暗挖隧道超欠挖原因分析及控制措施

陳崢，劉毅平，王曉飛，呂可，馬永明

[摘要]依托西安市某地鐵暗挖隧道工程，通過確保測(cè)量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的正確性、5點(diǎn)放樣、選擇合理預(yù)留變形量、加強(qiáng)鋼筋格柵的制作與安裝、強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)管控等手段，使得工程的超欠挖問題得到有效解決。

[關(guān)鍵詞]暗挖隧道； 超欠挖； 控制措施

[中國(guó)分類號(hào)]U455.41? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]B

0引言

隧道超欠挖問題直接影響隧道的安全、質(zhì)量、成本及施工進(jìn)度，甚至影響著工程能否正?？⒐を?yàn)收。因此，此問題得到了眾多學(xué)者的關(guān)注。張圣強(qiáng)［1］針對(duì)鉆爆法隧道，分析出地質(zhì)（水平巖層、軟弱圍巖）、爆破技術(shù)（測(cè)量放線、鉆孔精度、爆破參數(shù)）是施工管理不到位超欠挖產(chǎn)生的主要原因，針對(duì)其產(chǎn)生原因提出了加強(qiáng)施工管理、避免過分找頂、優(yōu)化光面爆破參數(shù)的措施，并提出了“少欠少超”代替“寧超勿欠”的觀點(diǎn)。郭建［2］、張旭［3］、劉國(guó)強(qiáng)［4］等均是針對(duì)鉆爆法隧道超欠挖問題進(jìn)行了相關(guān)研究，分析了超欠挖的影響因素，并提出了一系列的控制措施。

目前針對(duì)鉆爆法隧道超欠挖問題的研究較多，而對(duì)于暗挖法隧道超欠挖問題的研究較少。因此，本文針對(duì)暗挖法隧道，分析其超欠挖問題出現(xiàn)的原因以及危害性，并提出相應(yīng)的控制措施，并通過工程實(shí)踐進(jìn)行驗(yàn)證。

1超欠挖的概念及允許偏差

隧道超欠挖是以隧道設(shè)計(jì)輪廓線為參照，實(shí)際測(cè)量輪廓線與設(shè)計(jì)輪廓線的對(duì)比情況，實(shí)際測(cè)量輪廓線位于設(shè)計(jì)輪廓線外側(cè)為超挖，內(nèi)側(cè)為欠挖。如圖1所示。

GB/T 50308-2017《城市軌道交通工程測(cè)量規(guī)范》［5］對(duì)超欠挖沒有明確規(guī)定，滿足設(shè)計(jì)藍(lán)圖的輪廓尺寸即可，考慮到施工誤差，一般施工單位都會(huì)在原有設(shè)計(jì)藍(lán)圖的基礎(chǔ)上適當(dāng)增加外放量。同時(shí)，設(shè)計(jì)藍(lán)圖上對(duì)鋼筋格柵安裝要求如表1所示。

2超欠挖的危害性

2.1安全

隧道出現(xiàn)超欠挖時(shí)，相較于設(shè)計(jì)輪廓線，超欠挖部位會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，同時(shí)超挖部分在填充后，仍會(huì)留下或多或少的空洞和裂隙，對(duì)圍巖的強(qiáng)度及穩(wěn)定性造成較大的影響；當(dāng)隧道欠挖時(shí)，會(huì)使有效斷面面積減小，對(duì)運(yùn)輸、行人、通風(fēng)等帶來(lái)一定的影響，同時(shí)后期需要對(duì)欠挖部分進(jìn)行處理，在處理過程中易發(fā)生坍塌等事故。

2.2成本

隧道超挖時(shí)，需要對(duì)超挖部分進(jìn)行支護(hù)或者混凝土回填，大量材料的使用必將引起施工成本的增加。隧道欠挖時(shí)，需要返工或者用輔助措施來(lái)消除欠挖，增加了工序的同時(shí)，延長(zhǎng)了施工時(shí)間，加大了時(shí)間成本。

2.3質(zhì)量

凡隧道二襯澆注厚度不滿足設(shè)計(jì)二襯厚度要求，均被視為不合格產(chǎn)品，如果對(duì)隧道欠挖的部分不進(jìn)行處理，那么必將帶來(lái)二襯厚度不足，后期直接影響著隧道工程的竣工驗(yàn)收。

3超欠挖的原因分析

造成隧道超欠挖的因素有：施工誤差、測(cè)量誤差、管理疏忽、圍巖地質(zhì)條件等［6～8］。

3.1施工誤差

施工誤差是引起超欠挖的原因之一，主要包括幾個(gè)方面：

（1）預(yù)留變形量的大小直接影響著測(cè)量放線的位置，如果預(yù)留變形量過大，必然引起超挖嚴(yán)重。

（2）格柵的制作及安裝精度不夠，連接板間隙過大，無(wú)形間增大了格柵的尺寸，使得隧道在超挖情況下才能將格柵安裝成功。

（3）噴錨厚度過厚，必然引起噴錨部分侵入到設(shè)計(jì)輪廓線以內(nèi)，造成欠挖；反之則造成超挖。

預(yù)留變形量的大小、格柵制作及安裝以及噴錨的厚度均影響著隧道超欠挖。

3.2測(cè)量誤差

測(cè)量誤差的主要成因有技術(shù)人員對(duì)測(cè)量技術(shù)的熟練程度，以及對(duì)待工作態(tài)度。掌子面觀測(cè)點(diǎn)位與現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)位標(biāo)定的誤差，因受限于現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境影響，如照明不足、噴錨后通風(fēng)不足造成的觀測(cè)誤差。

3.3管理疏忽

施工管理上的疏忽也會(huì)增大發(fā)生超欠挖的概率，主要表現(xiàn)在幾個(gè)方面：

（1）對(duì)施工班組的技術(shù)交底不到位，對(duì)具體的工藝工法、施工參數(shù)等交代不到位。

（2）施工過程中的缺少技術(shù)復(fù)核和質(zhì)量把控。

（3）編制施工方案時(shí)未選擇最合理的施工方法。

（4）施工人員責(zé)任心不強(qiáng)，現(xiàn)場(chǎng)旁站不到位，不能起到及時(shí)糾偏的作用。

（5）未提前對(duì)隧道圍巖地質(zhì)情況、地下水情況等進(jìn)行有效勘察。

3.4圍巖地質(zhì)條件

隧道的超欠挖現(xiàn)象不可避免，巖土體裂隙、節(jié)理、特殊地質(zhì)、地下水等圍巖地質(zhì)條件的影響均會(huì)影響隧道的超欠挖。

（1）巖土體裂隙：黏土等填充物會(huì)充填于裂隙、節(jié)理中，隧道在開挖時(shí)碰到巖土體裂隙，可能會(huì)使圍巖沿著裂隙掉落，造成超挖。

（2）節(jié)理：節(jié)理的走向、發(fā)育程度等均會(huì)影響隧道超欠挖。平行節(jié)理對(duì)隧道超欠挖的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于垂直節(jié)理的影響，同時(shí)節(jié)理越發(fā)育，對(duì)超欠挖的影響越大。

（3）軟弱圍巖等特殊地質(zhì)：隧道的開挖對(duì)圍巖造成擾動(dòng)，而軟弱圍巖中裂隙較多，節(jié)理較發(fā)育，如再遇到地下水，施工擾動(dòng)極易使局部圍巖掉塊，造成超挖的情況。軟弱圍巖收斂變形較大時(shí)又會(huì)造成隧道欠挖的情況。

4控制措施

通過實(shí)施確保測(cè)量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的正確性、五點(diǎn)放樣、選擇合理預(yù)留變形量、加強(qiáng)鋼筋格柵的制作與安裝、強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)管控等手段，可以有效達(dá)到控制隧道超欠挖的目的。

4.1確保測(cè)量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的正確性

測(cè)量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分為2部分：①線路數(shù)據(jù)（平曲線、豎曲線、剖面圖）計(jì)算及編錄；②控制網(wǎng)（平面、高程）。線路數(shù)據(jù)應(yīng)采用人工計(jì)算和軟件計(jì)算的方式相結(jié)合，相互檢核，計(jì)算成果應(yīng)報(bào)審相關(guān)單位復(fù)核，復(fù)核無(wú)誤后方可用于現(xiàn)場(chǎng)施工。

4.1.1控制網(wǎng)測(cè)量應(yīng)遵循“先控制后碎部”的原則

控制線路應(yīng)盡量布設(shè)附合導(dǎo)線（水準(zhǔn)）線路或閉合導(dǎo)線（水準(zhǔn)）線路，并定期復(fù)測(cè)，復(fù)測(cè)成果應(yīng)滿足規(guī)范要求，計(jì)算成果應(yīng)報(bào)審相關(guān)單位復(fù)核，復(fù)核無(wú)誤后方可用于現(xiàn)場(chǎng)施工。現(xiàn)場(chǎng)控制點(diǎn)點(diǎn)位應(yīng)注意保護(hù)，常復(fù)核的點(diǎn)要一直保存至工程結(jié)束。隧道內(nèi)控制點(diǎn)間平均邊長(zhǎng)宜為120～150 m，曲線隧道控制點(diǎn)間距宜為60～80 m?？刂泣c(diǎn)間0.5 m范圍視線內(nèi)不應(yīng)有障礙物?？刂凭W(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量時(shí)，從選用測(cè)量?jī)x器、觀測(cè)方法及測(cè)回?cái)?shù)較差值、往返邊長(zhǎng)、測(cè)角、測(cè)邊中誤差應(yīng)滿足GB/T 50308-2017《城市軌道交通工程測(cè)量規(guī)范》要求。

4.1.2正確使用測(cè)量?jī)x器

為準(zhǔn)確定位開挖輪廓線，選用不低于II級(jí)全站儀，全站儀作為一種精密測(cè)量?jī)x器，應(yīng)進(jìn)行定期維護(hù)和檢定。全站儀的自檢也是非常有必要的，包括i角、2c值、測(cè)距精度（特別是無(wú)棱鏡模式下的測(cè)距精度）的檢查。現(xiàn)場(chǎng)放樣應(yīng)盡量采用極坐標(biāo)法，注意儀器使用前后的檢查復(fù)核，避免短邊控制長(zhǎng)邊。照明不足時(shí)，測(cè)量人員應(yīng)配備強(qiáng)光手電，配備對(duì)講機(jī)確保溝通暢通；噴錨后通風(fēng)不足的情況下，風(fēng)管應(yīng)跟進(jìn)至掌子面，通風(fēng)30 min后方可施測(cè)。

4.2五點(diǎn)放樣法

每次放樣開挖輪廓線特征點(diǎn)不得少于5個(gè)，當(dāng)次測(cè)量放樣完成后均要復(fù)核3個(gè)復(fù)核點(diǎn)，并滿足限差要求；立架時(shí)應(yīng)給出中線、高程和相應(yīng)輪廓線的特征點(diǎn)，所定立架測(cè)量點(diǎn)應(yīng)在同一里程上，并標(biāo)示完成面的超欠數(shù)據(jù)和高程，對(duì)工人班組的交底，要求工人嚴(yán)格執(zhí)行。

4.3選擇合理的預(yù)留變形量

根據(jù)圍巖地質(zhì)條件，初步選擇預(yù)留變形量，并選取一段作為試驗(yàn)段。通過對(duì)施工完成初支部分拱頂沉降、周邊收斂位移的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，適時(shí)調(diào)整預(yù)留變形量的大小。在保證隧道施工安全、質(zhì)量的提前下，選取盡可能小的預(yù)留變形量，使項(xiàng)目達(dá)到節(jié)約成本的目的。

4.4加強(qiáng)鋼筋格柵的制作與安裝

格柵鋼架制作前，應(yīng)嚴(yán)格按照?qǐng)D紙?jiān)O(shè)計(jì)尺寸及預(yù)留變形量進(jìn)行放樣，制作模架；加強(qiáng)鋼筋下料控制，并根據(jù)各單元類型不定期對(duì)下料鋼筋長(zhǎng)度進(jìn)行抽檢。制作過程中，加強(qiáng)焊接質(zhì)量的管控，要求焊縫飽滿，技術(shù)指標(biāo)符合圖紙及規(guī)范的要求；尤其要注意角鋼連接處的加工。制作完成后，進(jìn)行首件拼裝驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后方可大規(guī)模進(jìn)行其余格柵鋼架的加工及制作，試拼裝的格柵鋼架要求格柵主筋在同一平面內(nèi)，其要求的誤差如表2所示。制作后的格柵鋼架按照型號(hào)分類堆放，并不定期對(duì)其進(jìn)行抽檢。

4.5強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)管控

良好的施工組織能力和管理能力，不僅對(duì)工程進(jìn)度是一種保障，對(duì)工程質(zhì)量起著確定性作用。隧道超欠挖不僅只考慮技術(shù)問題，還要從施工管理問題著手，辯證的看待兩者關(guān)系，建立一套行之有效的管理制度，加上管理人員的講解，比嚴(yán)格管理更具意義。施工班組要從思想上重隧道超欠挖的嚴(yán)重性，隧道混凝土超方量和計(jì)價(jià)款掛鉤，對(duì)混凝土用量超預(yù)算時(shí)進(jìn)行處罰，對(duì)能有效控制超欠挖的施工班組加大獎(jiǎng)勵(lì)力度。

項(xiàng)目測(cè)量人員應(yīng)加大檢查力度，不定時(shí)對(duì)開挖面、鋼格柵、初支斷面進(jìn)行檢查，對(duì)初支斷面輪廓進(jìn)行實(shí)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)超欠挖問題，及時(shí)糾偏。建立健全管理制度，并制訂的各項(xiàng)作業(yè)規(guī)程和質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)常檢查各項(xiàng)作業(yè)質(zhì)量。及時(shí)準(zhǔn)確的反饋信息，保證超欠挖信息及時(shí)反饋給現(xiàn)場(chǎng)施工人員，以便調(diào)整施工方法和施工步驟，將超欠挖控制在規(guī)范范圍之內(nèi)。

5工程應(yīng)用

5.1工程簡(jiǎn)介

西安市某地鐵暗挖區(qū)間，根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，地質(zhì)主要為礫砂、中砂、粉質(zhì)黏土，場(chǎng)地所揭露的地下水為第四系松散層孔隙潛水，地下水位埋深14.8～19.1 m，隧道拱頂埋深11.6～17.2 m，標(biāo)準(zhǔn)斷面6 580 mm×6 970 mm，采用敞開式降水，將地下水位降深至結(jié)構(gòu)底板面以下1.0 m。

5.2超欠挖實(shí)測(cè)

施工方案中將預(yù)留外放量定為3 cm，通過采取控制措施后，斷面的超欠挖情況如圖2、圖3所示。

由圖2、圖3可知，在外放3 cm基礎(chǔ)上，斷面一、斷面二均無(wú)欠挖情況，斷面一的超挖量在3.4～6.6 cm，斷面二的超挖量在3.4～7.6 cm。在扣除外放量的基礎(chǔ)上，與設(shè)計(jì)斷面相比，斷面一的超挖量在0.4～3.6 cm，斷面二的超挖量在0.4～4.6 cm，較好的控制了暗挖隧道的超欠挖情況。

5.3地層變形控制

在測(cè)量超欠挖情況的同時(shí)，對(duì)地表沉降、拱頂沉降等進(jìn)行地層變形進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，各監(jiān)控量測(cè)指標(biāo)的最大值如表3所示。

由表3可知，在較好的控制超欠挖情況的同時(shí)，地層變形情況也控制的較為理想。地表沉降最大值在21.34 mm，拱頂沉降最大值在16 mm，凈空收斂最大值在5.9 mm，均在控制標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

6結(jié)束語(yǔ)

暗挖隧道工程開挖過程中的超欠挖及混凝土超方是一個(gè)需要常抓不懈的問題，直接或間接影響著施工進(jìn)度、成本、質(zhì)量和安全，提前預(yù)防、及時(shí)糾偏，加強(qiáng)超欠挖的管理是很有必要的。依托西安市某地鐵暗挖隧道工程，分析其超欠挖現(xiàn)象的成因分析，并從測(cè)量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、放樣精度、預(yù)留變形量、筋格柵的制作與安裝、現(xiàn)場(chǎng)管控等方面入手，提出隧道超欠挖的預(yù)防措施和技術(shù)管控。確保了隧道開挖順利展開，提高了施工質(zhì)量，降低了施工成本，也為以后類似的工程地質(zhì)條件下的暗挖工程超欠挖控制提供參考。

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