公路隧道快速施工工法田克強、劉輝、崔樂超前言新屋基特長隧道進口位于重慶市巴南區雙河口鎮太平村，出口位于涪陵區增福鄉小灣村，是重慶沿江高速公路主城~涪陵段的重點控制性工程。左右幅長度共計12015m。其主要特點為：地質情況復雜，工期緊，任務重，風險高、難道大。該隧道主要不良地質條件為巖溶及巖溶水，主要圍巖為石灰巖和泥巖，其特點為遇水易軟化，部分地段還有硫化氫等有毒有害氣體。通過我公司員工和業主、設計、監理單位及部分專家的共同努力。在施工中采用隧道快速施工工藝，取得了在確保安全、質量的前提下，同時保證了前導坑的掘進速度，為按期通車提供了條件，贏得各方贊譽。經過在施工實踐中不斷總結完善，形成該施工工法。工法特點采用上下臺階流水法開挖、施工工藝簡單，施工投入小。與傳統三臺階施工法相比，本工法采用了靈活的勞動組織方式，各工序混合編組，施工效率高，保障了施工安全，加快了施工進度，節約了工程成本。適用范圍本工法適用于大斷面公路隧道（開挖半徑>5.5m）Ⅴ級Ⅴ級加強段圍巖施工，或同類地質水文條件下的其他類型地下工程施工。工藝原理隧道施工，最重要的是問題解決泥石軟化后引起的圍巖變形問題。我們按照新奧法施工的理念，遵循“管超前、弱（不）爆破、強支護、早封閉、勤量測”的施工原則，制定富水泥巖地段施工方案為：超前物探、鉆探結合探水、超前注漿堵水、超短臺階人工開挖（局部輔以弱爆破）、初支加強、仰拱超前、二襯緊跟。施工工藝及操作要點5.1施工工藝流程施工工藝流程見圖5.1-1。5.2操作要點5.2.1超前地質預報TSP203超前地質預報上臺階超前鉆孔TSP203超前地質預報上臺階超前鉆孔三個探孔均出水，且單孔出水量＞5m3/h施作L=5.0m，φ50超前小導管注漿檢測檢查孔水流量開挖上臺階小導管制作漿液制備及注漿設備就位是單孔流量＜10L/min單孔流量＞10L/min拱墻二次襯砌拱墻二次襯砌填充混凝土整體澆筑下臺階初期支護仰拱混凝土整體澆筑下臺階開挖中臺階初期支護核心土、中臺階上臺階初期支護圖5.1-1工藝流程圖1）TSP203超前地質預報泥巖石灰巖地段超前預報，采用的是瑞士Amberg測量技術公司生產的TSP203地質超前預報儀。TSP203是采用回聲測量原理。地震波在指定的震源點(在隧道的邊墻，24個炮點布成一條直線)用小量炸藥激發產生。地震波在巖石中以球面波形式傳播。當地震波遇到巖石物性界面（即波阻抗差異界面，例如斷層、巖石破碎帶和巖性變化等）時，一部分地震信號反射回來，一部分信號透射進入前方介質。反射的地震信號將被高靈敏度的三分量傳感器接收。由于TSP203地質超前預報系統采取的是“多點激發、一點接收”測量方法，多點激發產生的地震波相互跟蹤檢驗，故而能提供一種精確的測量。反射信號的強弱與反射界面巖性有很大關系，反射界面兩側的巖性差異越大，反射回來的信號越強，預報的范圍也就更大。一次預報用時1.5h左右，需要4~5名人員。TSP203系統的現場測試，如圖5.2.1-1所示。圖5.2.1-2TSP203系統的現場測試示意圖注：爆破孔布置在隧道側壁，使用Φ42mm鉆頭，鉆孔深度為1.5~1.8m,鉆孔向下傾斜8°±5°,每孔裝藥量為100~150g；接收器孔使用Φ50mm鉆頭，鉆孔深度為2.0m，用環氧樹脂錨固，鉆孔傾角為向上16.7°；上述鉆孔高度控制在距隧底約1.9m。2）超前鉆探泥巖石灰巖地段隧道施工堅持以TSP203預報為主、超前鉆探為輔的預報方案，用30m超前鉆探對TSP203預報結果進行驗證、確認。超前探測孔布設在上導，每個斷面布3個探測孔，孔深30m，搭接長度5m.。探孔用于探明前方地質，發現地下水較大時（三個探孔均出水，且單孔水流量>5m3∕h），及時采用必要的堵水、止水措施和手段。5.2.2地下水處理泥巖石灰巖地段，快速、有效地隔斷水對圍巖的作用對隧道開挖后的穩定性非常重要，施工中采用開挖的超前注漿、開挖后徑向注漿堵水措施，對地下水進行封堵；采用洞內挖集水坑、排水渠的措施對洞內水進行抽排、安排專人24h對洞內排水進行監控值班。注漿堵水小導管超前及徑向注漿當超前探測孔地下水單孔流量大于5m3∕h且小于40m3∕h時，地下水采用小導管注漿的方式進行封堵；富水地段每3m進行一次超前注漿，小導管采用先鉆孔后下鋼管法施工，鉆孔時開孔從工作面最后一榀工字鋼拱架上部穿過，打入小導管后，鋼管尾部和工字鋼架焊接成整體。止漿墻采用噴射混凝土，掌子面上臺階范圍，噴10cm厚混凝土進行封閉，采用2臺KBY50/70注漿泵進行注漿作業。徑向注漿小導管在進行初期支護時同步打設，在開挖下一循環的時候對本循環打設的徑向小導管進行注漿作業（為了節約時間，徑向注漿管全部用鐵絲綁在事先預埋在邊墻的φ10鋼筋上），采用4臺KBY50/70注漿泵在開挖時注漿。施工工藝制作鋼花管：φ50mm超前小導管、φ42mm徑向注漿小導管在構件加工廠制作。前端做成尖錐形，尾部焊接φ8mm鋼筋加勁箍，管壁上每隔15cm交錯鉆眼，眼孔直徑為6~8mm。小導管加工，如圖5.2.2-1所示。圖5.2.2-1、小導管加工小導管安裝：風動鑿巖機鉆孔后，將小導管按設計要求插入孔中，個別地段可用鑿巖機直接將小導管打入，與鋼架焊接組成支護體系。小導管水泥——水玻璃雙液漿注漿工藝流程，如圖5.2.2-2所示。注漿注漿用水由隧道高壓水管提供，水泥采用普通硅酸鹽42.5級水泥，水玻璃濃度30~50Be。注漿配合比：W：C=0.2:1~0.8:1；水泥漿：水玻璃體積比C：S=1:0.3~1:1。注漿設備采用KBY50/70注漿泵（超前注漿2臺，徑向注漿4臺）；注漿壓力為0.5~1.0MPa；注漿工藝嚴格按設計和施工規范進行。注漿每班配備兩名專業技術人員，其中一名負責觀察并記錄壓力變化情況，另一名負責觀察并記錄掌子面注漿情況，負責對注漿過程中出現的跑漿、漏漿或注漿壓力突然上升等異常現象及時處理，以提高注漿效率。每臺注漿機配備人員：注漿操作1人、制水泥漿液2人、作業面前方安裝管路1人，總計4人。另外每班安排4人專門負責向洞內倒運水泥、水玻璃。當單孔注漿達到設計量時，結束注漿，設置檢查孔對注漿效果進行檢查，單孔流量﹤10L/min時，即可進行開挖作業。注漿參數根據注漿試驗結果及現場情況及時調整。注漿作業中認真填寫注漿記錄、隨時分析和改進作業，并注意觀察施工支護工作面的狀態。圖5.2.2-2注漿工藝流程5.2.3開挖方法為了減少對圍巖的擾動，控制圍巖變形，在富水地段采用上部弧形導坑預留核心土三臺階法施工。上部弧形導坑采用人工風鎬開挖，必要時輔以弱爆破；核心土長度同上臺階長度，核心土距拱頂開挖面1.5m，坡腳距拱腳開挖2.5m。中下臺階及仰拱采用微震光面爆破開挖，嚴格掌握炮眼數量、深度及裝藥量，以減少爆破震動對圍巖的影響。各部開挖后及時初噴3~5cm混凝土封閉掌子面，網噴、錨桿、鋼架聯合支護作業。上導拱腳、中下導墻角增設鎖腳錨管，仰拱緊跟下臺階施作，按每段3m開挖及時施作仰拱混凝土，使支護閉合成環。上、中臺階開挖后挖掘機將洞渣拔至下臺階，同時上導開始立鋼架，挖掘機座于中臺階配合ZL50C裝載機裝渣，紅巖汽車出渣。施工過程中對開挖面、初期支護應加強圍巖監控量測、根據量測結果，進行數據分析，確定是否調整支護參數和預留變形量大小，以控制拱頂下沉和圍巖凈空變化。初期支護及時閉合成環，各分步工序銜接緊密。完善洞內臨時防排水系統，防止浸泡拱墻腳基礎。施工中嚴格遵循“超前支護、分步開挖、隨挖隨護、密閉支撐、監控量測、適時襯砌”的原則，短臺階分步平行開挖一般包含上部弧形導坑法短開挖施作拱部初期支護，再左右錯位開挖及施作邊墻初期支護；混凝土仰拱緊跟下臺階并及時施作盡早封閉成環受力。5.2.4支護措施在地下水豐富泥巖石灰巖地段施工隧道，最重要的是迅速抑制圍巖的變形，因此支護措施必須要強，尤其是初期支護措施。通過試驗確定的一般富水隧道初期支護如下：φ50*5超前小導管，L=5m，每3m施工一環，每環33根；120a工字鋼架，間距75cm（個別地段50cm）；φ42*4周壁注漿小導管，間距100cm*100cm，梅花形布置；噴射混凝土24cm；45cm厚二次模筑防水砼襯砌，抗滲強度等級S8。5.2.5施工組織富水巖地段圍巖破碎，地下水大，如何合理地進行工序安排、人員組織，對施工的安全、進度、質量等具有重要意義。為了盡量縮短各工序銜接時間，做到隨挖隨護，加快施工進度，施工中要盡可能利用一切可以利用的時間，使各工序能平行或搭接施工；在人、機、料的使用上要科學計劃，合理安排，使之發揮最大效率。開挖、支護混編為一個班。開挖每班18人，負責斷面開挖，立拱架，施工超前、徑向小導管。噴錨每班15人，負責開挖過程中的隨時初噴和噴射混凝土。兩個作業班同時上班，同時下班。注漿班共24人，負責注漿作業。具體的一個循環工序時間及各工序搭接情況，如表5.2.5-1所示。富水巖地段一個施工循環工序時間表5.2.5-1工序時間循環時間（minn）備注306090120150180210240270300測量7.5-每4循環量測一次，每每次30圍巖量測30---超前支護、超前探探孔、預報51------每4循環施工超前支護護一次，每330m超前鉆鉆探一次，每每150m超前前地質預報一一次開挖60--------上臺階立架30---包含打設徑向小導導管，鋪設鋼鋼筋網出渣60-------中下臺階立架30----噴射混凝土60-----徑向注漿60---------開挖本循環時，對對上一循環打打設的徑向小小導管進行注注漿每一循環進進尺0.755m，用時288miin5.2.6監控量測現場監控量測是判斷圍巖和隧道的穩定狀態、保證施工安全、指導施工生產、進行施工管理和提供設計信息的重要手段。施工過程中，按技術規范的要求進行監控量測，以量測資料為基礎及時修正支護參數，使支護參數與地層相適應并充分發揮圍巖的自承能力，圍巖與支護體系達到最佳受力狀態，并在施工中進行信息化動態管理，達到確保工程質量、施工安全和進度，合理控制投資的目的。在隧道正洞洞身支護完成后，尤其是仰拱施工完畢后，噴錨支護已閉合成環，及時進行全斷面監控量測，隨時掌握初期支護的工作狀態，指導和確定二次襯砌施作時間。⑴量測項目根據富水巖隧道的支護參數和施工方法等特點，初步選擇確定本隧道監控量測必測項目和選測項目如表5.2.6-1、表5.2.6-2所示。監控量測必測項目表5.2.6-1序號監測項目監測方法和儀表測試精度備注1洞內、外觀察現場觀察、地質羅羅盤2襯砌前凈空變化隧道凈空變化測定定儀（收斂計計、隧道激光光斷面儀、全全站儀）0.1mm全站儀采用非接觸觸觀測法3拱頂下沉水準測量的方法、水水準儀、鋼尺尺1mm一般進行水平收斂斂量測4地表下沉水準測量的方法、水水準儀、塔尺尺1mm淺埋隧道必測（HH0≦2b5二次襯砌后凈空變變化隧道凈空變化測定定儀（收斂計計）0.01mm注：H0-----隧道埋深；b----隧道最大開挖寬度。監控量測選測項目表5.2.6-2序號監測項目監測方法和儀表測試精度備注1地表下沉水準測量的方法、水水準儀、塔尺尺1mmH0＞2b時2隧底隆起水準測量的方法、水水準儀、塔尺尺1mm3圍巖內部位移多點位移計0.1mm4圍巖壓力壓力盒0.001MPaa5二次襯砌接租觸壓壓力壓力盒0.001MPaa6鋼架受力鋼筋計0.1MPa7噴射混凝土受力混凝土應變計10με8錨桿桿體應力鋼筋計0.1MPa9二次襯砌內應力混凝土應變計0.1MPa注：H0-----隧道埋深；b----隧道最大開挖寬度。其中，右線試驗段必測、選測項目都進行監控，一般富水段僅進行必測項目監控。⑵量測斷面布置。隧道每個量測斷面各布置一個拱頂下沉測點和兩條水平凈空收斂量測基線，圍巖測點布置如圖5.2.6-1所示。圍巖測點布置圖5.2.6-1⑶量測頻率。量測頻率見表5.2.6-3，實際量測頻率從表中根據變形速度和開挖工作面距離選擇較高的一個量測頻率。⑷監測方法。監測方法與要求，見相關資料。量測頻率表表5.2.6-3量測頻率變形速度（mm//d）量測斷面距開挖工工作面距離2次/d≥5﹤1B1次/d1~5（1~2）B1次/2~3d0.5~1（2~5）B1次/3d0.2~0.51次/周＜0.2＞5B注：B為速度開挖寬度。材料與設備本工法無需特別說明的材料，采用的機具設備（包括進出口兩施工段）如表6-1所示。機具設備表6-1序號名稱規格型號功率（KW或容量量）數量（臺）1電動空壓機SA-5150WW20m3/miin120102風鎬C101.2m3/mmin203風動鑿巖機YT-2883.3L/S184挖掘機CAT320C1.2m345裝載機ZLC50B3.0m366紅巖汽車2631K19t207混凝土噴射機YSP6-1048混凝土拌和站JS750+PLL120049注漿泵KBY-50/77011KW810注漿臺架東風汽車改裝411冷彎機LW220212電焊機BX2-50025KW1013軸流通風機SDF(c)-NNO12.55110KW414TSP203地質質超前預報儀儀215射流通風機35KW216地質鉆機XY-PC3質量控制7.1質量控制標準質量控制執行以下標準：《公路路面基層施工技術規范》（JTJ034—2000）、《公路隧道施工技術規范》（JTGF60—2009）、《公路工程巖石試驗規程》（JTGE41—2005）、《公路工程水質分析操作規程》（JTJ056—84）、《公路工程質量檢驗評定標準》（JTGF80/1---2004）、《公路工程施工安全技術規程》（JTJ076—95）、《公路隧道設計規范》（JTGD70—2004）以及設計圖所要求、所涉及的國家、部門、行業、地方規范、政策、法律、法規。7.2質量控制措施⑴成立專門的質量管理機構，編制詳細的施工作業操作指導書，明確質量要求，對參加施工的全體技術人員進行技術交底。設專職人員，層層把關，逐級負責，從項目經理部、施工隊到工班實行三級質保責任制。堅持“預防為主、檢查為輔”的原則，定質量目標責任到人，做到質量與工資掛鉤，獎優罰劣。⑵施工實行動態管理，及時向業主和設計單位匯報情況、實行信息化施工。加強超前地質探測和預報工作，迅速提供準確超前地質資料，及時反饋設計和施工情況，嚴格注漿工藝，快速開挖封閉，注意施工安全。加強施工調度和信息聯絡，及時掌握施工動態，服務施工現場。⑶機械化、工廠化施工。配置性能優良、配套的機械設備，極大地提高機械化施工水平，減少工人勞動強度；減少或避免外界干擾，實現快速高效施工。⑷計量儀器和設備定期標定、檢查，確保精度，積極采用先進的計量設備和快速準確的測試技術，消除和預防因檢驗、測量和試驗因素造成的質量缺陷。⑸遵循招標文件明確的施工規范、規程和驗收評定標準，嚴格執行業主在工程管理方面的有關規定。制定嚴格的管理制度，執行嚴密的控制程序，按規章辦事。⑹加強原材料的質量控制，定點、定量采購，嚴格檢驗和驗收程序，消除原材料因素對工序質量的影響。⑺加強測量控制，采用光面爆破技術，減少圍巖擾動，控制超欠挖，保證開挖輪廓尺寸，并預留變形量。⑻噴射混凝土采用濕噴技術，噴射料集中拌制，自動計量。噴射混凝土強度合格，支護厚度符合設計要求。⑼仰拱、二襯臺車及水溝電纜槽模板，要經常清理、涂油，以保證結構物尺寸準確，棱角分明，線條順暢。⑽施工中嚴格控制混凝土坍落度，坍落度誤差控制左±2cm以內，超過者立即調整；嚴禁在現場隨意加水，以確保混凝土的密實度機抗裂性。配合比必須進行試驗研究，經科學比選確定。安全措施⑴嚴格執行國家有關安全生產的規范和規章制度及《職業健康安全和環境管理手冊》（GB/T24001—1996,GB/T28001—2001）的規定。⑵設專職安全員檢查洞內安全情況，進洞施工必須佩戴安全帽。⑶堅持崗位培訓，持證誰崗。杜絕無證上崗、無證駕駛的現象。⑷加強圍巖監測和觀察，按新奧法原理組織施工，對目測觀察予以足夠的重視，隨時注意圍巖變化，噴射混凝土是否產生裂隙，鋼架是否壓變形，當圍巖變形量無變緩趨勢或噴射混凝土產生較大的剪切狀態時立即停止開挖，采取輔助加固措施。做好隧道監控測量，根據監控資料，判定圍巖的穩定性，超前指導施工，保證安全。⑸堅持TSP203超前地質預報連續探測，演練好應急預案及緊急情況下的逃生路線。隧道內安設警報器、應急照明燈和視頻監控攝像頭。⑹開挖后及時封閉，使支護閉合成環，仰拱離掌子面不超過30m，二襯離掌子面不超過70m。9．環保措施⑴成立施工環境、職業健康安全管理體機構，施工時滿足本項目環境影響評價報告批復的各項指標和要求，遵守《環境保護法》、《水土保持法》等相關的法律、法規及當地政府的有關規定，污染物達標排放。⑵施工現場場界噪聲：晝間＜70dB，夜間＜55dB（22:00至次日6:00）。對生活區和加工場地進行硬化，在晴天對施