论黄土隧道施工的质量控制
摘要：随着近几年隧道工程逐渐增多,对于黄土隧道施工的质量控制日益受到关注。本文结合陕西省咸旬高速公路雷家坡隧道工程的施工，在介绍其施工环境及地质特点后，就施工方法，管棚、开挖、拱腰及拱脚、初期支护、初衬混凝土施工的质量控制以及监控量测的管理等进行论述。从而得出适合黄土隧道采用的施工方法与质量控制策略。关键词：黄土，隧道，施工，质量控制
近几年随着高速公路的大发展，经济相对发达的地区公路修建工作已趋于饱和，平原丘陵地段形成错综复杂的高速公路网，大幅度的带动了区域性经济的发展，公路的发展趋势逐渐平原转向山区，从而在设计及施工上有了较大的转变，山区公路主要以桥梁、隧道为主，尤其是近几年隧道工程逐渐增多，而很多施工单位对这一施工项目还很陌生，笔者就结合目前本项目正在施工的陕西省咸旬高速公路雷家坡隧道工程的施工谈谈施工过程中的质量控制要点。
雷家坡隧道单洞长度2100米，双向四车道，设计时速80公里，本隧道进口段主要以黄土浅埋段为主，出口主要是五级石质围岩，下面就黄土隧道的施工结合现场施工谈一下质量控制。
一、 黄土隧道施工的特点：
本项目隧道位于关中盆地北部的低山貌区，地层为中三叠统石河子组砂岩加泥岩组成，洞口浅埋段覆盖层为第四系上更新统风积黄土，层厚4.6－40m，浅黄色，土质较松散，大孔隙、垂直节理发育，结构稳定性较差。
为了预防在黄土中开挖隧道的大变形和坍塌问题，采用台阶分布开挖法（又称环形开挖留核心土法），结合喷射砼及时封闭开挖面，用超前管棚支护、钢拱支撑、打锚杆、及时进行仰拱及二衬混凝土的施工等来加强土体强度及限制围岩应力重新分布，实施短开挖，快循环来减少对土体的扰动，是目前黄土隧道施工的较完整的方法。
二、管棚的施工质量控制
黄土隧道土质比较松散，且层厚一般为20－60cm，开挖后易形成分层坍塌，故需较强的初期支护，采用管棚方案较适宜。钢管直径大，与土体接触面积大，接触密贴，没有空隙，有利于力的传递，本项目设计管棚采用热轧无缝钢管φ108mm，壁厚6mm，环向间距40cm，仰角2°，节长3米，采用丝扣连接，丝扣长度15cm，在打管棚前先用测量仪器准确放线定位，钻机立轴方向必须准确控制，以保证孔口方向正确，每钻完一孔便顶进一根钢管，在钻进过程中应用测斜仪量测钢管钻进的偏斜度，发现偏斜超过设计要求时，应及时进行调整。在钢管钻完后应及时注浆，注浆应分段进行，浆液扩散半径不小于0.5米,注浆结束后应及时清除管内浆液,并用水泥沙浆紧密充填,以增强管棚的刚度和强度,在整个洞口开挖过程中,由于受山体侧偏压的影响,洞口围岩极不稳定,容易出现下沉及塌方现象,所以长管棚的施工,在洞口开挖过程中,有效的起到防沉、防塌现象的发生。
三、 黄土隧道开挖的质量控制
目前国内对黄土隧道洞身开挖的工艺有多种方法，但是目前采用较多的还是三台阶留核心土法施工工艺（又称为七步开挖法）三台阶留核心土法开挖是在施工过程中分为七个开挖面，以前后七个不同的位置相互错开同时开挖，然后分部同时支护，形成支护整体，缩短作业循环时间，逐步向纵深推进的作业方法，本项目借鉴许多黄土隧道施工的总结经验，并在现场采用三台阶法施工，施工质量能够得到有效控制，项目在施工过程中，遵循“短开挖，强支护，勤量测，紧封闭”的原则，并总结出三台阶法施工有如下优点：
（1）、施工空间大，可以引入大型机械设备，多作业面施工，效率高，同时减小了对围岩的扰动，降低了施工难度。
（2）、进度稳定，工期有保障，在施工过程中，采用人工配合挖掘机开挖，能够加快施工进度，且渣土全部采用自卸车运输，不受空间的限制，效率高。
（3）、初支能够尽早封闭，由于工序少，工序间的距离小，故能够尽早使得初支封闭成环，发挥支护效应，能够控制初支及围岩的变形，混凝土仰拱超前施工，对整体洞身的稳定提供了可靠的保障。
（4）、施工安全性好，上部开挖在超前支护的保护下进行，下部开挖在拱部支护的保护下进行，同时采用短进尺，使得围岩的暴露时间短，松弛变形能够得到及时有效的控制，预留核心土能够稳定掌子面，防止围岩坍塌。
虽然三台阶留核心土法在黄土隧道施工中广泛的推广应用，但是在施工期间还出现了不同的质量事故和安全事故，所以在施工过程中，还应注意以下施工事项。
（1）、进尺距离不能大，常规应以1.2米一个循环为宜,在围岩较差的情况下,进尺以0.6米为宜,进尺加大,首先支护不及时开挖的围岩暴露时间长,造成了内力的松弛,容易出现局部坍塌现象,支护时间的延长,容易造成洞顶围岩的下沉。
（2）、核心土不能留少，由于掌子面在开挖过程中，一直受山体偏压作用，在围岩较差的情况下，掌子面塑性变形整体外推，造成塑性变形区加大，容易出现掌子面坍塌现象，极宜造成人身安全事故，
（3）、开挖过程中，由于围岩较为松散，所以必须人工配合机械开挖，开挖时侧面开挖轮廓线处预留厚50cm土体，原因是挖掘机开挖时对土体的振动比较大，如果直接按轮廓线开挖易造成土体坍方，形成超挖。然后人工用洋镐将预留的50cm土体沿轮廓线开挖，边开挖边支撑，同时出碴，而此时，挖掘机则换至另一侧部位进行开挖，如此左右侧交替进行。
四、拱腰及拱脚的质量控制
拱腰及拱脚属于闭合环的连接部位，在工序的衔接上存在时间差异，两个部位如果处理不当，将会造成洞顶整体下沉并会出现地表裂缝、初支侵界现象，所以拱腰及拱脚的施工在整个初支过程中尤为重要，具体工艺如下：
在开挖时，拱脚及拱腰处至少留深20cm土用人工开挖，严禁超挖，防止因拱脚原状土被破坏造成混凝土衬砌时拱架下沉。
在原状土清理到设计标高后，在地面上放置25a型槽钢，拱架放在槽钢上，槽钢与上榀槽钢焊接形成纵向托梁，可有效的防止围岩的下沉及型钢的自重而造成的下沉。
锁脚锚杆与水平方向成45°施作，不能随意施打，严禁排成水平或向上打，打完后及时注浆。
本项目在施工初期，由于对拱脚及拱腰的重视程度不够，采用5cm厚的木板作为垫块，由于木板没有足够的强度，在围岩的自然沉降及工字钢的自重作用下，木板垫块被挤压变形甚至粉碎，造成初支沉降量较大，在短期内通过仪器观测沉降量特别明显，项目部在发现后及时的改变了施工工艺，尤其是加强了垫块及锁脚锚杆的施工质量控制，在后期的施工过程中，通过测量队的不断观测，沉降量变形较小，没有发生初支侵界现象，施工质量一直处于受控状态。转贴于 中国鸣网论文五、初期支护的质量控制
黄土隧道初期支护主要是指通过立钢架、挂钢筋网、打锚杆、喷射混凝土等组合形成的支护结构，由于涉及到的工序较多并结合黄土隧道的不稳定性的特点，所以必须在最短的时间内完成循环作业，初期支护从工艺的流程而言，难度不大，但是施工期间由于管理人员的管理力度不够或质量意识不强、把关不严，容易出现一些质量隐患或产品质量不合格的现象，现就每道工序容易出现的质量隐患进行总结大致有以下方面。
1、初期支护拱架间距不均或总榀数不够：目前国内隧道施工绝大部分靠普通劳力完成拱架的定位及安装工作，而这些劳力人员由于受自身素质、责任心等影响，往往很难达到照图施工的目标，拱架间距总是不能达到设计要求，有时还有故意拉大拱架间距的现象，以达到偷工减料的目的，这就需要现场的技术人员加强责任心，树立高度的质量意识，在现场不间断的抽查、检查并督促施工队不断的整改，才能控制好拱架的施工。
2、锚杆施工的质量控制：本项目设计的系统径向锚杆为φ22的早强砂浆锚杆，隧道开挖后，围岩出现应力松弛带，继续向土体的深部发展。采用系统锚杆把应力松弛区域和稳定区域固结为一个联合体，共同受力，提高了土体本身的强度，从而有效地控制围岩变形和位移速度，同时在施工期间，系统锚杆与拱架焊接在一起起到稳定拱架的作用，在经过喷射混凝土后，形成一个整体，虽然锚杆施工工艺简单，但是在施工期间还是容易出现一些问题，如锚杆安装数量不够，锚杆加工长度不够，锚杆安放的角度不对以及与拱架焊接的质量不过关等一系列问题，这就需要现场技术人员首先熟悉施工图纸的设计要求及施工规范的明确规定，并在现场施工过程中，以身作则，身体力行的进行检查巡视以达到及时发现及时解决的目的。
3、喷射混凝土的质量控制：喷射混凝土的施工工艺大致分为三种：干喷、湿喷及混合喷射，现行施工图纸大部分设计为湿喷，但是在实际施工过程中，由于湿喷程序复杂，难于操作，现在大部分隧道施工仍采用干喷法施工，喷射混凝土施工重点质量控制的环节有三个方面（1）喷射混凝土的强度；（2）喷射混凝土的厚度；（3）喷射混凝土的平整度；这三个看似简单的工作在施工过程中受人为因素、施工水平、地理环境等影响，很难作得完美。首先喷射混凝土属于干拌，拌和过程中时有拌和不均的现象，这就会造成混凝土强度不均现象，影响整体的内在质量；隧道在开挖过程中难免会出现超挖或局部塌落现象，对于超挖或塌落部分产生的空间，需要用喷射混凝土来填充，但是在现场施工过程中，喷枪操作手往往会因为多干活、费力气等主观思想而不能把喷射工作进行到底，而是通过一些不正常手段遮盖过去，往往在喷射混凝土和围岩之间形成了空洞，造成内在的质量隐患；喷枪手由于受施工经验、业务能力等的限制，往往不能在混凝土的平整度上达到规范要求，而是不断的通过补喷才能达标。这些问题在施工过程中时刻都有可能发生，只有通过不断的管理和高标准的要求才能避免这些问题的发生。
六、衬砌混凝土施工的质量控制
隧道衬砌分为(1)整体式模筑砼衬砌;(2)拼装式衬砌;(3)锚喷衬砌;(4)复合式衬砌;(5)明洞衬砌。本项目属于中长隧道，台车采用整体式模筑砼，此类衬砌台车设计为整体钢模板、液压油缸脱立模,施工中靠丝杆千斤支撑,电动减速机自动行走或油缸步进式自动行走,全部采用砼输送泵车灌注。衬砌混凝土属于长期外漏部分，施工过程中既要控制好内在质量，又要把握好外观质量，尤其是混凝土的施工厚度，绝对不能低于设计要求，虽然衬砌施工主要以机械化施工为主，但是如果现场不加强管理，容易出现以下质量问题：1、拆模后出现蜂窝麻面、空洞现象；2、胀模现象；3、钢筋保护层厚度不够；4、混凝土裂缝。这些现象的发生主要由以下原因造成的。混凝土表面出现蜂窝麻面、空洞现象主要原因是（1）模板密封不严，造成漏浆；（2）布料不均、高落差下料；（3）局部积水产生的气泡。胀模现象主要是混凝土入模速度快压力大、模板刚度不够或支撑不牢等原因造成的。钢筋保护层厚度不够主要发生在拱顶部位，混凝土在施工过程中，由于混凝土流动而产生向两侧下滑的拉力，拱顶钢筋网在混凝土拉力的带动下，不断的向台车模板移动，在拱顶垫块数量不足时，钢筋网就会发生变形而密贴在模板上，在混凝土浇注完毕拆模后，就会形成清晰的钢筋网印迹，所以要加强拱顶钢筋网垫块的数量。混凝土厚度不够的主要原因是由于隧道洞顶的沉降造成的，随着隧道洞顶的不均匀沉降，就会发生初支侵界现象，从而会造成衬砌混凝土的厚度不够。所以在施工过程中，需要人工配合机械共同努力，才能把握住每个环节。
七、监控量测的管理
黄土隧道在施工过程中，由于黄土具有强度低、自稳定性差、受水影响强烈、变形显著等特点，所以监控量测在黄土施工中尤为重要。而黄土隧道的预先设计和实际地质状况不可能完全相符，所以在施工过程中跟踪地质调查与围岩稳定性分析，正确判定围岩的地质变化情况，及时的改变施工工艺和支护方案，实施隧道信息化动态控制，以达到安全、快速施工的目的。
黄土隧道最直接、最具有代表性的检测项目为拱顶下沉及周边位移收敛量测，项目的测量人员根据预先埋设的观测点，每天进行点位量测，并对照以前的数据进行分析，查找变化，以便于及时的调整施工方案，本项目雷家坡隧道右洞在开挖时，由于进度相对较快，仰拱跟进不及时，导致拱顶下沉量明显，项目部及时的停止了掌子面开挖，并对掌子面进行了喷浆处理，加固了掌子面的稳定性，同时加快了仰拱及衬砌混凝土的施工，使得该段落的拱顶沉降得到了及时的控制，测量队对量测数据进行了分析，发现黄土隧道在开挖初期受压力影响，沉降变化较快，然后趋于稳定。
目前国内黄土隧道实施第三方检测的模式较多，即由业主方委托具有检测资质的单位对隧道进行监督检测，在一定程度上起到了复核的作用，但是第三方有时因为一些人为因素而不能及时的进行跟踪监测，这就需要项目部的测量人员加强责任心和质量意识，及时的跟踪检测，才能在有效的时间内避免质量事故和安全事故。
结论：由于黄土隧道自有的特征及在施工过程中容易发生的众多质量隐患和安全事故，所以在施工期间采用台阶留核心土的方法取得了很好的成效，同时在施工过程中一定要坚持“短开挖、少扰动、勤量测、强支护、及时密贴、严防治水”的原则组织施工。