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        暗挖隧道超欠挖原因分析及控制措施

        2023-02-12 08:06:11陳崢,劉毅平,王曉飛,呂可,馬永明
        四川建筑 2023年5期
        關(guān)鍵詞: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(guò)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(wèn)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(wèn)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(wèn)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(guò)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(wèn)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(wèn)題的研究較多,而對(duì)于暗挖法隧道超欠挖問(wèn)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(wèn)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(guò)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(méi)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(kāi)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(kāi)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(guò)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?,F(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。控制點(diǎn)間0.5 m范圍視線內(nèi)不應(yīng)有障礙物。控制網(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(kāi)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?,F(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(kāi)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(guò)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(guò)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(wèn)題,還要從施工管理問(wèn)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(kāi)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(wèn)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(kāi)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(guò)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(kāi)挖過(guò)程中的超欠挖及混凝土超方是一個(gè)需要常抓不懈的問(wèn)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(kāi)挖順利展開(kāi),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。

        參考文獻(xiàn)

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