隧道工程精細化作業與管理實施要點分析

彭海

（核工業西南建設集團有限公司，四川成都 610094）

0 引言

近年來，我國交通運輸領域飛速發展，隧道工程項目數量逐年攀升，規模亦不斷擴大，強化隧道工程施工質量控制也越發重要。隧道工程涉及諸多內容，復雜性和系統性較高，且施工風險較大。在工程建設與管理過程中，實施精細化作業與管理有重要意義，不僅有助于提高工程建設質量，還可提高施工安全性。因此，有必要對隧道工程精細化作業與管理要點進行研究，針對性地優化施工技術，并落實相應的保障措施，以更好地保證施工質量與安全。

1 隧道工程精細化管理的基本內容

隧道是我國交通運輸體系的重要構成部分，在縮短通行距離、提高交通運行效率等方面發揮著重要作用。隧道工程施工環境比較復雜，安全、質量、進度、成本、技術、環境等是隧道工程精細化作業及管理的重要方面[1]。這些施工管理內容可以劃分為安全管理、技術及環境作業與管理三大類，其中開挖、支護是隧道施工的重要工序，也是施工技術的管理重心，需要結合現場施工的具體情況科學選用相應的開挖及支護技術，并采取相應的安全防護措施。隧道工程精細化作業及管理通過制訂一系列的科學管理措施，以確保施工技術應用到位，工程施工質量達標。

2 隧道工程精細化作業與管理要點

2.1 開挖管理

開挖作業是隧道工程的基礎作業，有一定的施工風險。精細化作業的落實情況直接影響開挖施工的安全性，還會對后續支護施工等工序產生影響。圍巖管理是開挖管理的重心，需要科學應用短距離超前預報、中距離超前預報、長距離超前預報等方法，以充分掌握開挖區域掌子面四周圍巖的狀態。基于隧道施工的特殊性，在隧道開挖過程中要確保開挖面結構的穩定性，至少要確保在支護結構發揮作用前其能夠處于穩定狀態，因此需要結合圍巖實際情況科學應用小導管或長管棚超前支護等預支護措施[2]。在隧道工程開挖施工中，需要將施工及管理重心放在保障掌子面結構的穩定性上，若發現掌子面結構存在不穩定跡象，要及時采取應對措施，如噴混凝土、使用錨桿或鋼架等方式，以保證隧道工程施工順利開展。

2.1.1 掌子面管理

掌子面是隧道施工事故的高發區域，因此需要嚴格落實掌子面精細化作業及管理要點，以最大限度地保證掌子面施工的安全性。

為此，建立健全掌子面觀察制度，啟動開挖作業的同時開啟掌子面圍巖狀況監測工作，委派專業施工人員進行現場觀測。此外，可以使用先進的數碼相機設備進行掌子面圍巖狀態遠程監測，每次開挖作業后記錄掌子面結構圖像，并以此為依據判斷掌子面結構的穩定狀態，同時對掌子面一定距離的圍巖狀況進行預測。在此過程中要保持謹慎細致，不遺漏任何細微征兆，尤其是拱頂結構，以保障掌子面圍巖狀態判斷的準確性。

針對巖質圍巖的施工環境，可采用掌子面地質素描格式表記錄隧道工程地質條件，并以此為基礎繪制掌子面素描圖，對每次開挖循環情況進行正式記錄，同時要求業主代表及公路隧道工程承包商進行簽字確認[3]。

在開挖作業過程中，要全面記錄每一次開挖作業掌子面的狀態，并與上一次掌子面狀態進行對比，判斷掌子面圍巖狀態變化，為進一步施工決策的制訂提供依據。

2.1.2 圍巖變形管理

隧道工程開挖過程中圍巖狀態并不是一成不變的，尤其是在軟弱圍巖隧道工程中，需要加強圍巖變形檢測，以便及時采取支護等防范舉措，對開挖面位移進行有效管理，最大限度地避免掌子面崩塌。可采用光位移計進行量測，根據LED 二極管光顏色變化判定圍巖變形狀況，如正常區域呈白色，微變形區域呈藍色，位移值、開裂狀態等超出預定范圍的區域呈紅色。光位移計可以快速感知圍巖變形情況，具有極高的推廣應用價值。

國外某隧道工程施工過程中采用光位移計檢測圍巖變形情況，取得了較好的應用效果。在＞4000m的山嶺隧道工程中，將光位移計設置在埋深約300m的蛇紋巖地段，通過實地試驗掌握了掌子面基礎位移情況，推斷出隧道工程及周邊圍巖的穩定情況[4]。需要注意的是，量測點設置情況直接影響著掌子面后方圍巖初期位移速度，務必要在下一次開挖之前完成第一個量測點設置，以保證測量結果的精確性，為支護模式的選擇提供依據。此外，為保證圍巖動態管理的有效性，應制訂完善的量測管理辦法，規范落實量測操作。

2.2 支護管理

為有效降低位移風險，將位移值控制在安全施工許可范圍內，需要采取科學的支護措施，加強支護管理，準確判斷位移發生率（需要結合圍巖狀態監測相關情況進行解析）、確定容許位移值（應嚴格遵守國家相關規定）。

在圍巖開挖過程中難免會發生一定的變形，一旦超過允許范圍會影響隧道工程施工的安全性，因此，務必要在施工過程中加強對圍巖狀態的評估，可采取預支護、超前支護等舉措，將圍巖變形量控制在容許范圍內。

對于軟弱圍巖的超前支護，要確保支護長度合理，能夠形成拱形構造，且要監視已支護地段，觀察超前支護構件狀態，做好支護構件變異記錄及分析，及時采取超前預補強措施，確保掌子面長期處于穩定狀態。

此外，處理未支護地段時要結合已支護地段出現的問題，針對性地調整支護措施。圍巖結構初期支護手段主要包括噴混凝土、使用錨桿、使用鋼架、進行二次襯砌等，要結合圍巖狀態科學選擇相應的支護手段，以確保隧道工程開挖后圍巖變形始終處于安全范圍內，保證圍巖結構的穩定性。

2.2.1 混凝土噴射管理

為保障圍巖結構的穩定性，有時需要向圍巖噴射一定強度的混凝土。混凝土強度分為初期強度、某一齡期強度及長期強度等，不同使用周期的混凝土對噴射強度有不同的要求。一般噴射使用周期為1 天的混凝土，初期強度為8～10MPa；噴射使用周期為3h 的混凝土，初期強度為3MPa[5]。

混凝土噴射管理的關鍵在于初期強度及附著強度的確定，因此需要規范落實配合比試驗，通過噴射檢驗混凝土初期強度。為確保混凝土配合比及噴射試驗規范開展，需要完善噴混凝土初期強度試驗制度，明確配合比試驗操作規范及初期強度測定方法，加強對配合比及噴射試驗的監管。針對大斷面隧道，應采用大容量噴射機，以保證噴射效率及噴射質量。由于噴混凝土主要是通過附著圍巖結構發揮支護作用，因此還要規范落實噴混凝土附著強度測試，確保噴混凝土附著強度達標。

此外，在混凝土噴射管理過程中要加強早期閉合施工階段的仰拱管理，做好仰拱與邊墻連接作業，確保開挖斷面可以及時閉合，提高噴混凝土支護效果。

2.2.2 錨桿管理

為防止未支護地段出現掉塊問題，通常需要在離開掌子面一定距離后使用機械手安裝錨桿支護。針對較軟的圍巖結構，在錨桿支護過程中需要設置墊板，以有效發揮錨桿的支護功能，否則會在一定程度上削弱錨桿支護處理效果。

在錨桿支護施工過程中，可以直接購買錨桿，也可以在現場制作錨桿，無論采用哪種方式都要確保錨桿規格符合要求。針對需要進行注漿操作的錨桿，要加強對注漿質量的把控，做好注漿密實度檢驗，確保注漿密實度及充填飽和度達標。

2.2.3 鋼架管理

針對圍巖狀態不佳的施工區域，需要科學開展鋼架支護，以有效控制圍巖變形程度。同時，要加強對鋼架支護區域的監測，及時記錄鋼架異常問題，綜合分析量測值等相關內容，找出鋼架異常原因，以采取針對性的支護優化措施。

鋼架與圍巖的接觸狀態會直接影響鋼架荷載壓力的分布情況，許多鋼架支護變形與荷載分布不均勻相關。因此，要加大對鋼架支護安裝的重視及檢測力度，確保鋼架與圍巖充分均勻接觸，最大限度地保障鋼架受力的均勻性。多數隧道工程在支護管理過程中聯合應用噴混凝土、錨桿及鋼架支護等初期支護手段，以發揮不同支護手段的技術優勢，提高協調作業成效，但需要結合具體的圍巖狀態科學選擇并規劃支護處理順序。

2.2.4 二次襯砌管理

為保證二次襯砌的承載能力，要嚴格按照施工設計圖紙規范落實二次襯砌與仰拱連接面施工，確保兩者形成封閉構造，能夠有效傳遞軸力。實際施工過程中，要結合襯砌功能選擇襯砌施工時間，以降低土壓影響，降低開裂發生率。比如，針對一般圍巖，需要在位移收斂后立即進行二次襯砌；針對較短的巖石隧道，國外一般在完成整個隧道開挖作業后進行二次襯砌；針對具有膨脹性的泥巖、凝灰巖等圍巖隧道，一般需要提前進行仰拱施工，并在圍巖變形基本收斂后進行二次襯砌。需要注意的是，二次襯砌前期可能會影響襯砌的耐久性，出現混凝土密實度及強度不足、厚度不均勻、拱頂厚度不足、拱頂與圍巖連接不緊密等問題，因此，需要在襯砌施工階段做好施工管理，規范落實襯砌施工操作，及時找出引發初期缺陷的因素，確保二次襯砌施工質量。為避免二次襯砌過程中出現混凝土開裂問題，要結合隧道工程施工特點制訂混凝土施工精細管理目錄及襯砌施工核查卡，要求監理等相關管理人員全程參與混凝土澆筑、模板設置及拆除等關鍵施工環節，并對相應施工工序進行簽字確認[6]。

3 隧道工程精細化作業與管理措施

3.1 加強掌子面前方地質探測

為保障掌子面施工安全性，提高掌子面施工方案制訂的合理性，要在施工前科學應用超前綜合預報技術對掌子面所在區域的地質情況進行調查，詳細掌握施工區域的巖體構成，預測施工區域不良地質類型、分布及規模等，以科學判定圍巖等級，制訂相應的支護方案。

結合隧道工程特點準備地震波記錄儀、檢波器等檢測設備，在測量場地合理布設檢測設備。一般情況下，要在掌子面前方50m 的位置，用鉆孔機在掌子面中軸線左右對稱位置鉆2 個直徑為60cm、深度為110cm 的孔，用于接收信號。再鉆10 個直徑為40cm、深度為150cm 的孔，每個單孔填充60g 炸藥，進行觸發爆破，通過檢波器等檢測設備采集并分析P 波等相關資料、處理相關數據，以獲取地質預報結果。

3.2 錨桿質量檢驗

錨桿構件質量直接影響支護效果，因此需要在施工前做好錨桿質量檢驗工作，確保錨桿質量、規格等與實際支護需求相匹配。鑒于隧道工程會使用大量錨桿，對每一根錨桿都進行質量檢查不太契合實際，因此多數工程會選用隨機抽查方法，對5%～10%的錨桿進行隨機抽查，確保所抽查錨桿中95%以上達標方可投入使用。錨桿質量檢查主要采用NDT 方法，在錨桿兩端分別放置接收器和放射器，由放射器發射波，由接收器接收經錨桿傳輸后的波信號，通過分析接收信息判斷錨桿是否存在裂縫等質量問題。

3.3 初支檢測

隧道工程初期支護工作經常會發生支護與圍巖接觸不緊密的問題，導致接觸面出現諸多孔洞，一旦孔洞數量及面積超標，會影響支護效果，出現支護扭曲、滲漏等問題。因此，需要在支護施工初期使用地質雷達技術對初期支護施工質量進行檢測，及時結合孔洞分布情況采取相應的施工整改措施，以提高初期支護施工質量。使用地質雷達技術需要在地面設置信號發射及接收設備，并通過信號處理設備處理、分析接收到的信號，將其轉換為可視化的檢測結果。

3.4 內襯強度檢測

為保證隧道工程后期運營的安全性，需要在施工過程中科學落實混凝土襯砌工作，以增強隧道結構強度。混凝土襯砌施工會受到混凝土配比、施工技術等因素的影響，因此需要對襯砌強度進行檢測，確保施工質量達標，以有效避免襯砌構件變形等問題。

在混凝土內襯強度檢測中，通常采用超聲回彈技術，將超聲儀、回彈儀放置在待測混凝土結構的同一側，分別測定超聲傳播速度與回彈值，推導出混凝土強度值。針對實測強度不達標的混凝土結構，要重新開展襯砌工作，直至混凝土襯砌強度達標。

4 結語

總而言之，保證隧道工程施工質量是工程社會效益及經濟效益的關鍵，因此相關部門應加大對隧道工程精細化作業及管理的重視度，加強對施工及管理要點的分析，結合現場施工需求規范落實開挖、支護施工及相關管理措施，以提高隧道工程施工質量，促進交通運輸事業的長遠發展。