浅谈将铁路隧道断面质量检测纳入工序管理

赵韦皓

（中国建筑土木建设有限公司，北京 100073）

1 引言

在铁路隧道建设过程中，断面质量检测是重要环节之一。隧道钻爆法开挖超欠挖控制、初支和二衬断面净空控制直接影响隧道工程建设质量。传统的隧道断面质量检测主要采用全站仪、断面仪等对开挖断面进行逐点、逐面测量，存在点位离散、效率低、数据不全等问题，不能满足工程作业人员信息化精准作业的需求，现场已极少应用该方法。三维激光扫描技术具有精度高、速度快、分辨率高、非接触式、兼容性好等特点，相对全站仪、断面仪等传统断面检测方法，三维激光扫描仪可快速获取精度高、数据量大的隧道轮廓点云数据，目前已广泛应用在铁路隧道工程断面质量检测中。将隧道断面质量检测纳入工序管理，对隧道开挖、初支和二衬轮廓进行激光扫描，获得开挖超欠挖数据、初支和二衬净空数据，对于隧道施工的质量控制、成本控制具有重要意义。

2 铁路隧道施工特点

2.1 施工环境条件差，施工组织难度大

铁路隧道施工条件艰苦，交通通信条件差。施工过程中受到水文地质条件、工期、资金等多种因素的影响，需要动用各种大型机械设备。同时，隧道工程往往是工期控制的关键节点，现场施工组织难度大。

2.2 施工工序复杂，交叉作业多

铁路隧道涉及专业工种多，施工技术难度较高[1]。现场需要多工序、工种协同作业，在狭窄的作业面上，需要完成大量的出渣和进料作业，施工工序比较复杂，对工序衔接的管理能力要求高。

2.3 施工安全风险高

隧道施工环境复杂，一般长大隧道都是安全高风险隧道。地质条件复杂，不可控因素多。现场面临着突水突泥、掉块、坍塌、溶洞等地质灾害威胁，安全管理水平要求高[2]。

2.4 施工时效性要求高

隧道工程施工中，围岩的变化是不可预测的，水文地质条件更加复杂。隧道工程一旦开始施工，相关工序就要紧密衔接，以减小各种不利条件对施工的影响保证施工进度，所以，隧道工程施工时效性要求高，工序衔接紧密。

2.5 工装设备一次性投入大

目前，铁路隧道机械化施工配套设备主要有超前地质钻机、三臂凿岩台车、混凝土喷射机械手、仰拱栈桥、防水板安装台车、衬砌台车等[3]，一套工装设备近4 000 万元，工艺设备投入大，质量控制难度大。无与之配套的大机定额，仍沿用传统隧道施工进行概预算，实际成本远高于预算成本[4]。

2.6 人工费用高

设备操作和维保等专业人员费用高，平均费用在200～300元/工日，司钻工、混凝土喷射手等人员人工费在400～600元/工日，实际人工成本高是预算的5～8 倍。

2.7 隧道施工工艺性超挖可能性大

隧道开挖过程中，现场施工人员往往会坚持“宁超勿欠”的工作理念，通过扩大周边眼外插角，增加炸药用量等，确保隧道不欠挖。但这种工作方式会极大地增加隧道超挖量，隧道超挖部分不仅需要额外运出，增加出渣时间，还需要进行材料回填，增加初支混凝土用量，降低经济效益。隧道超挖引起的初支喷射混凝土消耗率普遍在设计量250%～300%，超耗率在150%～200%，富水区消耗率普遍在410%～625%，超耗率在310%～525%。大断面隧道1 km 混凝土超耗都接近1 000 万元，一条10 km 的隧道因混凝土超耗造成的成本亏损近亿元。

3 铁路隧道断面质量检测纳入工序管理的必要性

传统的隧道断面超欠挖检测主要采用全站仪、断面仪等对开挖断面进行逐点、逐面测量，存在点位离散、效率低、数据不全等问题，不能满足工程作业人员信息化精准作业的需求，现场已极少应用该方法。三维激光扫描技术具有检测速度快、点云数量大、自动化水平高、环境适应性强等特点，在轮廓较规则的隧道施工中已得到广泛应用。“三维激光全站扫描仪+终端处理软件+云平台”的隧道超欠挖及断面质量检测系统应用成熟，实现了隧道超欠挖计算分析、初支和二衬侵限和平整度检测等功能。对于隧道工程的质量管理和成本控制的提升有积极意义。

基于隧道设计BIM 模型和隧道（开挖、初支、二衬）点云模型，对隧道的施工质量进行整体的几何偏差分析。技术路线图如图1 所示。

图1 技术路线图

4 铁路隧道断面质量检测纳入工序管理需要注意的问题

目前，川藏铁路全线应用“三维激光全站扫描仪+终端处理软件+云平台”隧道断面质量检测系统，多用于初支和二衬的质量检测，隧道开挖扫描应用较少。主要原因如下。

1）建设单位未提出隧道开挖扫描的要求，仅基于隧道衬砌质量控制的目的，要求初支和二衬的轮廓扫描。

2）隧道工程施工管理人员超挖控制意识较薄弱，超挖成为隧道施工常态。隧道项目虽建立了掌子面每日会诊制度，分析当前掌子面的围岩情况及涌水量，确定下一循环进尺及支护形式，但较少以当前循环的准确超挖量作为基础依据来确定下一循环进尺和超前支护形式。

3）隧道工程24 h 施工，隧道爆破时间不固定，爆破、排危、清渣后需要测量人员立刻进行开挖轮廓扫描，相比初支和二衬的扫描，开挖扫描对隧道工程施工测量人员要求更高，留给测量人员的扫描时间范围更严苛，增加了测量人员的工作量。

4）工序衔接与劳务队管理问题。传统工序衔接是在隧道爆破、清渣后进行初期支护作业，包括初喷混凝土、铺设钢筋网、架立钢架、打锁脚锚杆等。现在是在清渣后、初支前进行隧道开挖轮廓的扫描作业，采用徕卡MS60 全站扫描仪作业，平均用时约20～30 min，初支作业队因急于作业，可能会不配合项目测量人员开挖扫描作业，导致开挖扫描作业出现问题。

目前，隧道对初支和二衬的扫描检测工作已经正常开展，将隧道断面质量检测纳入工序管理，还要做好隧道开挖轮廓的扫描工作，主要需要做好以下几方面。

1）人员配备。隧道工程施工开挖轮廓扫描工作量较大，每循环完成时间不固定，开挖扫描作业需要紧跟围岩爆破出渣后进行。所以每个隧道洞口需要增配1 名测量人员负责隧道开挖轮廓尺寸扫描、初支内轮廓线扫描和衬砌内轮廓线扫描。

2）成本管理。开展隧道断面质量检测工作，增加的成本方面主要涉及人员、设备和数据处理软件。测量人员成本按1 人/洞口考虑。目前主流的隧道点云数据采集设备为徕卡MS60和拓普康GTL1200，配置数量为1 台/2 个洞口，增加成本在17.5～25 万元/洞口，如果考虑设备周转使用，成本会有所降低。软件成本较低，且隧道施工洞口数量越多，分摊成本越低。

3）工序衔接。如果隧道施工高峰期每循环用时约8～12 h，一天可以推进2～3 个循环，如果增加开挖扫描工序，则每循环增加用时约0.5 h，会对隧道施工进度产生一定影响。需要在隧道开挖清渣后立即进行扫描作业，时效性要求较高，需要现场管理人员做好工序衔接管理，测量人员需要跟进施工进度，及时进行隧道开挖轮廓扫描。而初支、二衬轮廓扫描对工序衔接的影响可忽略不计。

4）合同管理。在劳务分包合同中明确隧道超欠挖控制奖惩措施。以合同形式将隧道爆破出渣后及初支完成后的断面扫描纳入隧道施工工序，并约束劳务队配合现场断面扫描及爆破装药过程监控。同时，在合同中以规范及设计超挖量为依据，严格约定劳务机械设备和各类围岩的超欠挖数据。

5）劳务管理。铁路隧道施工项目部引进口碑好、技术本领强、管理先进的劳务队伍，将超耗结余与劳务队伍建立协议，结余部分共享收益，提高队伍积极性。同时，铁路隧道项目应定期组织现场技术人员和施工人员参加专业技术理论培训，使现场技术人员和施工作业人员充分掌握光面爆破设计要求与质量控制要点。

5 结语

铁路隧道施工超欠挖问题事关施工安全质量和成本控制。治理隧道超挖问题已迫在眉睫，首要问题就是测量出隧道开挖超挖的准确方量。利用隧道三维激光扫描及超欠挖管理系统，将断面（开挖、初支、二衬）扫描纳入施工工序管理，是进行隧道超挖控制的必要手段，是保证隧道施工质量，进一步实现隧道施工精细化管理的有力抓手。