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隧道施工技术中的若干问题•我国隧道施工建设在最近几年获得了长足的进步，取得了许多举世公认的成就，如18km的秦岭铁路隧道的建成、正在修建的18km的终南山公路隧道以及长20km的乌鞘岭铁路隧道等，还有长达80km的大伙房水工隧洞工程等。在建设过程中也暴露出一些问题，本文准备就其中的一些问题，谈几点看法，供参考。隧道施工的技术特性和基本理念认识隧道施工的技术特性和施工的基本理念，是促进隧道施工技术发展的原动力也是建立良好施工管理的前提。作为施工管理人员首先要清楚地认识到这一点。隧道施工的技术特性·隐蔽性大；·作业的循环性强；·作业空间有限；·作业的综合性；·施工是动态的，施工过程的力学动态是变化的，围岩的物理力学性质也是变化的；·作业环境恶劣；·作业的风险性大。隧道施工的基本理念根据作者的体会，隧道施工的要点，针对目前存在的问题，归纳起来就是４句话：“爱护围岩”、“内实外美”、“重视环境”、和“动态施工”。这也就是隧道施工的四大理念。爱护围岩“爱护围岩”有2层含义，一层含义是不损伤或少损伤遗留围岩的固有支护能力，这可以通过采用机械开挖技术和控制爆破技术予以解决。一层含义是通过各种手段和方法增强围岩的自支护能力，如采用支护技术、加固或予加固技术以及各种辅助施工技术等。这些技术形成了隧道施工的核心技术。内实外美“内实外美”，关键是内实。而内实的关键就是要作到“四密实（贴）”，即：•混凝土密实；•喷混凝土密实；•喷混凝土与围岩密实（贴）；•二次衬砌与初期支护密实（贴）。重视环境“重视环境”，也有2层含义，一层含义是指内部环境，即施工作业环境，一层是对外部环境即对周边环境的影响。重视环境是时代的要求，许多环境技术都是因时代的变迁而得到发展，许多基准都是因环境的要求而制定。动态施工打开来看，根据暴露出来的围岩状态，采取对策是隧道施工的基本原则。“动态施工”是指：隧道施工过程中的地质条件是不断变化的；其力学动态也是不断变化的。因此，施工过程就不可能是一成不变的。我们在施工过程中采用的各种施工方法和技术都是为了适应这种“动态”变化的。因此，隧道施工的各种决策都要在施工阶段的地质技术、施工阶段的量测技术和施工阶段的质量控制技术的基础上进行管理。这也就是动态施工的基本含义。现状与问题我国近3000km的铁路隧道和近700km的公路隧道，基本上是采用矿山法修筑的，目前出现的主要问题集中在以下几个方面：1·施工阶段地质判释的技术不完善，缺乏有效的判释方法和手段；2·隧道施工方法，特别是软弱破碎围岩的施工方法的工厂化程度有待提高；3·在施工中没有牢固树立“保护围岩、爱护围岩”的观点和理念；不能有效地控制对遗留围岩的损伤和松弛；4·“重外美、轻内实”，结构存在隐患；如：衬砌背后充填不密实，甚至留有空洞；衬砌厚度不足，有的严重不足；衬砌初期开裂普遍存在；基底处理不彻底，运营不久出现翻浆冒泥现象等；现状与问题5·地下水处理始终是薄弱环节，防水质量欠佳，渗水、漏水现象时有发生；6·环境意识薄弱，洞内施工作业环境欠佳，减少对周边环境和结构物影响的措施不力；7·施工阶段的工程质量的检测体制不完善，更为重要的是缺乏有效的检测手段和方法；8·应变能力不强，一旦出现施工灾害，有时束手无策；9·没有真正地实现动态施工和施工管理。实质上，这几点也就是衡量我们隧道施工水平的重要标志。我们与一些发达国家相比，在技术上的差距，也就在此。一·提高施工地质的判释技术的水平由于隧道的特性，在最近几年，各国都非常重视施工阶段的地质工作。因为大家认识到：只有开挖暴露出来的地质状态，才能使我们比较客观的、可靠的了解在施工过程中出现的一些现象和问题。才能使我们采取最符合地质状态的施工和支护措施。但如何根据暴露出来的地质状态，来评价围岩的动态，又成为施工中的关键。在施工中，因围岩级别的变动而变更设计（支护结构参数、施工方法等）的情况是屡见不鲜的。有的隧道，在施工过程中，变更设计达原设计的20%~50%，不仅延误了工期，也提高了施工成本，同时给工程质量也造成一定的影响。造成这种现象的原因是多方面的，但主要是施工前的地质工作不到位、缺乏有效的围岩级别判定的方法，而更为重要的是：我们对施工中的地质工作缺乏足够地认识，也缺乏有效的判释方法和手段。施工阶段围岩级别的评定方法，目前主要２类，一类是根据开挖暴露出来的掌子面观察的方法，一类是根据量测的方法。目前，国内外在隧道及地下工程施工中进行围岩评价，主要是根据掌子面的观察来进行的。这是比较简便而现实的方法。量测方法也是判定围岩状态的好方法，但量测结果的处理要很长的时间，因而当地质条件变化激烈时很难适应。此外量测也需要投入大量的仪器和时间，对施工作业有一定的干扰。地质超前预报的方法是在必要时采取的方法，没有普遍性。因此，利用掌子面观察的方法，就成为进行围岩评价的主要方法。作为工程技术人员应该掌握这种方法的实质和内涵。掌子面观察洞内观察是为掌握地质状况，确认支护效果及决定支护参数等而实施的。掌子面观察是当新的掌子面出现后首先进行的观察。要绘制掌子面观察（素描）图，进行摄影等。在施工中应充分地利用观察到的资料，及时判释，来完善支护体系和施工方案。这种观察主要是通过目视，也可以采用摄影的方法观察掌子面的地质状态和地质的变化状况。观察中应具体地记录以下各项并描绘掌子面地质素描图。·地质状况及其分布、性质和掌子面自稳性；·围岩的软硬、裂隙间距及方向等围岩状态；·断层的分布、走向、粘土化程度等；·涌水地点、涌水量及其状态；·软弱层的分布；·其他。数码相机的应用二·提高软弱破碎围岩的施工方法的工厂化、机械化的水平•软弱围岩的自支护能力是比较弱的，甚至没有自支护能力。因此，在软弱围岩中施工最重要的是：如何提高围岩的自支护能力，来保证开挖及后续作业的进行。•在软弱围岩中，提高围岩自支护能力的方法是很多的。根据国内外的施工经验，提高围岩自支护能力的基本方法是控制围岩的松弛、流失。其原则是：稳定掌子面、及时闭合和加固地层。具体的主要的方法可归纳如下.1）稳定掌子面的方法·正面喷混凝土和锚杆；·超前支护；·留核心土。2）及时闭合的方法·临时仰拱或底部横撑；·加强基脚；·向底部地层注浆加固；·底部锚杆；·改变施工方法。3）加固地层·注浆加固；·超前支护；·地表面加固。这些措施是综合的，是相互补充的，应视具体情况具体采用。掌子面超前支护掌子面超前支护是采用钢管、插板以及注浆等，沿隧道外轮廓，以低角度打设方式加固掌子面前方围岩、约束围岩松弛、掉块的方法。超前支护，基本上是借助构件的抗弯刚度发挥作用的，因此，采用抗弯刚度大的构件是有利的。ͼ2µ¥¸Ö¹Ü³¬Ç°Ö§»¤Àýͼ3¸Ö±³°å³¬Ç°Ö§»¤Àýͼ10ÕýÃæÅçÉä»ìÄýÍÁÀýͼ11ÅòÕÍÐÔΧÑÒµÄÕÆ×ÓÃæ¼ÓÇ¿Àý在一次支护中，从城市的条件看，其作用有一些限制。特别是锚杆，在土砂地层中因不容许围岩松弛，也就是说，发挥锚杆作用的位移都不容许，因此锚杆的作用得不到发挥，原则上可以取消。此外，在开挖中如变形过大，最好不去增加喷混凝土的厚度，采用钢纤维喷混凝土比较合适。表中的短超前支护通常指我们所谓的小导管、钢插板等。它与超前支护不同，仅能控制小范围的围岩松弛和拱部崩塌。其模式图参见图。日本最近对城市矿山法隧道超前支护的方法进行了模式化的设计，是很有参考价值的。所谓超前支护就是在开挖前先期进行支护，也就是我们所谓的“先支后挖”。超前支护有横断方向刚度大的拱形构造的予衬砌和纵向刚度大的梁构造的水平旋喷等方法。在城市中要想安全施工必须确保掌子面的稳定和极力控制对地表面住宅和近接结构物的影响。超前支护就是为此目的而采取的措施。一般说，超前支护有３种类型：·预衬砌方式；·水平喷射注浆方式；·长钢管注浆方式。预衬砌法•预衬砌法是超前支护的一种方法。在开挖前，先沿隧道外周开挖一厚约20~50cm的拱形槽。开挖后或与开挖的同时，向槽内充填混凝土，形成一个连续的、刚性很大的拱壳，谓之予衬砌。通常纵向长度约5m。此方法在土砂等围岩强度极低的地层，埋深小需要控制地表下沉的场合以及接近重要结构物的场合采用是极为有效的方法。拱形槽的开挖要采用专用的链式切削机或多轴钻机进行。预衬砌方式预衬砌方式是开挖前沿掌子面的隧道外周开挖厚约１５～５０ｃｍ的拱形槽，开挖后立即用混凝土或砂浆充填。此方式因在隧道横断方向形成连续的刚性大的拱形结构，故在下列制约条件严格的场合采用。·土砂等强度极低的场合；·埋深浅，需控制地表下沉的场合；·近接重要结构物会受到开挖影响的场合。预衬砌土方式的预衬砌可用厚约２０ｃｍ混凝土壳或砂浆壳，比较柔软的拱壳，也可以用厚约３０ｃｍ的比较刚性大的拱壳。柔软的拱壳主要用于稳定掌子面，刚性大的拱壳用于控制地表下沉。其标准参数如下。预衬砌厚度：１７０ｍｍ设置范围：１２０（１１５～１２５）设置角度：７（５～１０）纵断方向钻孔长度：４．０ｍ纵断方向充填长度：３．５ｍ搭接长度：０．５ｍ超前残余长度：１．０ｍ（１．０～２．０ｍ）．铁道和公路隧道的横断面的标准模式和纵向的标准模式示于图。水平喷射注浆方式此方式是在开挖前于掌子面前方的隧道外周形成长约１０ｍ左右的管状拱形结构体。结构体的形成，是与钻孔的同时用高压喷射搅拌硬化材（水泥砂浆）形成的。可以形成一个沿燧道横向的拱形连续的结构。但与槽式混凝土方式比，连续体差一些。水平喷射注浆方式其标准断面如下：喷射改良体直径：６００ｍｍ设置范围：１２０（１２０～１８０）设置角度：５（５～１０）纵断方向钻孔长度：１３．０ｍ（９～４８ｍ）纵断方向改良长度：１０ｍ搭接长度：１．０ｍ超前残余长度：４．０ｍ（３．０～４．０ｍ）．设置间距：６００ｍｍ（４００～１６００ｍｍ）长钢管注浆方式此方式，是开挖前在掌子面前方沿隧道外周配置长１０～１５ｍ的钢管，形成拱形结构。为使钢管和围岩间形成一体，应在其间·充填水泥浆；·压注水泥浆和其他压注材。标准断面如下：钢管直径：１１４３ｍｍ设置范围：１２０（５０～１８０）设置角度：５（４～３０）纵断方向钻孔长度：１２．５ｍ（４～４０ｍ）纵断方向注浆长度：１２５ｍ（４～４０）搭接长度：３．５ｍ超前残余长度：３．５ｍ（１．０～７．５ｍ）．设置间距：４５０ｍｍ（２００～１０００ｍｍ）•施工方法的模式化和标准化是施工方法发展的重要趋势。对发展施工机械也有重大影响。例如，为了发展预衬砌法，日本相继开发了相关的预切槽机械。三·“重外美、轻内实”，结构存在隐患“内实外美”，关键是内实。而内实的关键就是要作到“四密实（贴）”，即：•混凝土密实；•喷混凝土密实；•喷混凝土与围岩密实（贴）；•二次衬砌与初期支护密实（贴）。喷混凝土要点：初期强度和喷射配比基准：24小时的初期强度指标方法：初期强度的检测方法，如射钉法等回弹量及粉尘量说明：1·喷混凝土的初期强度的概念2·喷射配比与设计配比3·检测方法喷混凝土为了充分发挥喷混凝土的支护效果，最重要的是要解决好喷混凝土施工的4要素。强度：有足够的强度，特别是初期强度；厚度：要确保附着层的厚度，或者使喷射表面平滑；附着：与围岩牢固附着成为一体，相互间就能够传递力和变形；密实：附着层密实、均质、耐久。•能够发挥效果的喷混凝土，要求具有一次强度特性、长期强度特性、防止喷射后的围岩崩落的良好的附着性、施工性等优良的品质，考虑隧道洞内的温度、湿度、爆破振动等，到目前为止，多采用水泥用量比较多、添加速凝剂的特殊的混凝土。特别是，作为支护构件的喷混凝土，要求在喷射后数小时内就要产生所需的强度，确保这种品质是极为重要的。•这里“初期强度”指喷射后能够支持自重和随掌子面推进的荷载的施工上所需的强度。意味着材令24小时的抗压强度，与通常的混凝土灌注后数天的“初期强度”是不同的。“长期强度“是指材令28天的抗压强度，也不是通常混凝土的90天和180天的强度。喷混凝土在配比设计中，大家一定要分清楚从喷射口出来的混凝土配比和附着在围岩表面上的配比，是不一样的。前者可以称为喷射配比，后者称为附着配比。设计规定的喷混凝土标号，如C20、C25等，应该是由我们这里所谓的