雙側壁導坑法施工大斷面淺埋隧道初期支護鋼架施工質量控制研究

馮海軍　吳俊良

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

關鍵詞：雙側壁導坑法;大斷面淺埋隧道;PDCA循環;質量控制

中國分類號：U455.7

0引言

隨著城市建設的不斷發展，大量城市隧道建設工程日益增加。同時，隧道結構又受制于城區地形、地貌和地質條件的制約，分離式隧道在實施過程中極為受限，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，要考慮加強隧道設計與施工的質量，對施工技術的要求較高。只有積極優化施工技術，不斷提升施工質量，才能保障隧道工程的安全性，推進全路段的標準化施工[3]。

提高隧道施工質量，需在施工過程中落實質量檢查，匯總質量通病、進行數據分析并確認要因，才能有針對性地提高隧道施工質量。

本文以重慶兩江新區人高路二期道路工程（K0+000～K1+240）項目明月湖隧道為依托，針對初期支護施工過程中的質量控制要點進行排查、分析，并采取相應措施以提高初期支護施工質量。

為有效提升大斷面淺埋隧道初期支護的施工質量，本次研究主要采用PDCA循環理論進行分析，確認初期支護期間產生的質量通病，并確認產生該癥結的主要原因以及采取有效措施提升初期支護施工質量。

PDCA循環理論是一個能夠有效控制施工質量的工具，目前在工程項目中已得到廣泛的應用，每次實施均需經過計劃、執行、檢查以及處理四個階段，對項目進行整體調整并逐漸完善。通過PDCA不間斷的循環，并在項目實施過程中熟練運用，能有效地提高工作效率，使得項目的管理系統形成良性循環[4]。

1工程概況

人高路二期道路工程（K0+000～K1+240）項目已實施完成的一期終點為人高路-機東北交叉口，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設置一座隧道。隧道全長330 m，包含220 m暗洞+110 m明洞。施工計劃從K0+355明暗交接處入洞，由小樁號向大樁號方向掘進。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，采用雙側壁導坑法進行初期支護施工，如圖1所示。

隧道洞身按新奧法原理進行設計，初期支護以錨、網、噴為主要支護手段，必要時輔以超前支護、鋼拱架及地層加固等措施，合理利用圍巖的自承能力。支護參數綜合考慮工程水文地質條件、埋置深度、地下地表構筑物、結構跨度及施工方法等因素，按工程類比法結合數值模擬擬定（圖2）。

2質量通病分析

明月湖隧道開始初期支護施工后，隧道質量管理小組針對初期支護施工質量進行排查，發現初期支護施工合格率僅為89.5%，隧道施工質量仍有較大提升空間，于是質量管理小組確定了如圖3所示質量提升目標，即92.5%。

對不合格點進一步分析，發現在初期支護施工中存在如圖4所示質量通病并整理成頻率分布直方圖。

根據圖4頻率分布直方圖所示，隧道初期支護鋼拱架安裝傾斜度偏差為隧道初期支護施工質量合格率未達到設定目標的主要癥結，若將該主要質量通病解決，合格率將達到93.3%，滿足設定目標值的要求。

3主要原因分析

針對“鋼拱架傾斜度偏差”這一影響項目隧道初期支護施工的主要質量通病進行分析，確認了造成該質量通病的主要原因，如表1所示。

3.1開挖施工出現超欠挖

產生“鋼拱架傾斜度偏差”這一質量通病的首個原因為開挖施工出現超欠挖，質量管理小組按照規范中“每1 m 2內超欠挖面積不宜大于0.1 m 2”進行現場調查。

根據現場調查結果，超欠挖測量結果與鋼架安裝傾斜度偏差合格率分析結果如表2所示。

根據表2所示結果，總體合格率為70%，未出現>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%，因此可確認開挖施工出現超欠挖是造成“鋼拱架傾斜度偏差“這一質量通病的一大因素。若將超欠挖問題全部解決，鋼拱架傾斜度偏差合格率將達到95%。

3.2左右導洞鋼架定位誤差

根據設計圖紙要求，采用雙側壁導坑法施工。首先施工右上導洞，隨后施工左上導洞，左上導洞與右上導洞施工期間鋼架定位若存在較大誤差，施工后行中上導洞鋼架封閉成環后就會造成鋼拱架安裝傾斜度的偏差，因此左右導洞鋼架定位誤差也有可能為造成初期支護鋼拱架安裝傾斜度偏差的一大因素。根據現場調查，按照規范中“鋼架軸線連接偏位要求不超過±3 mm”的要求進行控制測量，左右導洞鋼架定位誤差測量數據與鋼拱架傾斜度偏差合格率分析結果如表3所示。

根據表3所示結果，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%，因此可以確認鋼架施工過程中左右導洞鋼架定位偏差是造成“鋼拱架傾斜度偏差”這一質量通病的又一原因。若將左右導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

根據原設計圖紙，隧道鋼拱架的連接采用4個8.8級高強螺栓進行連接。根據《緊固件機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為108 N·m。采用扭力扳手對接頭螺栓安裝的質量進行檢查，發現有多處接頭螺栓擰緊扭矩不滿足要求，如表4所示。

由此，可確認接頭螺栓未擰緊為產生鋼拱架傾斜度偏差的主要原因，若將這一問題完全解決，合格率將達到90%以上，因此需針對接頭螺栓的施工工藝進行優化。

4質量控制措施

4.1提高光面爆破精度

為解決開挖施工出現超欠挖問題，應根據隧道施工地質條件優化爆破施工措施，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。上崗前應加強對鉆孔人員的教育培訓，使其明確光面爆破施工鉆孔的相關參數，采取定人、定鉆、定眼的現場管控措施。此外，還需嚴格按照要求控制鉆孔施工精度，按照設計要求逐榀開挖，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，針對后續施工右上導洞K0+400～K0+410段的20榀鋼架爆破施工情況進行檢查，每1 m 2超欠挖面積>0.1 m 2的開挖面數量下降至1處，優于之前調查的7處。

4.2提高測量精度

為解決鋼架安裝過程中左右導洞鋼架定位偏差的問題，應采取提高測量精度的措施以保障左右導洞鋼架定位在統一軸線上。

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

加密測點后，針對K0+400～K0+410的20榀左、右導洞鋼架軸線偏差進行檢查后發現，左、右導洞鋼架軸線偏差>3 mm的點數由原來的10個點減少至3個點，實施效果明顯。

4.3優化螺栓安裝工藝

在明確接頭螺栓未擰緊為產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化以提高隧道初期支護施工質量。

經調查研究發現，現場施工班組主要采用不帶數顯功能的電動扳手進行鋼拱架連接螺栓的施工，而采用該種扳手施工無法確認螺栓的擰緊扭矩是否達到標準要求的扭矩值。

因此，項目質量管理小組購入了一批帶數顯功能的電動扳手并在施工班組中進行推廣。

5效果檢查

經過針對產生鋼拱架傾斜度偏差這一質量通病的三個主要原因采取質量控制措施后，明月湖隧道初期支護鋼拱架傾斜度偏差的質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施前后精準度問題排列圖可知，“鋼拱架傾斜度偏差”這一質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標的主要原因癥結。

解決鋼拱架傾斜度偏差這一主要質量通病后，經項目質量管理小組人員復查，合格率達到了94.3%，高于前期設定的目標值，如圖6所示。

6結語

本文以重慶兩江新區人高路二期道路工程（K0+000～K1+240）項目明月湖隧道為依托，運用PDCA循環的方法，準確識別了大斷面淺埋隧道初期支護施工中的主要質量通病，并確認產生質量通病的主要原因。經過有針對性地采取相應措施，有效提高了大斷面淺埋隧道初期支護施工成品的合格率，同時為類似工程項目提供了寶貴的經驗。

參考文獻：

[1]寇君淑.公路隧道施工階段風險評估與控制研究[D].西安：西安工業大學，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，2019.

[3]朱維申，何滿潮.復雜條件下圍巖動態施工力學[M].重慶：重慶大學出版社，2001.

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

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