淺談將鐵路隧道斷面質(zhì)量檢測(cè)納入工序管理

趙韋皓

（中國(guó)建筑土木建設(shè)有限公司，北京 100073）

1 引言

在鐵路隧道建設(shè)過(guò)程中，斷面質(zhì)量檢測(cè)是重要環(huán)節(jié)之一。隧道鉆爆法開(kāi)挖超欠挖控制、初支和二襯斷面凈空控制直接影響隧道工程建設(shè)質(zhì)量。傳統(tǒng)的隧道斷面質(zhì)量檢測(cè)主要采用全站儀、斷面儀等對(duì)開(kāi)挖斷面進(jìn)行逐點(diǎn)、逐面測(cè)量，存在點(diǎn)位離散、效率低、數(shù)據(jù)不全等問(wèn)題，不能滿足工程作業(yè)人員信息化精準(zhǔn)作業(yè)的需求，現(xiàn)場(chǎng)已極少應(yīng)用該方法。三維激光掃描技術(shù)具有精度高、速度快、分辨率高、非接觸式、兼容性好等特點(diǎn)，相對(duì)全站儀、斷面儀等傳統(tǒng)斷面檢測(cè)方法，三維激光掃描儀可快速獲取精度高、數(shù)據(jù)量大的隧道輪廓點(diǎn)云數(shù)據(jù)，目前已廣泛應(yīng)用在鐵路隧道工程斷面質(zhì)量檢測(cè)中。將隧道斷面質(zhì)量檢測(cè)納入工序管理，對(duì)隧道開(kāi)挖、初支和二襯輪廓進(jìn)行激光掃描，獲得開(kāi)挖超欠挖數(shù)據(jù)、初支和二襯凈空數(shù)據(jù)，對(duì)于隧道施工的質(zhì)量控制、成本控制具有重要意義。

2 鐵路隧道施工特點(diǎn)

2.1 施工環(huán)境條件差，施工組織難度大

鐵路隧道施工條件艱苦，交通通信條件差。施工過(guò)程中受到水文地質(zhì)條件、工期、資金等多種因素的影響，需要?jiǎng)佑酶鞣N大型機(jī)械設(shè)備。同時(shí)，隧道工程往往是工期控制的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)施工組織難度大。

2.2 施工工序復(fù)雜，交叉作業(yè)多

鐵路隧道涉及專業(yè)工種多，施工技術(shù)難度較高[1]。現(xiàn)場(chǎng)需要多工序、工種協(xié)同作業(yè)，在狹窄的作業(yè)面上，需要完成大量的出渣和進(jìn)料作業(yè)，施工工序比較復(fù)雜，對(duì)工序銜接的管理能力要求高。

2.3 施工安全風(fēng)險(xiǎn)高

隧道施工環(huán)境復(fù)雜，一般長(zhǎng)大隧道都是安全高風(fēng)險(xiǎn)隧道。地質(zhì)條件復(fù)雜，不可控因素多。現(xiàn)場(chǎng)面臨著突水突泥、掉塊、坍塌、溶洞等地質(zhì)災(zāi)害威脅，安全管理水平要求高[2]。

2.4 施工時(shí)效性要求高

隧道工程施工中，圍巖的變化是不可預(yù)測(cè)的，水文地質(zhì)條件更加復(fù)雜。隧道工程一旦開(kāi)始施工，相關(guān)工序就要緊密銜接，以減小各種不利條件對(duì)施工的影響保證施工進(jìn)度，所以，隧道工程施工時(shí)效性要求高，工序銜接緊密。

2.5 工裝設(shè)備一次性投入大

目前，鐵路隧道機(jī)械化施工配套設(shè)備主要有超前地質(zhì)鉆機(jī)、三臂鑿巖臺(tái)車、混凝土噴射機(jī)械手、仰拱棧橋、防水板安裝臺(tái)車、襯砌臺(tái)車等[3]，一套工裝設(shè)備近4 000 萬(wàn)元，工藝設(shè)備投入大，質(zhì)量控制難度大。無(wú)與之配套的大機(jī)定額，仍沿用傳統(tǒng)隧道施工進(jìn)行概預(yù)算，實(shí)際成本遠(yuǎn)高于預(yù)算成本[4]。

2.6 人工費(fèi)用高

設(shè)備操作和維保等專業(yè)人員費(fèi)用高，平均費(fèi)用在200～300元/工日，司鉆工、混凝土噴射手等人員人工費(fèi)在400～600元/工日，實(shí)際人工成本高是預(yù)算的5～8 倍。

2.7 隧道施工工藝性超挖可能性大

隧道開(kāi)挖過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)施工人員往往會(huì)堅(jiān)持“寧超勿欠”的工作理念，通過(guò)擴(kuò)大周邊眼外插角，增加炸藥用量等，確保隧道不欠挖。但這種工作方式會(huì)極大地增加隧道超挖量，隧道超挖部分不僅需要額外運(yùn)出，增加出渣時(shí)間，還需要進(jìn)行材料回填，增加初支混凝土用量，降低經(jīng)濟(jì)效益。隧道超挖引起的初支噴射混凝土消耗率普遍在設(shè)計(jì)量250%～300%，超耗率在150%～200%，富水區(qū)消耗率普遍在410%～625%，超耗率在310%～525%。大斷面隧道1 km 混凝土超耗都接近1 000 萬(wàn)元，一條10 km 的隧道因混凝土超耗造成的成本虧損近億元。

3 鐵路隧道斷面質(zhì)量檢測(cè)納入工序管理的必要性

傳統(tǒng)的隧道斷面超欠挖檢測(cè)主要采用全站儀、斷面儀等對(duì)開(kāi)挖斷面進(jìn)行逐點(diǎn)、逐面測(cè)量，存在點(diǎn)位離散、效率低、數(shù)據(jù)不全等問(wèn)題，不能滿足工程作業(yè)人員信息化精準(zhǔn)作業(yè)的需求，現(xiàn)場(chǎng)已極少應(yīng)用該方法。三維激光掃描技術(shù)具有檢測(cè)速度快、點(diǎn)云數(shù)量大、自動(dòng)化水平高、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，在輪廓較規(guī)則的隧道施工中已得到廣泛應(yīng)用。“三維激光全站掃描儀+終端處理軟件+云平臺(tái)”的隧道超欠挖及斷面質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用成熟，實(shí)現(xiàn)了隧道超欠挖計(jì)算分析、初支和二襯侵限和平整度檢測(cè)等功能。對(duì)于隧道工程的質(zhì)量管理和成本控制的提升有積極意義。

基于隧道設(shè)計(jì)BIM 模型和隧道（開(kāi)挖、初支、二襯）點(diǎn)云模型，對(duì)隧道的施工質(zhì)量進(jìn)行整體的幾何偏差分析。技術(shù)路線圖如圖1 所示。

圖1 技術(shù)路線圖

4 鐵路隧道斷面質(zhì)量檢測(cè)納入工序管理需要注意的問(wèn)題

目前，川藏鐵路全線應(yīng)用“三維激光全站掃描儀+終端處理軟件+云平臺(tái)”隧道斷面質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)，多用于初支和二襯的質(zhì)量檢測(cè)，隧道開(kāi)挖掃描應(yīng)用較少。主要原因如下。

1）建設(shè)單位未提出隧道開(kāi)挖掃描的要求，僅基于隧道襯砌質(zhì)量控制的目的，要求初支和二襯的輪廓掃描。

2）隧道工程施工管理人員超挖控制意識(shí)較薄弱，超挖成為隧道施工常態(tài)。隧道項(xiàng)目雖建立了掌子面每日會(huì)診制度，分析當(dāng)前掌子面的圍巖情況及涌水量，確定下一循環(huán)進(jìn)尺及支護(hù)形式，但較少以當(dāng)前循環(huán)的準(zhǔn)確超挖量作為基礎(chǔ)依據(jù)來(lái)確定下一循環(huán)進(jìn)尺和超前支護(hù)形式。

3）隧道工程24 h 施工，隧道爆破時(shí)間不固定，爆破、排危、清渣后需要測(cè)量人員立刻進(jìn)行開(kāi)挖輪廓掃描，相比初支和二襯的掃描，開(kāi)挖掃描對(duì)隧道工程施工測(cè)量人員要求更高，留給測(cè)量人員的掃描時(shí)間范圍更嚴(yán)苛，增加了測(cè)量人員的工作量。

4）工序銜接與勞務(wù)隊(duì)管理問(wèn)題。傳統(tǒng)工序銜接是在隧道爆破、清渣后進(jìn)行初期支護(hù)作業(yè)，包括初噴混凝土、鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)、架立鋼架、打鎖腳錨桿等。現(xiàn)在是在清渣后、初支前進(jìn)行隧道開(kāi)挖輪廓的掃描作業(yè)，采用徠卡MS60 全站掃描儀作業(yè)，平均用時(shí)約20～30 min，初支作業(yè)隊(duì)因急于作業(yè)，可能會(huì)不配合項(xiàng)目測(cè)量人員開(kāi)挖掃描作業(yè)，導(dǎo)致開(kāi)挖掃描作業(yè)出現(xiàn)問(wèn)題。

目前，隧道對(duì)初支和二襯的掃描檢測(cè)工作已經(jīng)正常開(kāi)展，將隧道斷面質(zhì)量檢測(cè)納入工序管理，還要做好隧道開(kāi)挖輪廓的掃描工作，主要需要做好以下幾方面。

1）人員配備。隧道工程施工開(kāi)挖輪廓掃描工作量較大，每循環(huán)完成時(shí)間不固定，開(kāi)挖掃描作業(yè)需要緊跟圍巖爆破出渣后進(jìn)行。所以每個(gè)隧道洞口需要增配1 名測(cè)量人員負(fù)責(zé)隧道開(kāi)挖輪廓尺寸掃描、初支內(nèi)輪廓線掃描和襯砌內(nèi)輪廓線掃描。

2）成本管理。開(kāi)展隧道斷面質(zhì)量檢測(cè)工作，增加的成本方面主要涉及人員、設(shè)備和數(shù)據(jù)處理軟件。測(cè)量人員成本按1 人/洞口考慮。目前主流的隧道點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集設(shè)備為徠卡MS60和拓普康GTL1200，配置數(shù)量為1 臺(tái)/2 個(gè)洞口，增加成本在17.5～25 萬(wàn)元/洞口，如果考慮設(shè)備周轉(zhuǎn)使用，成本會(huì)有所降低。軟件成本較低，且隧道施工洞口數(shù)量越多，分?jǐn)偝杀驹降汀?/p>

3）工序銜接。如果隧道施工高峰期每循環(huán)用時(shí)約8～12 h，一天可以推進(jìn)2～3 個(gè)循環(huán)，如果增加開(kāi)挖掃描工序，則每循環(huán)增加用時(shí)約0.5 h，會(huì)對(duì)隧道施工進(jìn)度產(chǎn)生一定影響。需要在隧道開(kāi)挖清渣后立即進(jìn)行掃描作業(yè)，時(shí)效性要求較高，需要現(xiàn)場(chǎng)管理人員做好工序銜接管理，測(cè)量人員需要跟進(jìn)施工進(jìn)度，及時(shí)進(jìn)行隧道開(kāi)挖輪廓掃描。而初支、二襯輪廓掃描對(duì)工序銜接的影響可忽略不計(jì)。

4）合同管理。在勞務(wù)分包合同中明確隧道超欠挖控制獎(jiǎng)懲措施。以合同形式將隧道爆破出渣后及初支完成后的斷面掃描納入隧道施工工序，并約束勞務(wù)隊(duì)配合現(xiàn)場(chǎng)斷面掃描及爆破裝藥過(guò)程監(jiān)控。同時(shí)，在合同中以規(guī)范及設(shè)計(jì)超挖量為依據(jù)，嚴(yán)格約定勞務(wù)機(jī)械設(shè)備和各類圍巖的超欠挖數(shù)據(jù)。

5）勞務(wù)管理。鐵路隧道施工項(xiàng)目部引進(jìn)口碑好、技術(shù)本領(lǐng)強(qiáng)、管理先進(jìn)的勞務(wù)隊(duì)伍，將超耗結(jié)余與勞務(wù)隊(duì)伍建立協(xié)議，結(jié)余部分共享收益，提高隊(duì)伍積極性。同時(shí)，鐵路隧道項(xiàng)目應(yīng)定期組織現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員和施工人員參加專業(yè)技術(shù)理論培訓(xùn)，使現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員和施工作業(yè)人員充分掌握光面爆破設(shè)計(jì)要求與質(zhì)量控制要點(diǎn)。

5 結(jié)語(yǔ)

鐵路隧道施工超欠挖問(wèn)題事關(guān)施工安全質(zhì)量和成本控制。治理隧道超挖問(wèn)題已迫在眉睫，首要問(wèn)題就是測(cè)量出隧道開(kāi)挖超挖的準(zhǔn)確方量。利用隧道三維激光掃描及超欠挖管理系統(tǒng)，將斷面（開(kāi)挖、初支、二襯）掃描納入施工工序管理，是進(jìn)行隧道超挖控制的必要手段，是保證隧道施工質(zhì)量，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)隧道施工精細(xì)化管理的有力抓手。