

1 引言

新奧法隧道施工是隧道施工過程中比較常用的方法之一，主要的理論依據是巖體力學，在施工過程中充分利用圍巖的自承能力，然后依靠錨桿、鋼拱架和噴射混凝土等支護措施對圍巖進行支護，這些能夠利用的條件形成一套完備的支護體系，在新奧法隧道施工過程中關鍵點就是控制好圍巖的變形和松弛，然后通過對圍巖和支護的量測、監控來指導隧道施工。所以，新奧法隧道施工的核心和精髓在于一方面最大化利用圍巖的自穩能力，一方面通過有效支護手段，共同達到預期的受力效果。因此如何做到在隧道開挖中減少圍巖擾動，有效控制支護質量成為新奧法隧道施工的關鍵要點。

2 工程概況

104國道溫州西過境永嘉張堡至甌海桐嶺段改建工程（鹿城段）陳村隧道為雙向六車道高速公路小凈距隧道，單洞凈寬14m，隧道襯砌采用三心圓，半徑R1=7.85m、R2=5.85m、R3=1.5m，建筑限界高度5.0m。陳村隧道全長500m，其中洞身Ⅴ級圍巖44m。洞身段襯砌均按新奧法原理設計，圍巖較差地段初期支護采用噴、錨、網、鋼拱架支護，二次襯砌采用鋼筋砼砼襯砌;地質良好地段，掛網噴射支護，二次襯砌采用模注砼砼襯砌。

3 隧道工程開挖支護常見質量問題

隧道施工開挖支護過程中較為常見易發生的有以下幾方面問題：

3.1 隧道超欠挖

3.2 錨桿打設角度不準確、間距不均勻

3.3 鋼拱架安裝不牢固

3.4 初支混凝土平整度差、有空洞

4 隧道工程開挖支護常見質量問題危害性分析

4.1 超欠挖的危害性

超欠挖對于隧道工程的實施來說有著較大的危害，不僅影響工程的安全、質量和成本，還會嚴重阻礙工程的進展，進而影響工程的進度。超挖過多，噴射混凝土量便會增加，施工成本將大大提高。局部超挖嚴重，還會造成局部圍巖應力集中問題，嚴重的話會有坍塌的風險。欠挖過多，則需要補炮，補炮則容易產生局部超挖的現象，會影響圍巖的穩固性，嚴重的話會引起坍塌，安全隱患問題加重。

4.2 錨桿打設角度、位置不準確的危害性

錨桿作為隧道初支的重要組成部分，起到極其關鍵的受力作用，錨桿打設角度不準確、間距不均勻，勢必會影響錨桿的受力功能。

4.3 鋼拱架安裝不牢固的危害性

鋼拱架作為隧道初支的重要組成部分，是極為關鍵的受力體，鋼拱架安裝不牢固，極大影響著隧道初支受力體系，帶來巨大質量、安全隱患。

4.4 初支混凝土空洞、平整度差的危害性

初支混凝土空洞，造成混凝土較大質量缺陷，初支混凝土平整度控制不良，容易造成因防水卷材不易緊貼，帶來二襯混凝土空洞，同時也容易導致二襯混凝土厚度不足的問題。

5 常見質量問題原因分析

5.1 隧道超欠挖的原因

5.1.1 鉆孔操作臺車就位不準確

鉆孔操作臺車設置不合理，鉆孔工人的操作空間過大或者過小，使得鉆孔操作困難，尤其是周邊眼拱頂炮眼鉆孔角度難以控制，導致拱頂存在大量超欠挖現象。

5.1.2 鉆孔工操作不規范

有些鉆孔工在鉆孔的過程中投機取巧，為了貪圖便利不嚴格按照標定位置打眼，造成鉆孔的眼位不正確，周邊眼距、鉆桿外插角控制不好、鉆孔眼位深淺不一，眼底位置不在同一平面等，后續修補過程必然會造成超欠挖現象。

5.1.3 裝藥量及裝藥結構不合理

施工人員的錯誤觀念也會引起超欠挖問題。在爆破過程中，施工人員在裝藥量和裝藥結構上會存在錯誤的認識，他們會為了提高爆破效果盲目的加大藥量，或者擔心超挖現象出現錯誤的減少藥量，導致超挖或者欠挖現象。

5.1.4 爆破網路連接不規范

在實際爆破過程中，會由于施工人員的工作失誤產生以下幾個問題：第一，某孔引線遺漏，導致爆破不能同時進行;第二，由于網路簇聯的接頭處不夠緊密，導致不能引爆;第三，簇聯結內漏放引爆雷管，無法爆破;第四，網路中引線存在折斷、打結等問題，造成爆破時間發生差異;第五，一個結上簇聯的引線過多。以上這些問題都會導致各個位置的雷管不能同時起爆或者直接無法起爆，這樣勢必造成較嚴重的欠挖情況。

5.2 錨桿打設角度不準確、間距不均勻的原因

5.2.1 鉆孔操作臺架設置不合理

如果沒有合理的設置好鉆孔操作臺架，會造成頂層平臺空間不規范，出現過大或者過小的情況，使鉆孔操作工操作困難，特別是拱頂錨桿打設困難，打設角度難以保證，造成錨桿打設角度不一，無法滿足設計要求。

5.2.2 鉆孔工操作不熟練

鉆孔工人操作的熟練程度也會影響錨桿的打設角度，實際施工過程中，有些鉆孔工人會為了操作方便而偏離設定的位置打孔，或者未按照設計要求的打設角度鉆孔，必然會導致孔眼位置不合理，進而影響錨桿位置和間距。

5.3 鋼拱架安裝不牢靠的原因

5.3.1拱架基礎不牢靠

鋼拱架安裝前未將拱底巖屑、虛渣清理干凈，鋼拱架座在虛渣上，導致鋼拱架基礎不牢靠。

5.3.2 未設置鎖腳錨桿

臺階法施工時，在開挖下臺階前，拱腳處未設置鎖腳錨桿，易造成拱腳收縮和掉拱，造成鋼拱架失穩。

5.3.3 鋼拱架未緊貼巖面

因鋼拱架加工安裝偏差，或者因開挖面超欠挖控制不良局部超挖嚴重，開挖面不平整，又未進行噴射混凝土貼平，導致鋼拱架未緊貼于巖面，鋼拱架安裝不夠牢靠。

5.4初支混凝土空洞、平整度差的原因

5.4.1 噴射混凝土前準備工作未做到位

沒有及時清理松動巖塊、巖壁面粉塵、巖屑、垃圾等其他雜物;

沒有及時排查和處理遇巖面的集中滲水出露的現象;

未設置控制噴射混凝土厚度的標志。

5.4.2噴射作業不規范

5.4.2.1 噴射作業未按規定順序進行。

5.4.2.2 單次噴射厚度未按照規定要求進行控制，單次噴射厚度過厚。

5.4.2.3 巖面有較大凹洼部位，未在初噴前找平。

6 質量防治措施

6.1 隧道超欠挖控制

6.1.1 利用考核機制，加強班組管理

利用考核機制，各班組進行工效掛鉤考核。當前工程實施過程中各個班組存在相互推卸責任的情況，如開挖班組為了提高工作效率，忽略挖孔過程中會存在噴射混凝土浪費、超運輸等帶來的成本增加，而后一工班不愿意去處理前一工班的欠挖，導致問題積攢較多，既影響工程進度，又不利超欠挖控制。因此，施工過程中加強各班組人員的考核管理，在施工管理上應將質量、進度、責任、義務和效益掛鉤，特別是對超挖造成的混凝土浪費以及欠挖造成的噴射混凝土厚度不足導致的返工進行相應的經濟處罰，對超欠挖控制良好的開挖班組予以經濟獎勵。

6.1.2 重視鉆爆設計

工程人員在鉆爆設計過程中要做到思路嚴謹、考慮周到，如對周邊眼、掏槽眼、輔助眼的數量和布置，眼孔的角度與深度，各眼孔的裝藥量及裝藥結構、起爆次序、網路連接等都需要準確計算。并且在每次爆破后，認真分析爆破結果，仔細檢查圍巖變化情況，及時修正各個參數，查漏補缺，力求達到最佳爆破效果。另外，為了減少隧道的超欠挖，在爆破技術上優選光面爆破，使得開挖面盡可能的吻合設計輪廓線，同時減少對圍巖的擾動。

6.1.3 加強鉆爆作業工序管理

在整個隧道施工過程中，前期的鉆孔和爆破作業是非常關鍵的，所以必須加強鉆孔、爆破作業的工序管理，嚴格按照鉆爆設計規范進行鉆眼、裝藥、連接和引爆。具體的實施過程如下幾個方面：第一，鉆孔精度要按照工程要求，不能擅自改動;第二，裝藥前清理工作到位，孔內雜物務必清理干凈，嚴格按照預先設計的裝藥結構和藥量進行裝藥，然后堵塞，檢查有無疏漏;第三，按照設計的爆破次序放置各段位的毫秒雷管，并且一一檢查，確保無誤;第四，連接起爆網路并認真檢查，主要檢查的內容如下：①確保所有的引線都聯入網絡，不存在遺漏情況;②確保簇聯結點緊密連接，并在結點處放置引爆雷管;③確保網路中引線不打結、折斷;

6.2 錨桿打設質量控制

6.2.1 合理選擇鉆孔機具

選擇鉆孔機具應考慮以下因素：側墻及拱腰部位錨桿孔可采用氣腿式鑿巖機鉆孔，拱部錨桿孔盡可能采用錨桿機施工，利用機械化智能化手段，既可提高施工精度，又提高施工效率。如果條件限制，沒有錨桿機，那么采用鉆孔臺車鉆孔。

6.2.2 優化鉆孔操作臺車設置

當只有氣腿式鑿巖機鉆孔時，作業臺架必須設有鉆拱頂錨桿孔的作業平臺。作業平臺須進行優化設計，確保拱頂操作空間適度舒適，既不能過大也不可過小，確保鉆孔操作工省時省力，施工方便。

6.2.3 加強鉆孔施工管理

加強鉆孔管理，嚴格按照規范進行，主要包括以下兩個方面：（1）鉆孔前應按設計要求，進行測量放樣，在鉆孔位置處做好標記。（2）根據圍巖巖層層面情況確定錨桿鉆孔方向，錨桿鉆孔方向應盡可能垂直于開挖面，與開挖面的垂直偏差控制在20°以內。

6.3鋼拱架安裝質量控制

6.3.1 穩固鋼拱架基礎

安裝鋼拱架前將初支基底的巖屑、虛渣清理干凈，確保鋼拱架坐落于堅硬巖基上;若是凹陷處高度不夠，用足夠強度的混凝土澆筑鋼拱架基礎，將拱架落于拱架基礎上。從而確保鋼拱架基礎牢靠受力，不塌不陷。

6.3.2 合理設置鎖腳錨桿

臺階法施工時，在開挖下臺階前，于拱腳垂直于巖壁打入1～2排錨桿，以防止拱腳收縮和掉拱，對鋼拱架起到很好的固定作用。

6.3.3 嚴格控制鋼拱架制安過程

6.3.3.1 鋼拱架采用分節段制作，鋼拱架間采用螺栓連接，螺栓須擰緊牢固。

6.3.3.2 鋼架宜在初噴后安裝。安裝前，應檢查開挖斷面輪廓、中線及高程。

6.3.3.3 鋼架安裝時應盡可能貼近圍巖或初噴面，有間隙時應用楔塊楔緊。

6.4初支混凝土空洞、平整度控制

6.4.1 倒逼開挖班組提高光面爆破效果

開挖面平整度控制好壞，對后續初支混凝土噴射質量關系很大，因此要建立績效考核機制，倒逼開挖班組重視開挖面超欠挖控制，提高光面爆破效果。

6.4.2 噴射混凝土前做好各項準備工作

第一，對開挖面進行檢查，檢查內容包括輪廓尺寸、有無松動巖石及有無集中滲水等;第二，用高壓水槍對開挖面進行清洗，對滲水進行引排處理;第三，設置標志用以控制噴射混凝土厚度。

6.4.3加強噴射混凝土作業

6.4.3.1 噴射作業按照從下到上的順序，分片、分段進行噴射作業，分段區間設置不宜過長。

6.4.3.2 每層噴射，每次噴射厚度根據試噴效果來確定，一般初噴厚度控制在40～60mm。復噴噴射厚度拱頂不超過100mm、邊墻不超過150mm。

6.4.3.3 在初噴前對巖面較大的坑洼進行填平。

6.4.3.4 噴槍嘴應垂直于巖面進行噴射混凝土作業，噴槍嘴到噴射面距離控制在0.6～1.4m，噴射壓力宜為0.1～0.15MPa。

7 結語

本工程陳村隧道施工過程中，嚴格按照以上操作要點進行開挖支護施工，取得了較為顯著的效果，在工程交竣工實體檢測中各項檢測合格率達到95%以上，保證了隧道的質量和安全性能。

參考文獻：

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