隧道工程精细化作业与管理实施要点分析

彭海

（核工业西南建设集团有限公司，四川成都 610094）

0 引言

近年来，我国交通运输领域飞速发展，隧道工程项目数量逐年攀升，规模亦不断扩大，强化隧道工程施工质量控制也越发重要。隧道工程涉及诸多内容，复杂性和系统性较高，且施工风险较大。在工程建设与管理过程中，实施精细化作业与管理有重要意义，不仅有助于提高工程建设质量，还可提高施工安全性。因此，有必要对隧道工程精细化作业与管理要点进行研究，针对性地优化施工技术，并落实相应的保障措施，以更好地保证施工质量与安全。

1 隧道工程精细化管理的基本内容

隧道是我国交通运输体系的重要构成部分，在缩短通行距离、提高交通运行效率等方面发挥着重要作用。隧道工程施工环境比较复杂，安全、质量、进度、成本、技术、环境等是隧道工程精细化作业及管理的重要方面[1]。这些施工管理内容可以划分为安全管理、技术及环境作业与管理三大类，其中开挖、支护是隧道施工的重要工序，也是施工技术的管理重心，需要结合现场施工的具体情况科学选用相应的开挖及支护技术，并采取相应的安全防护措施。隧道工程精细化作业及管理通过制订一系列的科学管理措施，以确保施工技术应用到位，工程施工质量达标。

2 隧道工程精细化作业与管理要点

2.1 开挖管理

开挖作业是隧道工程的基础作业，有一定的施工风险。精细化作业的落实情况直接影响开挖施工的安全性，还会对后续支护施工等工序产生影响。围岩管理是开挖管理的重心，需要科学应用短距离超前预报、中距离超前预报、长距离超前预报等方法，以充分掌握开挖区域掌子面四周围岩的状态。基于隧道施工的特殊性，在隧道开挖过程中要确保开挖面结构的稳定性，至少要确保在支护结构发挥作用前其能够处于稳定状态，因此需要结合围岩实际情况科学应用小导管或长管棚超前支护等预支护措施[2]。在隧道工程开挖施工中，需要将施工及管理重心放在保障掌子面结构的稳定性上，若发现掌子面结构存在不稳定迹象，要及时采取应对措施，如喷混凝土、使用锚杆或钢架等方式，以保证隧道工程施工顺利开展。

2.1.1 掌子面管理

掌子面是隧道施工事故的高发区域，因此需要严格落实掌子面精细化作业及管理要点，以最大限度地保证掌子面施工的安全性。

为此，建立健全掌子面观察制度，启动开挖作业的同时开启掌子面围岩状况监测工作，委派专业施工人员进行现场观测。此外，可以使用先进的数码相机设备进行掌子面围岩状态远程监测，每次开挖作业后记录掌子面结构图像，并以此为依据判断掌子面结构的稳定状态，同时对掌子面一定距离的围岩状况进行预测。在此过程中要保持谨慎细致，不遗漏任何细微征兆，尤其是拱顶结构，以保障掌子面围岩状态判断的准确性。

针对岩质围岩的施工环境，可采用掌子面地质素描格式表记录隧道工程地质条件，并以此为基础绘制掌子面素描图，对每次开挖循环情况进行正式记录，同时要求业主代表及公路隧道工程承包商进行签字确认[3]。

在开挖作业过程中，要全面记录每一次开挖作业掌子面的状态，并与上一次掌子面状态进行对比，判断掌子面围岩状态变化，为进一步施工决策的制订提供依据。

2.1.2 围岩变形管理

隧道工程开挖过程中围岩状态并不是一成不变的，尤其是在软弱围岩隧道工程中，需要加强围岩变形检测，以便及时采取支护等防范举措，对开挖面位移进行有效管理，最大限度地避免掌子面崩塌。可采用光位移计进行量测，根据LED 二极管光颜色变化判定围岩变形状况，如正常区域呈白色，微变形区域呈蓝色，位移值、开裂状态等超出预定范围的区域呈红色。光位移计可以快速感知围岩变形情况，具有极高的推广应用价值。

国外某隧道工程施工过程中采用光位移计检测围岩变形情况，取得了较好的应用效果。在＞4000m的山岭隧道工程中，将光位移计设置在埋深约300m的蛇纹岩地段，通过实地试验掌握了掌子面基础位移情况，推断出隧道工程及周边围岩的稳定情况[4]。需要注意的是，量测点设置情况直接影响着掌子面后方围岩初期位移速度，务必要在下一次开挖之前完成第一个量测点设置，以保证测量结果的精确性，为支护模式的选择提供依据。此外，为保证围岩动态管理的有效性，应制订完善的量测管理办法，规范落实量测操作。

2.2 支护管理

为有效降低位移风险，将位移值控制在安全施工许可范围内，需要采取科学的支护措施，加强支护管理，准确判断位移发生率（需要结合围岩状态监测相关情况进行解析）、确定容许位移值（应严格遵守国家相关规定）。

在围岩开挖过程中难免会发生一定的变形，一旦超过允许范围会影响隧道工程施工的安全性，因此，务必要在施工过程中加强对围岩状态的评估，可采取预支护、超前支护等举措，将围岩变形量控制在容许范围内。

对于软弱围岩的超前支护，要确保支护长度合理，能够形成拱形构造，且要监视已支护地段，观察超前支护构件状态，做好支护构件变异记录及分析，及时采取超前预补强措施，确保掌子面长期处于稳定状态。

此外，处理未支护地段时要结合已支护地段出现的问题，针对性地调整支护措施。围岩结构初期支护手段主要包括喷混凝土、使用锚杆、使用钢架、进行二次衬砌等，要结合围岩状态科学选择相应的支护手段，以确保隧道工程开挖后围岩变形始终处于安全范围内，保证围岩结构的稳定性。

2.2.1 混凝土喷射管理

为保障围岩结构的稳定性，有时需要向围岩喷射一定强度的混凝土。混凝土强度分为初期强度、某一龄期强度及长期强度等，不同使用周期的混凝土对喷射强度有不同的要求。一般喷射使用周期为1 天的混凝土，初期强度为8～10MPa；喷射使用周期为3h 的混凝土，初期强度为3MPa[5]。

混凝土喷射管理的关键在于初期强度及附着强度的确定，因此需要规范落实配合比试验，通过喷射检验混凝土初期强度。为确保混凝土配合比及喷射试验规范开展，需要完善喷混凝土初期强度试验制度，明确配合比试验操作规范及初期强度测定方法，加强对配合比及喷射试验的监管。针对大断面隧道，应采用大容量喷射机，以保证喷射效率及喷射质量。由于喷混凝土主要是通过附着围岩结构发挥支护作用，因此还要规范落实喷混凝土附着强度测试，确保喷混凝土附着强度达标。

此外，在混凝土喷射管理过程中要加强早期闭合施工阶段的仰拱管理，做好仰拱与边墙连接作业，确保开挖断面可以及时闭合，提高喷混凝土支护效果。

2.2.2 锚杆管理

为防止未支护地段出现掉块问题，通常需要在离开掌子面一定距离后使用机械手安装锚杆支护。针对较软的围岩结构，在锚杆支护过程中需要设置垫板，以有效发挥锚杆的支护功能，否则会在一定程度上削弱锚杆支护处理效果。

在锚杆支护施工过程中，可以直接购买锚杆，也可以在现场制作锚杆，无论采用哪种方式都要确保锚杆规格符合要求。针对需要进行注浆操作的锚杆，要加强对注浆质量的把控，做好注浆密实度检验，确保注浆密实度及充填饱和度达标。

2.2.3 钢架管理

针对围岩状态不佳的施工区域，需要科学开展钢架支护，以有效控制围岩变形程度。同时，要加强对钢架支护区域的监测，及时记录钢架异常问题，综合分析量测值等相关内容，找出钢架异常原因，以采取针对性的支护优化措施。

钢架与围岩的接触状态会直接影响钢架荷载压力的分布情况，许多钢架支护变形与荷载分布不均匀相关。因此，要加大对钢架支护安装的重视及检测力度，确保钢架与围岩充分均匀接触，最大限度地保障钢架受力的均匀性。多数隧道工程在支护管理过程中联合应用喷混凝土、锚杆及钢架支护等初期支护手段，以发挥不同支护手段的技术优势，提高协调作业成效，但需要结合具体的围岩状态科学选择并规划支护处理顺序。

2.2.4 二次衬砌管理

为保证二次衬砌的承载能力，要严格按照施工设计图纸规范落实二次衬砌与仰拱连接面施工，确保两者形成封闭构造，能够有效传递轴力。实际施工过程中，要结合衬砌功能选择衬砌施工时间，以降低土压影响，降低开裂发生率。比如，针对一般围岩，需要在位移收敛后立即进行二次衬砌；针对较短的岩石隧道，国外一般在完成整个隧道开挖作业后进行二次衬砌；针对具有膨胀性的泥岩、凝灰岩等围岩隧道，一般需要提前进行仰拱施工，并在围岩变形基本收敛后进行二次衬砌。需要注意的是，二次衬砌前期可能会影响衬砌的耐久性，出现混凝土密实度及强度不足、厚度不均匀、拱顶厚度不足、拱顶与围岩连接不紧密等问题，因此，需要在衬砌施工阶段做好施工管理，规范落实衬砌施工操作，及时找出引发初期缺陷的因素，确保二次衬砌施工质量。为避免二次衬砌过程中出现混凝土开裂问题，要结合隧道工程施工特点制订混凝土施工精细管理目录及衬砌施工核查卡，要求监理等相关管理人员全程参与混凝土浇筑、模板设置及拆除等关键施工环节，并对相应施工工序进行签字确认[6]。

3 隧道工程精细化作业与管理措施

3.1 加强掌子面前方地质探测

为保障掌子面施工安全性，提高掌子面施工方案制订的合理性，要在施工前科学应用超前综合预报技术对掌子面所在区域的地质情况进行调查，详细掌握施工区域的岩体构成，预测施工区域不良地质类型、分布及规模等，以科学判定围岩等级，制订相应的支护方案。

结合隧道工程特点准备地震波记录仪、检波器等检测设备，在测量场地合理布设检测设备。一般情况下，要在掌子面前方50m 的位置，用钻孔机在掌子面中轴线左右对称位置钻2 个直径为60cm、深度为110cm 的孔，用于接收信号。再钻10 个直径为40cm、深度为150cm 的孔，每个单孔填充60g 炸药，进行触发爆破，通过检波器等检测设备采集并分析P 波等相关资料、处理相关数据，以获取地质预报结果。

3.2 锚杆质量检验

锚杆构件质量直接影响支护效果，因此需要在施工前做好锚杆质量检验工作，确保锚杆质量、规格等与实际支护需求相匹配。鉴于隧道工程会使用大量锚杆，对每一根锚杆都进行质量检查不太契合实际，因此多数工程会选用随机抽查方法，对5%～10%的锚杆进行随机抽查，确保所抽查锚杆中95%以上达标方可投入使用。锚杆质量检查主要采用NDT 方法，在锚杆两端分别放置接收器和放射器，由放射器发射波，由接收器接收经锚杆传输后的波信号，通过分析接收信息判断锚杆是否存在裂缝等质量问题。

3.3 初支检测

隧道工程初期支护工作经常会发生支护与围岩接触不紧密的问题，导致接触面出现诸多孔洞，一旦孔洞数量及面积超标，会影响支护效果，出现支护扭曲、渗漏等问题。因此，需要在支护施工初期使用地质雷达技术对初期支护施工质量进行检测，及时结合孔洞分布情况采取相应的施工整改措施，以提高初期支护施工质量。使用地质雷达技术需要在地面设置信号发射及接收设备，并通过信号处理设备处理、分析接收到的信号，将其转换为可视化的检测结果。

3.4 内衬强度检测

为保证隧道工程后期运营的安全性，需要在施工过程中科学落实混凝土衬砌工作，以增强隧道结构强度。混凝土衬砌施工会受到混凝土配比、施工技术等因素的影响，因此需要对衬砌强度进行检测，确保施工质量达标，以有效避免衬砌构件变形等问题。

在混凝土内衬强度检测中，通常采用超声回弹技术，将超声仪、回弹仪放置在待测混凝土结构的同一侧，分别测定超声传播速度与回弹值，推导出混凝土强度值。针对实测强度不达标的混凝土结构，要重新开展衬砌工作，直至混凝土衬砌强度达标。

4 结语

总而言之，保证隧道工程施工质量是工程社会效益及经济效益的关键，因此相关部门应加大对隧道工程精细化作业及管理的重视度，加强对施工及管理要点的分析，结合现场施工需求规范落实开挖、支护施工及相关管理措施，以提高隧道工程施工质量，促进交通运输事业的长远发展。