阮清林

(中鐵隧道局集團(tuán)有限公司， 廣東 廣州 511458)

0 引言

鐵路隧道襯砌有礦山法、開敞式掘進(jìn)機(jī)法、護(hù)盾式掘進(jìn)機(jī)法或盾構(gòu)法隧道襯砌3大類。礦山法鐵路隧道復(fù)合式襯砌相對(duì)后兩者，有開挖成形、超欠挖、襯砌厚度控制難等諸多隧道斷面尺寸問題及質(zhì)量“頑疾”。文獻(xiàn)[1]給出了復(fù)合式襯砌各級(jí)圍巖隧道預(yù)留變形量值，以保障襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)厚度。文獻(xiàn)[2-3]明確了隧道支護(hù)、襯砌施工放樣時(shí)可將設(shè)計(jì)的輪廓線擴(kuò)大5 cm以保證襯砌凈空尺寸，規(guī)定了開挖、支護(hù)、二次襯砌等工序的斷面尺寸允許施工誤差(偏差)以保證結(jié)構(gòu)厚度。

針對(duì)隧道斷面尺寸問題及質(zhì)量“頑疾”，研究人員在隧道斷面尺寸的預(yù)設(shè)，開挖輪廓放樣、周邊眼開孔、光面爆破欠挖，鋼架制安，噴混凝土厚度變化、表面粗糙程度，襯砌凈空輪廓，隧道斷面測量，欠挖處理，拱墻襯砌臺(tái)車澆筑混凝土方量等方面展開了問題分析和施工對(duì)策研究。礦山法鐵路隧道復(fù)合式襯砌是由圍巖、初期支護(hù)、結(jié)構(gòu)防排水、二次襯砌組成的多層疊合結(jié)構(gòu)，它們的施工誤差相互直接或間接地彼此影響，因此，不僅要考慮隧道圍巖預(yù)留變形量值和襯砌預(yù)留凈空值，還要考慮符合規(guī)程和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的斷面尺寸施工允許誤差(偏差)所需空間的“消化或容納”問題。按施工順序，上道工序均必須為下一道工序提供合格的基面，即要有保證合格結(jié)構(gòu)所需要的空間，這就凸顯了開挖輪廓尺寸預(yù)設(shè)和實(shí)際開挖形成斷面的重要性。

文獻(xiàn)[4]提出周邊開眼偏差是引起欠挖的主要因素，周邊炮孔間距不合理，將產(chǎn)生超挖或欠挖，采用鉆孔補(bǔ)炮的方法處理欠挖預(yù)示著更大的超挖，其觀點(diǎn)是“少超少欠”。文獻(xiàn)[5]提出周邊孔孔口控制在設(shè)計(jì)輪廓線內(nèi)5 cm，周邊孔間距為35 cm，主要目標(biāo)是控制平均線性超挖小于10 cm。以往研究多重在控超，而對(duì)于防欠方面研究不夠。文獻(xiàn)[6]介紹了應(yīng)用三維激光掃描基于點(diǎn)云的隧道斷面檢測技術(shù)，但未研究噴混凝土表面粗糙程度、測量誤差和襯砌臺(tái)車施工誤差帶來的影響，而單純地將初期支護(hù)侵限閾值設(shè)置為0，未考慮到超挖值在0～3 cm有可能出現(xiàn)二次襯砌厚度不夠的風(fēng)險(xiǎn)。文獻(xiàn)[7-8]介紹了銑挖機(jī)銑挖隧道圍巖的情況，對(duì)初期支護(hù)噴混凝土引起的欠挖未進(jìn)行研究。

本文基于高鐵單洞雙線隧道復(fù)合式襯砌設(shè)計(jì)和施工實(shí)踐[9]，針對(duì)斷面尺寸問題進(jìn)行分析，按照保證襯砌不欠挖同時(shí)嚴(yán)格控制超挖的理念，提出礦山法鐵路隧道復(fù)合式襯砌斷面尺寸問題及質(zhì)量“頑疾”的解決對(duì)策和建議。

1 礦山法鐵路隧道復(fù)合式襯砌斷面設(shè)計(jì)概況

鐵路隧道復(fù)合式襯砌容許圍巖產(chǎn)生一定的變形且充分發(fā)揮圍巖自承能力，一般由初期支護(hù)、防水層和二次襯砌組合而成[1]。某時(shí)速350 km高鐵單洞雙線隧道復(fù)合式襯砌部分設(shè)計(jì)參數(shù)和預(yù)留變形值見表1。

表1 隧道復(fù)合式襯砌設(shè)計(jì)參數(shù)和預(yù)留變形值

復(fù)合式襯砌初期支護(hù)與二次襯砌之間設(shè)置的防水層，一般由防、排水板與緩沖層組成，宜采用分離式。

表1中襯砌結(jié)構(gòu)的防水層和排水管設(shè)置如下： 由EVA防水板+土工布緩沖層組成，防水板厚度不小于1.5 mm，土工布質(zhì)量不小于400 g/m2。隧道襯砌防水板背后環(huán)向設(shè)置外包土工布的φ50 mm打孔波紋管，當(dāng)?shù)叵滤l(fā)育時(shí)應(yīng)加密布置，縱向盲管采用外裹土工布的φ150 mm雙壁打孔波紋管。施工縫處設(shè)中埋式止水帶和背貼式止水帶，縱向施工縫設(shè)鋼板止水帶。

2 礦山法鐵路隧道襯砌施工過程中斷面尺寸控制方面存在的問題分析

礦山法鐵路隧道工程有隱蔽性大、作業(yè)的循環(huán)性強(qiáng)、作業(yè)空間有限、作業(yè)的綜合性、環(huán)境惡劣、風(fēng)險(xiǎn)大、施工是動(dòng)態(tài)的等特性[10]。其固有特性決定了隧道施工斷面尺寸不易控制，現(xiàn)針對(duì)有關(guān)問題分析如下。

2.1 斷面的預(yù)留尺寸問題

斷面的預(yù)留尺寸主要是圍巖隧道預(yù)留變形量值和襯砌預(yù)留凈空值。復(fù)合式襯砌各級(jí)圍巖隧道預(yù)留變形量值是根據(jù)圍巖級(jí)別、開挖跨度、埋置深度、施工方法和支護(hù)條件，采用工程類比法確定的。一般先依照設(shè)計(jì)設(shè)定預(yù)留變形量值進(jìn)行交底施工，再在施工過程中通過量測予以修正。襯砌預(yù)留凈空值一般為5 cm，隧道支護(hù)和襯砌施工時(shí)，必須將支護(hù)和襯砌的設(shè)計(jì)輪廓線同時(shí)擴(kuò)大5 cm，以保證襯砌不侵入設(shè)計(jì)輪廓線和隧道建筑限界。

問題1： 相對(duì)隧道襯砌設(shè)計(jì)內(nèi)輪廓設(shè)定圍巖隧道預(yù)留變形量值，而不是相對(duì)于施工時(shí)預(yù)留襯砌凈空后的內(nèi)輪廓進(jìn)行設(shè)定，存在的問題見表2。

問題2： 對(duì)襯砌預(yù)留凈空值5 cm的重要性認(rèn)識(shí)不足。文獻(xiàn)[11]規(guī)定了不同長度的隧道貫通誤差和貫通限差，相向開挖長度小于20 km的橫向貫通誤差在100～360 mm，高程在50 mm。當(dāng)貫通誤差≤50 mm時(shí)，在保證隧道建筑限界要求的條件下，可不調(diào)整線路中線，按設(shè)計(jì)線位鋪軌；當(dāng)貫通誤差>50 mm時(shí)，應(yīng)采用洞內(nèi)CPⅢ控制網(wǎng)實(shí)測隧道中線，采用線位擬合方法進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整后的線路應(yīng)滿足軌道平順性標(biāo)準(zhǔn)和隧道建筑限界的要求[11]?，F(xiàn)行驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定隧道竣工后的襯砌輪廓線嚴(yán)禁侵入設(shè)計(jì)輪廓線。在施工過程中，隧道襯砌臺(tái)車的施工誤差、隧道貫通誤差以及隧道貫通后洞內(nèi)新設(shè)CPⅡ測量控制網(wǎng)帶來的中線和高程變動(dòng)是難免的。據(jù)了解，一些處于1～30 km長度區(qū)間段的隧道貫通誤差，橫向誤差在1～130 mm，高程誤差在3～53 mm。襯砌預(yù)留的凈空對(duì)于解決上述問題發(fā)揮了重要作用。另外，因隧道的開挖、支護(hù)和襯砌輪廓都是事先設(shè)定好的，襯砌內(nèi)輪廓若呈現(xiàn)正誤差，則存在二次襯砌厚度可能不足的風(fēng)險(xiǎn)，反之則可能造成預(yù)留凈空的不足，如圖1所示。

表2圍巖隧道預(yù)留變形量與襯砌預(yù)留凈空值疊加表

Table 2 Reserved deformation amount of surrounding rock tunnel and reserved clearance value of lining

圍巖級(jí)別預(yù)留變形/cm襯砌預(yù)留凈空值/cm疊加值/cm問題風(fēng)險(xiǎn)Ⅱ3～55-2～0 不僅無預(yù)留變形量,且預(yù)留變形量不足5 cm時(shí)將引起開挖欠挖、支護(hù)和二次襯砌厚度不足Ⅲ5～850～3預(yù)留變形量不足直至無Ⅳ8～1053～5預(yù)留變形量不足Ⅴ10～1555～10預(yù)留變形量不足

“-”表示為欠挖。

圖1拱墻襯砌內(nèi)輪廓測量斷面圖(單位： mm)

Fig.1 Measurement cross-section of inner profile of arch wall lining (unit： mm)

2.2 施工誤差問題

除通過常規(guī)的開挖和初期支護(hù)斷面超欠挖、襯砌凈空檢查，以及雷達(dá)無損檢測發(fā)現(xiàn)斷面尺寸的誤差外，還需對(duì)斷面尺寸過程控制中的一些關(guān)鍵項(xiàng)目進(jìn)行細(xì)化檢查，具體見表3。

表3 斷面尺寸相關(guān)檢驗(yàn)項(xiàng)目細(xì)化表

通過測量和檢測，并加以分析，可以得出對(duì)斷面尺寸施工誤差的以下認(rèn)識(shí)：

1)隧道開挖、初期支護(hù)和二次襯砌施工過程中各工序施工斷面尺寸誤差關(guān)聯(lián)性強(qiáng)。由施工實(shí)踐和誤差研究理論[12]可知，施工誤差是不可避免的，也是無法消滅的，且誤差在隧道工序間或傳遞、或相互影響。斷面尺寸中各單元誤差和空間關(guān)聯(lián)影響如圖2所示。

實(shí)線表示直接關(guān)聯(lián)，虛線表示間接關(guān)聯(lián)。

圖2隧道復(fù)合式襯砌各單元誤差和空間關(guān)聯(lián)影響

Fig.2 Error and spatial correlation influence of each element of tunnel composite lining

2)斷面尺寸施工誤差控制水平與圍巖、人員技能、機(jī)具、施工方法、檢驗(yàn)手段等密切相關(guān)。

3)開挖毛洞表面、初期支護(hù)表面超欠挖施工誤差隨機(jī)性大，誤差值相對(duì)較大，這也反映出其較難控制。二次襯砌表面施工誤差受襯砌臺(tái)車就位因素影響較大。

4)在進(jìn)行初期支護(hù)噴混凝土表面超欠挖檢查時(shí)，應(yīng)高度重視噴混凝土粗糙表面凸凹點(diǎn)對(duì)超欠挖測量數(shù)值的影響。

2.3 隧道斷面測量問題

隧道開挖、初期支護(hù)噴混凝土、二次襯砌凈空斷面的空間位置檢查現(xiàn)在一般用全站儀，斷面間距由原來的較疏逐漸發(fā)展到3 m、1 m，甚至更密。測量點(diǎn)間距一般由測量人員根據(jù)檢查面的平整度情況選取，通常在50 cm左右。如按表1斷面，拱墻初期支護(hù)噴混凝土全斷面的測點(diǎn)數(shù)一般為40個(gè)左右，測量1個(gè)斷面一般用時(shí)為6 min左右，有時(shí)由于工序時(shí)間緊而將測點(diǎn)間距放大。拱墻初期支護(hù)噴混凝土全斷面超欠挖測量檢查斷面如圖3所示。

圖3拱墻初期支護(hù)噴混凝土全斷面超欠挖測量檢查斷面(單位： cm)

Fig.3 Cross-section of overbreak and underbreak of shotcrete of primary support in arch wall (unit: cm)

以點(diǎn)代面的斷面測量方法，用于二次襯砌凈空斷面檢查基本是可以的，但對(duì)于隧道開挖、初期支護(hù)噴混凝土斷面檢查則是不完善的，甚至是有風(fēng)險(xiǎn)的。原因在于，隧道開挖和初期支護(hù)噴混凝土表面特征是隨機(jī)的，波動(dòng)較大，凸凹不平且表面粗糙。風(fēng)險(xiǎn)問題： 在以點(diǎn)代面斷面測量方法缺陷、隧道開挖和初期支護(hù)噴混凝土表面特征、防水層、拱墻襯砌臺(tái)車就位等多種因素的疊加下，斷面超挖“0”值點(diǎn)處、近“0”域值點(diǎn)處及其附近很可能出現(xiàn)二次襯砌欠厚問題。測量效率問題： 如果按1 m斷面間距來檢查初期支護(hù)噴混凝土斷面的超欠挖，1組11.9 m的預(yù)襯砌段大概需要1 h，而隧道施工的循環(huán)性很強(qiáng)，留給測量的“天窗”時(shí)間有限，因而效率較低。

2.4 欠挖處理和初期支護(hù)基面修整問題

隧道欠挖一般有開挖欠挖、初期支護(hù)欠挖，后者可能由初期支護(hù)施工直接產(chǎn)生，也可能由圍巖變形產(chǎn)生。目前隧道欠挖的處理方法有爆破和非爆破2種。對(duì)于巖石開挖欠挖，隨當(dāng)班爆破處理。非爆破處理初期支護(hù)噴混凝土欠挖，有采用挖掘機(jī)破碎錘破除的，也有人工用風(fēng)鎬或鏨等鑿除的；這樣可保護(hù)隧道內(nèi)的施工設(shè)施，也可降低對(duì)隧道施工的影響，缺點(diǎn)是處理速度慢、難度大、效率低。根據(jù)情況采取爆破處理初期支護(hù)欠挖也是常有的，其缺點(diǎn)是對(duì)施工影響大，還可能引起超挖。在臺(tái)階法鋼架段濕噴機(jī)械手施工時(shí)，為防欠挖和保持噴混凝土表面平整平順，隨工采取人工用鏟修整噴混凝土表面(見圖4)，缺點(diǎn)是效率低、較高處不便作業(yè)、不利于職業(yè)健康。在欠挖和初期支護(hù)基面修整上，還需要尋求更有效、更快速、更安全且能保障職業(yè)健康的方法。

(a) 欠挖處理

(b) 隨工修整

圖4人工處理噴混凝土欠挖和噴混凝土表面隨工修整

Fig.4 Artificial treatment of shotcrete underbreak and surface dressing

2.5 拱墻二次襯砌混凝土厚度和方量問題

二次襯砌一般包含結(jié)構(gòu)防排水(土工布、防水板、止水帶等)、混凝土，較差圍巖襯砌還含有鋼筋等。對(duì)應(yīng)表1工程項(xiàng)目，防水材料幾何尺寸見表4，1模隧道拱墻襯砌臺(tái)車施工段所含材料量見表5。

表4 隧道防水材料幾何尺寸

表5 1模隧道拱墻襯砌臺(tái)車施工段部分設(shè)計(jì)材料量

Table 5 Design material quantity of one construction cross-section for tunnel arch wall lining trolley

襯砌混凝土厚度隨結(jié)構(gòu)防排水的設(shè)置而變化，混凝土方量也隨襯砌包含內(nèi)容不同而變化。不同部位的結(jié)構(gòu)防排水在襯砌中所占厚度不同。如按表4中尺寸只鋪設(shè)防水板和土工布的部位，防水層厚度為3.75 mm，焊縫處厚度為5.26 mm，有墊片處厚度至少為5.44 mm，環(huán)向盲管處厚度至少為58.23 mm，縱向盲管處厚度至少為158.23 mm；如按表5設(shè)置，施工縫處防水層的厚度至少為22.25 mm，而普通段施工縫處防水層的厚度至少為23.75 mm。關(guān)于混凝土方量，如按表5，防排水和鋼筋合計(jì)所占方量約為4.15 m3，若為素混凝土，防排水所占方量約為1.91 m3。從前述的噴混凝土施工誤差可知，噴混凝土表面不平順且較為粗糙，而防水板又具有一定的硬度，兩者因素疊加后導(dǎo)致鋪設(shè)防水層所占襯砌的方量一般會(huì)進(jìn)一步增大。在拱墻襯砌臺(tái)車施工中，防脫空的重要措施之一是核對(duì)所澆混凝土方量是否接近于計(jì)算量，若計(jì)算量偏差較大，將無法從所澆混凝土方量上判斷拱頂是否基本灌滿，也不利于混凝土計(jì)劃的管理。從上述計(jì)算情況看，結(jié)構(gòu)防排水和鋼筋所占襯砌方量還是有一定數(shù)量，計(jì)算預(yù)澆混凝土方量時(shí)需考慮。

3 礦山法鐵路隧道襯砌施工過程中斷面尺寸問題解決對(duì)策

3.1 隧道斷面的尺寸預(yù)設(shè)和調(diào)整

在隧道施工前，必須預(yù)設(shè)隧道斷面尺寸，以便進(jìn)行開挖、鋼架制作、襯砌臺(tái)車制作等工作。開挖預(yù)設(shè)斷面尺寸

R=r+5+d2+x+d1+Δ。

(1)

式中：R為預(yù)設(shè)的隧道開挖輪廓半徑，cm；r為隧道襯砌凈空的設(shè)計(jì)內(nèi)輪廓半徑，cm； 5為隧道襯砌預(yù)留凈空值，cm；d2為隧道二次襯砌設(shè)計(jì)厚度，cm；x為隧道設(shè)計(jì)預(yù)留變形量值，cm；d1為隧道初期支護(hù)設(shè)計(jì)厚度，cm；Δ為預(yù)設(shè)的預(yù)防性抵減施工誤差影響值，結(jié)合“x”設(shè)置，cm。

襯砌臺(tái)車制作斷面尺寸，即實(shí)際施工襯砌凈空內(nèi)輪廓半徑

r1=r+5。

(2)

在上述公式中，“5、x、Δ”顯得尤為重要，前二者相對(duì)明了，“Δ”需重點(diǎn)討論。

從隧道開挖一直到二次襯砌完成，工序環(huán)環(huán)相扣。施工誤差包含了若干個(gè)隧道工序，其有正負(fù)值，誤差是不可避免的，也是無法消滅的。因此，預(yù)設(shè)“Δ”是必要的，原因有以下幾方面：

1)周邊眼眼口實(shí)際位置的負(fù)誤差可能直接造成欠挖，當(dāng)其為正誤差時(shí)，自然是有利的，反則是不利的。2)周邊眼間的爆破貫通是1個(gè)不規(guī)則“撕裂面”，周邊炮眼間少量欠挖是較難被發(fā)現(xiàn)的。3)鋼架制作正誤差會(huì)使鋼架靠向圍巖一側(cè)，而這需要有開挖出來的空間來“消化”，否則可能影響鋼架安裝，而負(fù)誤差則需要二次襯砌方向有空間來“容納”它。4)隨機(jī)的初期支護(hù)噴混凝土凸凹表面施工誤差，需要二次襯砌方向有足夠的空間來“容納”它，否則會(huì)因噴混凝土造成欠挖，使二次襯砌厚度不足。5)襯砌臺(tái)車的制作和就位疊加產(chǎn)生的施工誤差，正誤差可能擠占二次襯砌空間，嚴(yán)重的還會(huì)引起二次襯砌厚度不足，而其負(fù)誤差則可能擠占襯砌凈空。6)文獻(xiàn)[2]第10.2.2條文說明“隧道開挖爆破，不可避免個(gè)別部位欠挖，若對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)爆，則勢必造成較大的超挖和對(duì)圍巖的二次擾動(dòng)”。不僅如此，欠挖嚴(yán)重干擾了正常的施工，并且很難處理，如噴混凝土欠挖。7)一旦二次襯砌欠厚，處理費(fèi)用巨大，相較于“Δ”產(chǎn)生的費(fèi)用更多，且嚴(yán)重干擾正常施工。8)隧道作業(yè)的循環(huán)性強(qiáng)，工期緊，任務(wù)重，時(shí)間成本必須考慮，靠“精雕細(xì)鑿”耗時(shí)處理開挖等工序，會(huì)得不償失。

“Δ”值是動(dòng)態(tài)的。根據(jù)表1和本文示例數(shù)據(jù)例舉“Δ”取值思路見表6。在施工過程中， “x、Δ”根據(jù)實(shí)測情況做相應(yīng)調(diào)整，且“Δ”在隧道貫通面附近段做特殊調(diào)整。

表6 隧道圍巖預(yù)留變形量、襯砌預(yù)留凈空值與“Δ”取值表

3.2 隧道斷面測量方法

目前，隧道出完渣后的開挖循環(huán)斷面超欠挖測量一般用全站儀。其測量方法有2種(見圖5)： 1)如采用徠卡TS15(帶馬達(dá))，測完第1個(gè)點(diǎn)，即可自動(dòng)完成隨后整個(gè)斷面測量； 2)如采用TS02PLUS，需要人工瞄準(zhǔn)，人工逐點(diǎn)完成斷面測量。對(duì)于二次襯砌前的初期支護(hù)噴混凝土超欠挖斷面測量，除上述2種方法外，現(xiàn)在還有運(yùn)用3D掃描儀進(jìn)行測量的，如FARO Focus3D-X70掃描儀(見圖6)。上述幾種測量方法對(duì)比見表7。

由表7可知，若標(biāo)段內(nèi)有若干個(gè)隧道或若干個(gè)隧道口，可考慮用全站儀和3D掃描儀相結(jié)合的方式進(jìn)行隧道斷面測量和掃描，即用全站儀檢查開挖毛洞，用3D掃描儀檢查初期支護(hù)噴混凝土輪廓，這在有的項(xiàng)目已取得了較好的效果。在運(yùn)用3D掃描儀測量成果時(shí)，在處理截取的斷面超欠挖值時(shí)，需注意噴混凝土表面凸凹特性對(duì)數(shù)值的影響。當(dāng)僅有全站儀時(shí)，需加密斷面間距，盡可能減小其缺點(diǎn)影響。為了及時(shí)標(biāo)示欠挖，建議配置作業(yè)車，以實(shí)現(xiàn)高效測量作業(yè)。該作業(yè)車還可用于隧道多方面高空作業(yè)，既靈活又安全，如圖7所示。

(a) 人工瞄準(zhǔn)逐點(diǎn)測量

b) 自動(dòng)測量

圖5全站儀隧道斷面測量方法對(duì)比(單位： m)

Fig. 5 Comparison of tunnel crpss-section measurement methods with total station (unit: m)

(a) 現(xiàn)場測量

(b) 測點(diǎn)云圖

Fig.6 Field measurement and measurement point distribution of 3D scanner

3.3 隧道欠挖處理和初期支護(hù)基面修整

鑒于對(duì)隧道施工設(shè)施和初期支護(hù)的保護(hù)，不影響其他工序施工，以及保障施工進(jìn)度和安全，隧道初期支護(hù)欠挖一般不宜采用爆破處理。多數(shù)情況下噴混凝土欠挖量不大，但很難處理。另外，噴混凝土表面起伏不平，“肋巴骨”在現(xiàn)場較為普遍，鋪設(shè)防水層的松弛度很難控制，對(duì)混凝土厚度和混凝土與初期支護(hù)間的密貼性有影響。根據(jù)銑挖機(jī)的工作條件，巖石單軸抗壓強(qiáng)度<60 MPa的巖石可以銑挖，抗壓強(qiáng)度為10～15 MPa以下時(shí)銑挖效率較高，抗壓強(qiáng)度為20～30 MPa的巖石的銑挖效率也可在10 m3/h左右或以上，對(duì)于有些Rc值為30～60 MPa的巖石，也可獲得較高的銑挖掘進(jìn)效率。銑挖機(jī)在土質(zhì)隧道、不適宜爆破施工的隧道，已有很多應(yīng)用。據(jù)某組隧道C25噴混凝土試驗(yàn)數(shù)據(jù)，24 h強(qiáng)度12.4 MPa， 45 h強(qiáng)度 23.8 MPa，3 d強(qiáng)度28.6 MPa，7 d強(qiáng)度30.9 MPa，28 d強(qiáng)度32.3 MPa，從強(qiáng)度來說可以滿足銑挖機(jī)的工作條件[7-8]。目前，人工處理噴混凝土欠挖一般在防水層作業(yè)臺(tái)架上進(jìn)行，與防水層和襯砌施工干擾較大。將銑挖頭裝配在滿足作業(yè)高度要求的挖掘機(jī)上，在仰拱棧橋至開挖掌子面之間區(qū)段試驗(yàn)銑挖處理噴混凝土欠挖，以及噴混凝土表面修整打平。對(duì)可以用銑挖機(jī)處理的開挖毛洞欠挖，試驗(yàn)采用銑挖處理。

此外，研究濕噴機(jī)械手噴混凝土施工時(shí)的隨工修整噴混凝土表面設(shè)備，以保證施工安全和人員職業(yè)健康，并提高作業(yè)效率。

表7 隧道斷面測量方法對(duì)比

圖7 隧道多功能高空作業(yè)車

3.4 隧道拱墻襯砌臺(tái)車二次襯砌澆筑混凝土方量

1模隧道拱墻襯砌臺(tái)車二次襯砌澆筑混凝土方量

Q=q1-q2-q3-q4。

(3)

式中：Q為隧道1模襯砌臺(tái)車二次襯砌澆筑混凝土計(jì)算總方量；q1為隧道1模襯砌臺(tái)車對(duì)應(yīng)段噴混凝土面與邊墻基頂、襯砌臺(tái)車面板、堵頭、上組襯砌端頭所包裹的體積；q2為對(duì)應(yīng)段拱墻防排水所占的體積；q3為對(duì)應(yīng)段拱墻防排水與起伏粗糙的噴混凝土表面疊加而產(chǎn)生的體積(根據(jù)現(xiàn)場測量綜合取值確定)；q4為對(duì)應(yīng)段拱墻鋼筋所占體積，無鋼筋時(shí)取“0”值。

當(dāng)使用3D掃描儀測量時(shí): 1)先使用3D掃描儀掃描該模隧道襯砌臺(tái)車段已變形穩(wěn)定的噴混凝土面； 2)使用3D掃描儀掃描1模已施工的二次襯砌內(nèi)表面，將該模襯砌臺(tái)車就位因素去除后，取得襯砌臺(tái)車的制作面板數(shù)據(jù)，并以這個(gè)面為基準(zhǔn)面； 3)實(shí)測襯砌臺(tái)車的拱頂、兩側(cè)的實(shí)際就位位置； 4)根據(jù)襯砌臺(tái)車的制作面板和實(shí)際就位位置，獲得襯砌臺(tái)車面板的實(shí)際空間位置狀態(tài)； 5)根據(jù)式(3)計(jì)算澆筑混凝土方量。

當(dāng)使用全站儀時(shí)： 1)先使用全站儀實(shí)測該模隧道襯砌臺(tái)車段已變形穩(wěn)定的噴混凝土面，斷面間距和點(diǎn)間距取小值更精確； 2)實(shí)測1模已施工的二次襯砌內(nèi)表面若干斷面，斷面間距和點(diǎn)間距取小值更精確，將該模襯砌臺(tái)車就位因素去除后，取得襯砌臺(tái)車的制作面板斷面數(shù)據(jù)，并以這個(gè)面為基準(zhǔn)面； 3)其余步驟同3D掃描儀。

在拱墻襯砌臺(tái)車施工過程中，以該計(jì)算方量計(jì)劃所需混凝土用量，卡控二次襯砌拱頂是否基本灌滿，以防拱頂襯砌脫空。

3.5 隧道斷面尺寸質(zhì)量控制措施

依據(jù)鐵路隧道驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程、設(shè)計(jì)、圍巖、人員技能、機(jī)具、施工方法、檢驗(yàn)手段等制定隧道斷面尺寸工序質(zhì)量管控標(biāo)準(zhǔn)，明確施工允許誤差(偏差)，制訂技術(shù)交底和考核制度，進(jìn)行管理和技術(shù)交底，施工過程中加強(qiáng)檢查考核，不斷提高質(zhì)量水平。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

1)圍巖隧道預(yù)留變形量值和襯砌預(yù)留凈空值各有用途，不宜疊加使用。

2)隧道開挖、初期支護(hù)和二次襯砌施工過程中各工序施工斷面尺寸和誤差具有必然關(guān)聯(lián)的特性。經(jīng)實(shí)測，誤差控制水平有待提高。開挖毛洞和初期支護(hù)表面具有隨機(jī)、凸凹不平、粗糙的特征，超欠挖測量和數(shù)據(jù)處理時(shí)需要高度重視該特征，以使測量數(shù)據(jù)可靠。

3)利用隧道斷面的尺寸預(yù)設(shè)公式和1模隧道拱墻襯砌臺(tái)車二次襯砌澆筑混凝土方量計(jì)算公式，可系統(tǒng)指導(dǎo)隧道施工。

4)采取全站儀和3D掃描儀相結(jié)合的方式進(jìn)行隧道斷面測量和掃描，可取得較好的斷面尺寸質(zhì)量控制效果。

5)隧道欠挖處理需要機(jī)械化的利器，銑挖機(jī)或許是不錯(cuò)的選擇。

4.2 建議

1)以大數(shù)據(jù)為支撐，對(duì)隧道施工誤差再分析再認(rèn)識(shí)，科學(xué)制訂隧道斷面尺寸各工序施工允許誤差(偏差)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

2)參考設(shè)計(jì)隧道圍巖預(yù)留變形量值的思路，隧道復(fù)合式襯砌斷面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的施工允許誤差(偏差)值，如當(dāng)出現(xiàn)影響結(jié)構(gòu)厚度的不利誤差時(shí)，斷面中有空間“消化或容納”這些施工允許誤差(偏差)。這樣既可以保證質(zhì)量，也符合礦山法鐵路隧道工程作業(yè)循環(huán)性強(qiáng)的特性。

3)3D掃描儀在隧道中運(yùn)用屬于隧道測量新技術(shù)，應(yīng)制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)予以規(guī)范。應(yīng)充分挖掘3D掃描儀的優(yōu)勢，為隧道建設(shè)更好地服務(wù)。

4)在控制欠挖方面，增加了3D掃描儀、帶馬達(dá)的全站儀、欠挖處理設(shè)備、相對(duì)設(shè)計(jì)加大斷面等措施，在保證不欠挖、嚴(yán)格控制超挖方面積極運(yùn)用新技術(shù)、新方法，不過也增加了相應(yīng)成本。文獻(xiàn)[1]規(guī)定“隧道超挖部分應(yīng)采用同級(jí)混凝土回填”，建議測算此方面的成本，在設(shè)計(jì)概算投資中列入因此而增加的費(fèi)用。

5)實(shí)現(xiàn)隧道斷面尺寸工序質(zhì)量管控信息化，并以信息化為抓手指導(dǎo)各工序施工，進(jìn)行相關(guān)工程數(shù)量的計(jì)算，為項(xiàng)目計(jì)劃管理、投資控制、物資計(jì)劃和消耗、驗(yàn)工計(jì)價(jià)等方面提供數(shù)據(jù)支持。提高鋼架彎拱機(jī)、鋼架安裝作業(yè)和襯砌臺(tái)車定位的精度，努力實(shí)現(xiàn)鋼架安裝、襯砌臺(tái)車定位的自動(dòng)化和智能化。