刘 斌，袁 军，伍毅敏

（1.大同公路分局， 山西大同市 037006；2.山西远方路桥有限公司， 山西大同市 037006；3.中南大学土木工程学院， 湖南长沙 410075）

浅议隧道施工质量安全控制的几个关键点

刘 斌1，袁 军2，伍毅敏3

（1.大同公路分局， 山西大同市 037006；2.山西远方路桥有限公司， 山西大同市 037006；3.中南大学土木工程学院， 湖南长沙 410075）

立足于我国隧道施工现状，对施工中多发的、易忽视但后果十分严重的安全质量控制问题进行探讨，主要涉及管棚安装质量、超前锚杆（小导管）搭接长度、超挖回填、钢支撑安装质量、仰拱开挖浇筑质量和二衬钢筋绑扎质量。通过分析易发问题的现象、原因和后果，提出了控制要求及对策。

隧道施工；安全质量；管棚安装；超挖回填；仰拱开挖

相对于桥梁和路基，隧道施工面临更大的不确定性，其风险更高［1］。由于隧道围岩稳定性和支护结构荷载大小与其开挖支护质量、时机等密切相关，隧道开挖和支护中的一些缺陷，表面看似不严重，实际却可能成为影响隧道质量和安全的决定性因素，甚至可能带来灾害性的后果，给隧道运营带来不利影响［2－3］。本文根据作者长期深入施工一线的经验，在规范要求的基础上［4－5］，按照施工顺序，对一些多发的、后果严重而又容易被忽视的关键问题进行分析探讨，以引起工程管理和技术工作者的重视。

1 管棚安装质量

管棚是隧道洞口段、塌方段和极差围岩段超前支护加强的主要手段，具有超前长度大和支护刚度强的特点。管棚的作用机理类似于梁，其前端支撑于未开挖围岩，后端支撑于套拱，形成大刚度的棚护结构，严格控制隧道拱部软弱围岩的变形，防止松动和坍塌。确保管棚位于开挖轮廓线外侧较近位置，并具有良好的刚度，是管棚发挥作用的两个重要方面，也是容易出现质量问题的方面。

1.1 钢管外插角和挠度

为了保证管棚的钢管位于开挖轮廓线外侧合适位置，既不偏离太远，也不能进入开挖轮廓线，管棚的钢管必须以一个较小的角度（一般为1°～2°）钻孔。管棚钻孔时的合理外插角是实现这一目标的基本保障手段。如果外插角过大，随着钻进深度的增大，钢管距离开挖轮廓线越来越远；而另一方面，由于钻杆自重的影响或其刚度不足，随着钻进深度的增大，钻头将逐步下挠，最终可能进入开挖轮廓线。目前我国公路、铁路隧道管棚钻进大多采用潜孔钻机钻孔，当管棚长度超过20m时，管棚下挠进入隧道开挖轮廓线的现象较为普遍，如图1所示。

图1 管棚侵入开挖轮廓线

由于管棚属于超前支护，其钻孔质量难以检测，而一旦施工质量没有达到设计要求，将可能引起严重后果。如果管棚超出开挖轮廓线较多，管棚下方大量土体则不能得到棚护，塌方或大量掉块不可避免，由于误以为有管棚棚护，这种塌方或掉块往往容易被忽视而导致较大危害。如果管棚下挠侵入开挖轮廓线，隧道掘进过程不得不割断管棚钢管，导致软弱围岩段没有管棚棚护，必须采取其它措施加强超前支护，否则也容易出现塌方。

因此，为了避免管棚远离或侵入开挖轮廓线，必须严格按照先施工套拱和管棚导向管、后钻孔的工序施工，管棚导向管应精确定位。管棚的实际外插角应根据围岩硬度和管棚长度灵活调整。

1.2 钢管连接质量

由于管棚完全依靠钢管的大刚度强制抵抗围岩变形，钢管是否确实具备局部设计所需的大刚度，将直接影响其作用效果。管棚采用无缝钢管制成，一般位置的刚度容易保证，而钢管的连接质量就成为控制其刚度的关键点。

为了保证钢管的连接质量，在设计中，通常都要求采用套箍进行钢管连接。但是，在实际施工中，不少施工单位怕麻烦、图省事，往往采用焊接的方法进行连接。由于焊接质量欠佳、焊条选型不当，焊接部位刚度下降、甚至几乎丧失的现象时有发现，如图2所示。

图2 管棚钢管焊接质量不符合要求

由于钢管连接质量不能满足要求，导致其刚度不能满足要求，也就直接导致管棚失效，从而可能引起突发塌方。因此，为了保证安全，必须严格要求管棚钢管采用套箍连接，确保连接部位的刚度。

2 超前锚杆（或小导管）搭接长度

超前锚杆或超前小导管是隧道超前支护的2种主要形式。通过超前锚杆和超前小导管的预支护作用，在拱圈环向形成一个小的棚护结构，同时也在纵向加强围岩间的联系和约束，以避免软弱围岩开挖后出现坍塌。

超前支护施工经常被忽视的问题是纵向搭接长度不足或者没有搭接，如图3所示。此时，软弱围岩外侧的棚护结构出现间断，围岩的纵向连接也不能实现。而这种情况出现时，没有预支护的软弱围岩被当作已经预支护来进行开挖和支护，使得掉块、坍塌显得出乎预料，其危害也很大，因此应注意避免。

图3 超前支护搭接长度不足

3 隧道超挖回填

超挖通常是隧道钻爆法施工不可避免的问题。当超挖量值不大时，按照锚喷初期支护的一般施工方法，可以将这些超挖部分填平，不会引起质量安全问题。当超挖量值较大时，如达到50cm，甚至1m以上，按照施工规范要求采用喷射混凝土进行回填，不仅需要耗费喷射混凝土材料，也要占用大量时间。在这种情况下，偷工减料现象经常发生，不适当的做法主要包括2类：一是将石棉瓦等薄壳材料安装在钢支撑背后作为模板；二是将隧道弃渣中的片石堆砌在钢支撑背后的钢筋网上。这2种做法都可以阻挡喷射混凝土充填超挖部分，减少喷射混凝土用量，缩短喷射时间。

上述做法在初期支护背后留下空洞，给隧道工程质量和结构安全带来巨大隐患。一方面，由于初期支护背后存在空腔，围岩和初期支护结构并没有达到相互作用、相互平衡的预期状态，围岩松动和变形可以持续发展，达到一定程度时，可能引起掉块、坍塌，给初期支护结构施加一个冲击荷载，导致初期支护裂损或坍塌。尤其危险的是，围岩松动和变形的过程是隐蔽的，这使得初期支护的坍塌显得十分突然，因而危害极大。另一方面，即使空洞附近的围岩最终能够保持稳定，空腔将成为地下水渗水、聚集的空间，容易引起隧道渗漏水，水和空气的交互作用，也会加速钢材锈蚀和混凝土老化。

因此，隧道围岩超挖后，应严格按要求回填密实，初期支护完成后，还应采用地质雷达进行扫描检测，发现空洞后通过注浆等方法进行充填。

4 钢支撑安装质量

钢支撑是柔性初期支护结构的重要补充，主要用于弥补软弱围岩条件下锚喷支护结构刚度较小、强度形成速度稍慢等不足。钢支撑施工除了控制原材材质、规格，安装间距和垂直度外，还应特别注意钢支撑基底不实、连接不牢等问题。

4.1 钢支撑基底

型钢支撑通常在洞外加工成形后搬运到隧道内拼装。洞外加工时，下料和冷弯都是按照统一设计要求进行的，而隧道内实际开挖尺寸（尤其是开挖高度）存在一定的随机性。当隧道开挖高度超过预期，或开挖高度虽然和预期一致，但拱脚为松软地层时，就会导致钢支撑安装完成支护时底部悬空或置于松软地层上。钢支撑底部悬空时，不少单位随意用块石垫在基底（见图4）。如果钢支撑基底不实或垫的块石不稳定，一旦承载，就可能发生大幅度沉降，引起初期支护裂损，甚至突然发生失稳，导致塌方。这类由于拱脚不实引起失稳坍塌是除掌子面塌方之外的最常见塌方类型。

图4 钢支撑基底垫石不稳固

针对这一问题，如果不改用其它形式的钢支撑，应预制楔形混凝土块以备钢支撑基底支垫所用，否则应采用钢板、厚模板支垫，与此同时，应在钢支撑底部增加锁脚锚杆或锁脚钢管。最好可以改用U型钢或钢管作为钢支撑，这类支撑可以通过相邻节段的滑移，使钢支撑长度满足实际开挖要求。

4.2 钢支撑连接

由于下料和冷弯尺寸与实际开挖不符，以及因安装定位不准，还可能导致钢支撑连接困难。按照设计要求，钢支撑要求采用高强螺栓和连接钢板连接，但是，由于开挖尺寸和预期不符、安装定位不准，相邻节段的工字钢不能准确连接的现象十分常见。隧道采用侧壁导洞、双侧壁导洞等分步施工时，这种现象尤为常见。当不能准确连接时，少穿甚至不穿高强螺栓、简单焊接甚至不焊接的现象较为突出，这导致钢支撑连接处成为十分薄弱的一个位置，与钢支撑这一较高刚度、强度和稳定性的预期和设想不符，从而使初期支护失稳、裂损、大变形显得“出人意料”，引起灾害事故。

因此，在施工控制中，应十分重视钢支撑的连接问题，加强检查，确保连接牢固。与此同时，仍有必要研究其它连接方法。

5 隧道仰拱开挖浇筑质量

隧道仰拱使整个支护衬砌结构形成一个封闭结构，有利于改善结构承载特性，并有效控制底部、遏制隧道沉降。但是，由于仰拱开挖时，上部初期支护一般都处于一个稳定状态，放松仰拱开挖和浇筑质量的现象十分常见，开挖不到位、偷工减料和合并工序的现象经常发生。

（1）仰拱开挖不到位。仰拱开挖时，实际开挖深度没有达到设计要求。有的仰拱中部深度不足，即矢高不足，使仰拱的力学特性发生改变，有的仰拱实际做成水平的，完全不成拱。由于仰拱没有形成预期的拱效应，在运营过程中，仰拱中部往往出现上侧受拉、内侧受压的现象，最终导致仰拱开裂、断裂，造成翻浆冒泥。此外，仰拱爆破开挖后，松散岩土体不能彻底清除，也是仰拱施工的多发问题。

（2）仰拱不分层浇筑。在软弱围岩区段，隧道路面以下通常包括路面结构、仰拱填充、二衬仰拱部分和初期支护仰拱部分。在施工中，将初期支护和二次衬砌仰拱一次性浇筑的现象也比较常见，甚至有不做初期支护部分或在初期支护部分不放型钢或钢筋的现象，以次充好，对结构承载有复杂的不利影响，最终导致隧道拱脚裂损或仰拱病害。

6 二衬钢筋绑扎定位质量

二衬钢筋在结构中起到提高截面抗弯、抗拉能力的作用，按照截面受力特点和设计要求，两层二衬钢筋应当对称地布设在衬砌断面的内外两侧。但是，在实际施工中，二衬钢筋的定位往往被忽视。定位不理想的现象主要有以下几种。

（1）钢筋整体偏向外侧。二衬钢筋通常不专门进行冷弯加工，而是在隧道内安装时弯曲，这就使得钢筋弯曲不到位的现象经常出现，钢筋普遍靠近初期支护（防水层），有时甚至紧贴防水层，如图5所示。这不仅使二衬钢筋起不到预期的抗弯拉作用，还会带来保护层不足、钢筋锈蚀的问题。

图5 钢筋紧贴防水层

（2）仰拱和边墙连接处钢筋不分层。仰拱钢筋向边墙钢筋过渡时，经常出现分层不清晰、两层变一层的情况（见图6），导致仰拱和边墙连接处这一应力集中的关键部位成为薄弱环节，最终导致结构承载能力下降。

图6 仰拱与边墙连接处钢筋两层变一层

（3）两层钢筋间距过小。二衬钢筋依靠仰拱延伸出来的钢筋进行定位和弯曲，当仰拱和边墙交接处钢筋不分层或间距过小时，直接导致整个拱圈结构的两层钢筋间距过小，使截面的抗弯拉能力大幅度下降。

7 结 语

隧道施工具有施工环境恶劣而且隐蔽工程多的特点，必须精细化施工和管理。在整个施工流程中，由于基础理论、观念意识的欠缺，一些关键工序的质量被忽视，以致仅仅因为管理或操作（而非节省材料和造价）的因素给隧道施工质量和安全埋下巨大隐患，得不偿失。相反，如果重视并抓好这些关键工序的施工控制，往往能够以较小的经济和时间成本使隧道质量安全水平显著提高。

［1］郭明香，傅鹤林，沈 弘.隧道施工风险的动态分析［J］.采矿技术，2008，8（4）：105－106.

［2］曹建平，王荣劲，曹大明.既有隧道维修加固施工技术［J］.隧道建设，2008，28（1）：97－101.

［3］庄石云.既有隧道维修加固施工技术［J］.采矿技术，2010，10（3）：50－51.

［4］JTJ D70－2004.公路隧道设计规范［S］.

［5］JTG F60－2009.公路隧道施工技术规范［S］.

2011－11－07）

刘 斌（1973－），男，山西大同人，工程师，从事工程管理工作。