双侧壁导坑法施工大断面浅埋隧道初期支护钢架施工质量控制研究

冯海军　吴俊良

摘要：文章依托重庆两江新区人高路二期道路工程（K0+000～K1+240）项目明月湖隧道初期支护钢架施工，运用PDCA循环理论，确认了隧道钢拱架施工过程中主要质量通病为钢拱架倾斜度偏差，并确认了产生这一质量通病的主要原因是开挖施工出现超欠挖、左右导洞钢架定位误差和接头螺栓未拧紧。采取质量控制措施后，隧道初期支护钢架施工质量明显提高，钢架施工合格率达到了94.3%，超过了92.5%的设定目标值。

关键词：双侧壁导坑法;大断面浅埋隧道;PDCA循环;质量控制

中国分类号：U455.7

0引言

随着城市建设的不断发展，大量城市隧道建设工程日益增加。同时，隧道结构又受制于城区地形、地貌和地质条件的制约，分离式隧道在实施过程中极为受限，而单洞四车道超大断面浅埋市政隧道的布置方式能够很好地适应这样的条件[1-2]。

大断面浅埋隧道的工程施工一般都有较大难度，要考虑加强隧道设计与施工的质量，对施工技术的要求较高。只有积极优化施工技术，不断提升施工质量，才能保障隧道工程的安全性，推进全路段的标准化施工[3]。

提高隧道施工质量，需在施工过程中落实质量检查，汇总质量通病、进行数据分析并确认要因，才能有针对性地提高隧道施工质量。

本文以重庆两江新区人高路二期道路工程（K0+000～K1+240）项目明月湖隧道为依托，针对初期支护施工过程中的质量控制要点进行排查、分析，并采取相应措施以提高初期支护施工质量。

为有效提升大断面浅埋隧道初期支护的施工质量，本次研究主要采用PDCA循环理论进行分析，确认初期支护期间产生的质量通病，并确认产生该症结的主要原因以及采取有效措施提升初期支护施工质量。

PDCA循环理论是一个能够有效控制施工质量的工具，目前在工程项目中已得到广泛的应用，每次实施均需经过计划、执行、检查以及处理四个阶段，对项目进行整体调整并逐渐完善。通过PDCA不间断的循环，并在项目实施过程中熟练运用，能有效地提高工作效率，使得项目的管理系统形成良性循环[4]。

1工程概况

人高路二期道路工程（K0+000～K1+240）项目已实施完成的一期终点为人高路-机东北交叉口，由南往北与黄胡路相交形成简易菱形立交，主线右线K0+300～K0+630设置一座隧道。隧道全长330 m，包含220 m暗洞+110 m明洞。施工计划从K0+355明暗交接处入洞，由小桩号向大桩号方向掘进。隧道最大埋深为29 m，隧道横断面开挖跨径净宽为17.25 m，为单洞四车道隧道，属于大断面浅埋隧道，采用双侧壁导坑法进行初期支护施工，如图1所示。

隧道洞身按新奥法原理进行设计，初期支护以锚、网、喷为主要支护手段，必要时辅以超前支护、钢拱架及地层加固等措施，合理利用围岩的自承能力。支護参数综合考虑工程水文地质条件、埋置深度、地下地表构筑物、结构跨度及施工方法等因素，按工程类比法结合数值模拟拟定（图2）。

2质量通病分析

明月湖隧道开始初期支护施工后，隧道质量管理小组针对初期支护施工质量进行排查，发现初期支护施工合格率仅为89.5%，隧道施工质量仍有较大提升空间，于是质量管理小组确定了如图3所示质量提升目标，即92.5%。

对不合格点进一步分析，发现在初期支护施工中存在如图4所示质量通病并整理成频率分布直方图。

根据图4频率分布直方图所示，隧道初期支护钢拱架安装倾斜度偏差为隧道初期支护施工质量合格率未达到设定目标的主要症结，若将该主要质量通病解决，合格率将达到93.3%，满足设定目标值的要求。

3主要原因分析

针对“钢拱架倾斜度偏差”这一影响项目隧道初期支护施工的主要质量通病进行分析，确认了造成该质量通病的主要原因，如表1所示。

3.1开挖施工出现超欠挖

产生“钢拱架倾斜度偏差”这一质量通病的首个原因为开挖施工出现超欠挖，质量管理小组按照规范中“每1 m 2内超欠挖面积不宜大于0.1 m 2”进行现场调查。

根据现场调查结果，超欠挖测量结果与钢架安装倾斜度偏差合格率分析结果如表2所示。

根据表2所示结果，总体合格率为70%，未出现>0.1 m 2超欠挖面积仅有一处钢架安装倾斜度偏差不合格，而超欠挖>0.1 m 2的开挖桩号合格率仅为16.7%，因此可确认开挖施工出现超欠挖是造成“钢拱架倾斜度偏差“这一质量通病的一大因素。若将超欠挖问题全部解决，钢拱架倾斜度偏差合格率将达到95%。

3.2左右导洞钢架定位误差

根据设计图纸要求，采用双侧壁导坑法施工。首先施工右上导洞，随后施工左上导洞，左上导洞与右上导洞施工期间钢架定位若存在较大误差，施工后行中上导洞钢架封闭成环后就会造成钢拱架安装倾斜度的偏差，因此左右导洞钢架定位误差也有可能为造成初期支护钢拱架安装倾斜度偏差的一大因素。根据现场调查，按照规范中“钢架轴线连接偏位要求不超过±3 mm”的要求进行控制测量，左右导洞钢架定位误差测量数据与钢拱架倾斜度偏差合格率分析结果如表3所示。

根据表3所示结果，总体合格率为60%，而定位偏差>3 mm的部分共有10处，且>3 mm部分的桩号合格率仅为20%，因此可以确认钢架施工过程中左右导洞钢架定位偏差是造成“钢拱架倾斜度偏差”这一质量通病的又一原因。若将左右导洞钢架定位偏差这一问题全部解决，合格率将提高至95%。

3.3接头螺栓未拧紧

根据原设计图纸，隧道钢拱架的连接采用4个8.8级高强螺栓进行连接。根据《紧固件机械性能有效力矩型钢锁紧螺母》（GB/T 309/.9-2010）[5]的要求，第一次拧入的力矩应为108 N·m。采用扭力扳手对接头螺栓安装的质量进行检查，发现有多处接头螺栓拧紧扭矩不满足要求，如表4所示。

由此，可确认接头螺栓未拧紧为产生钢拱架倾斜度偏差的主要原因，若将这一问题完全解决，合格率将达到90%以上，因此需针对接头螺栓的施工工艺进行优化。

4质量控制措施

4.1提高光面爆破精度

为解决开挖施工出现超欠挖问题，应根据隧道施工地质条件优化爆破施工措施，提高光面爆破的精度。

提高光面爆破精度的主要措施为提高爆破施工钻眼精度。上岗前应加强对钻孔人员的教育培训，使其明确光面爆破施工钻孔的相关参数，采取定人、定钻、定眼的现场管控措施。此外，还需严格按照要求控制钻孔施工精度，按照设计要求逐榀开挖，单孔深度控制在50 cm为宜。

采取提高钻眼精度的管控措施后，开挖效果明显，针对后续施工右上导洞K0+400～K0+410段的20榀钢架爆破施工情况进行检查，每1 m 2超欠挖面积>0.1 m 2的开挖面数量下降至1处，优于之前调查的7处。

4.2提高测量精度

为解决钢架安装过程中左右导洞钢架定位偏差的问题，应采取提高测量精度的措施以保障左右导洞钢架定位在统一轴线上。

左上、右上导洞钢架定位测量的控制点在原来基础上再增加5个测点，以保证左上、右上导洞的轴线误差控制在3 mm以内，在施工中上导洞时，钢架倾斜度偏差便可有效减少。

加密测点后，针对K0+400～K0+410的20榀左、右导洞钢架轴线偏差进行检查后发现，左、右导洞钢架轴线偏差>3 mm的点数由原来的10个点减少至3个点，实施效果明显。

4.3优化螺栓安装工艺

在明确接头螺栓未拧紧为产生钢拱架倾斜度偏差的主要原因后，需立即采取接头螺栓施工工艺的优化以提高隧道初期支护施工质量。

经调查研究发现，現场施工班组主要采用不带数显功能的电动扳手进行钢拱架连接螺栓的施工，而采用该种扳手施工无法确认螺栓的拧紧扭矩是否达到标准要求的扭矩值。

因此，项目质量管理小组购入了一批带数显功能的电动扳手并在施工班组中进行推广。

5效果检查

经过针对产生钢拱架倾斜度偏差这一质量通病的三个主要原因采取质量控制措施后，明月湖隧道初期支护钢拱架倾斜度偏差的质量通病得以有效解决。通过对比图3与图5的频率分布直方图及实施前后精准度问题排列图可知，“钢拱架倾斜度偏差”这一质量通病的影响频率从原来的41.7%减少到11.8%，已不再是明月湖隧道施工中合格率不达标的主要原因症结。

解决钢拱架倾斜度偏差这一主要质量通病后，经项目质量管理小组人员复查，合格率达到了94.3%，高于前期设定的目标值，如图6所示。

6结语

本文以重庆两江新区人高路二期道路工程（K0+000～K1+240）项目明月湖隧道为依托，运用PDCA循环的方法，准确识别了大断面浅埋隧道初期支护施工中的主要质量通病，并确认产生质量通病的主要原因。经过有针对性地采取相应措施，有效提高了大断面浅埋隧道初期支护施工成品的合格率，同时为类似工程项目提供了宝贵的经验。

参考文献：

[1]寇君淑.公路隧道施工阶段风险评估与控制研究[D].西安：西安工业大学，2016.

[2]周雅.超大断面浅埋软弱围岩市政隧道施工工法研究[D].贵阳：贵州大学，2019.

[3]朱维申，何满潮.复杂条件下围岩动态施工力学[M].重庆：重庆大学出版社，2001.

[4]程丽丽.盘道岭隧道王程施王质量控制研究[D].阜新：辽宁工程技术大学，2018.

[5]GB/T 309/.9-2010，紧固件机械性能有效力矩型钢锁紧螺母[S].