??????? 一、地鐵隧道礦山法施工的安全與質(zhì)量控制原理
??????? 地鐵隧道礦山法施工即新奧法施工。新奧法即新奧地利隧道施工方法的簡稱，原文是New Austrian Tunnelling Method，簡稱為NATM。新奧法概念是奧地利學(xué)者拉布西維茲教授于二十世紀(jì)50年代提出的。我國近40年來，鐵路、交通、水利與市政等部門通過科研、設(shè)計(jì)、施工實(shí)踐，在許多隧道修建中，根據(jù)自己的特點(diǎn)成功地應(yīng)用了新奧法，取得了較多的經(jīng)驗(yàn)，積累了大量的數(shù)據(jù)。新奧法在市政地鐵建設(shè)中起步較晚，但是近年來在許多省市地鐵建設(shè)的應(yīng)用正日益廣泛，目前新奧法幾乎成為在軟弱破碎圍巖地段修建隧道的一種基本方法，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益是明顯的。下面結(jié)合新奧法施工的原理和要點(diǎn)，介紹地鐵隧道礦山法施工的安全與質(zhì)量控制原理及要點(diǎn)。
??????? 新奧法是以隧道工程經(jīng)驗(yàn)和巖體力學(xué)理論為基礎(chǔ)，將錨桿和噴射混凝土組合在一起作為主要支護(hù)手段的施工方法，已成為現(xiàn)代隧道工程新技術(shù)的標(biāo)志之一。新奧法技術(shù)摒棄了以整體式混凝土襯砌被動(dòng)地支撐洞室圍巖的傳統(tǒng)做法，改由柔性、薄壁、能與圍巖緊密帖合的錨噴網(wǎng)支護(hù)保護(hù)、加固圍巖，從而發(fā)揮圍巖的自承與自穩(wěn)能力形成天然承載結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到省工、省料和降低造價(jià)的目的。
??????????? 新奧法的基本要點(diǎn)可歸納如下：
??????????? 1．巖體是隧道結(jié)構(gòu)體系中的主要承載單元，在施工中必須充分保護(hù)巖體，盡量減少對(duì)它的擾動(dòng)，避免過度破壞巖體的強(qiáng)度。為此，施工中斷面分塊不宜過多，開挖應(yīng)當(dāng)采用光面爆破、預(yù)裂爆破或機(jī)械掘進(jìn)。
??????????? 2．為了充分發(fā)揮巖體的承載能力，應(yīng)允許并控制巖體的變形。一方面允許變形，使圍巖中能形成承載環(huán)；另一方面又必須限制它，使巖體不致過度松弛而喪失或大大降低承載能力。在施工中應(yīng)采用能與圍巖密帖、及時(shí)筑砌又能隨時(shí)加強(qiáng)的柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)，例如，錨噴支護(hù)等。這樣，就能通過調(diào)整支護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度和它參加工作的時(shí)間（包括閉合時(shí)間）來控制巖體的變形。
??????????? 3．為了改善支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力性能，施工中應(yīng)盡快閉合，而成為封閉的筒形結(jié)構(gòu)。另外，隧道斷面形狀應(yīng)盡可能圓順，以避免拐角處的應(yīng)力集中。
??????????? 4．通過施工中對(duì)圍巖和支護(hù)的動(dòng)態(tài)觀察、量測(cè)，合理安排施工程序、進(jìn)行設(shè)計(jì)變更及日常的施工管理。
??????????? 5．為了敷設(shè)防水層，或?yàn)榱顺惺苡捎阱^桿銹蝕，圍巖性質(zhì)惡化、流變、膨脹所引起的后續(xù)荷載，可采用復(fù)合式襯砌。
??????????? 6．二次襯砌原則上是在圍巖與初期支護(hù)變形基本穩(wěn)定的條件下修筑的，圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)形成一個(gè)整體，因而提高了支護(hù)體系的安全度。
??????????? 上述新奧法的基本要點(diǎn)可扼要的概括為：“少擾動(dòng)、早錨噴，勤量測(cè)、快封閉”。復(fù)合柔性支護(hù)和基于現(xiàn)場(chǎng)施工監(jiān)測(cè)及信息反饋分析的信息化施工是新奧法的核心和關(guān)鍵。
??????? 新奧法施工中尤其要重視初期支護(hù)以發(fā)揮圍巖的自承能力，《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D70－2004）（以下簡稱《設(shè)計(jì)規(guī)范》）中明確規(guī)定：“復(fù)合式襯砌中的二次襯砌，Ⅰ～Ⅲ級(jí)圍巖中為安全儲(chǔ)備，并按構(gòu)造要求設(shè)計(jì)；Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖中為承載結(jié)構(gòu)，可采用地層結(jié)構(gòu)法計(jì)算內(nèi)力和變形?！?。可見，Ⅰ～Ⅲ級(jí)圍巖中完全依靠初期支護(hù)控制圍巖變形，而在Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖中更應(yīng)重視初期支護(hù)，必要時(shí)采取輔助措施，充分保護(hù)和發(fā)揮不良地質(zhì)圍巖的自承能力。重視初期支護(hù)包括兩方面的內(nèi)容：（1）初期支護(hù)要及時(shí)，即使Ⅰ、Ⅱ級(jí)圍巖也要注意，這兩級(jí)圍巖采用光面爆破后也會(huì)出現(xiàn)個(gè)別地方的巖石松動(dòng)，如果不及時(shí)打上錨桿，也會(huì)因后面的爆破擾動(dòng)，將已松動(dòng)的巖石震下來。對(duì)Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖由于本身的自穩(wěn)能力差，變形時(shí)間效應(yīng)比Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖要小得多，不把握初期支護(hù)時(shí)間，等到巖石松動(dòng)時(shí)才去支護(hù)，就失去利用圍巖自身承載能力的機(jī)會(huì)。（2）初期支護(hù)要緊帖圍巖，用初期支護(hù)緊帖圍巖并形成整體才能調(diào)動(dòng)圍巖自身承載能力共同控制圍巖變形，如果初期支護(hù)同圍巖帖合不緊，形成空隙，使支護(hù)與圍巖分離，提供了圍巖變形的空間條件并不斷向圍巖深處發(fā)展，造成松動(dòng)破壞區(qū)擴(kuò)大，最后由初期支護(hù)單獨(dú)承擔(dān)荷載，易使支護(hù)失穩(wěn)、圍巖坍塌。
??????? 二、地鐵隧道礦山法施工的安全與質(zhì)量控制要點(diǎn)
??????? 1、洞口段施工質(zhì)量控制
??????? 隧道施工中，洞口段圍巖一般比較破碎、地質(zhì)條件較差，應(yīng)遵循盡量減少對(duì)巖體擾動(dòng)的原則，以提高洞口段巖體和邊、仰坡的穩(wěn)定性。《設(shè)計(jì)規(guī)范》及《施工規(guī)范》均作了規(guī)范性要求，強(qiáng)調(diào)“早進(jìn)洞、晚出洞”，盡量避免大挖大刷，在保持邊、仰坡穩(wěn)定的前提下，及時(shí)施作洞口，并在進(jìn)洞之前，結(jié)合洞口的實(shí)際情況，先作好洞口地表的防排水措施。在大斷面、淺埋和地質(zhì)條件差的情況下通常采用地表預(yù)注漿、超前長管棚注漿等預(yù)加固措施。
??????? 隧道洞口段施工質(zhì)量控制重點(diǎn)是進(jìn)洞施工質(zhì)量和地表預(yù)加固質(zhì)量。
??????????? （1）進(jìn)洞施工要嚴(yán)格遵循“短進(jìn)尺，小循環(huán)，早錨噴，強(qiáng)支護(hù)，快封閉”的原則，及時(shí)施作洞門及其排水系統(tǒng)。通?？刹捎枚膛_(tái)階或超短臺(tái)階法施工，先施工上臺(tái)階，凡能用十字鎬、風(fēng)鎬進(jìn)行人工施工的情況，不允許爆破；需爆破時(shí)，可采用由隧道中心掏槽分段起爆，嚴(yán)格控制藥量，人工風(fēng)鎬修邊，控制超欠挖，減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)。開挖斷面尺寸修整至設(shè)計(jì)要求后，及時(shí)進(jìn)行初期支護(hù)，一般可初噴混凝土一層，然后打系統(tǒng)錨桿并架設(shè)鋼格柵、掛鋼筋網(wǎng)，最后噴射砼至設(shè)計(jì)厚度。施工中要監(jiān)測(cè)圍巖變形速率和變形量，量測(cè)項(xiàng)目包括水平位移收斂、拱頂下沉及拱頂?shù)乇硐鲁粒l(fā)現(xiàn)異常及時(shí)調(diào)整施工工藝并采取輔助措施。
??????????? （2）洞口預(yù)加固措施一般有兩種：①地表預(yù)加固，主要措施有錨網(wǎng)噴支護(hù)、地表注漿、地表錨桿、抗滑樁、錨索等；②洞口正面圍巖預(yù)加固，主要措施有超前長管棚注漿、超前小導(dǎo)管注漿（配合格柵鋼架）、掌子面封閉等。以下強(qiáng)調(diào)幾種常用的預(yù)加固措施的施工質(zhì)量控制重點(diǎn)。
??????? ①錨網(wǎng)噴支護(hù)，可加固地表，防止因降水造成滑坡。一般在刷好邊、仰坡后，采用錨網(wǎng)噴對(duì)地表給予加固。錨桿錨桿可采用全長砂漿錨桿或中空注漿錨桿，錨桿直徑、長度、布置方式及掛網(wǎng)規(guī)格和噴射砼標(biāo)號(hào)可根據(jù)地質(zhì)條件確定，。施工質(zhì)量控制重點(diǎn)：鋼筋網(wǎng)必須與錨桿焊接，且鋼筋網(wǎng)須用點(diǎn)焊焊成整體；噴砼時(shí)必須保證鋼筋網(wǎng)保護(hù)層厚度滿足設(shè)計(jì)要求。
??????? ②地表注漿預(yù)加固，一般應(yīng)用于圍巖較差的淺埋隧道，通常采用熱軋無縫鋼管作為套管，呈梅花形布置；一般圍巖段(涌水量不大)采用穩(wěn)定性、粘度、可注性、結(jié)石強(qiáng)度及抗?jié)B性均較好的超細(xì)水泥單注漿，特殊地段(富含地下水)采用超細(xì)水泥與水玻璃雙注漿。在施工中要保證漿液原材料的質(zhì)量和漿液配合比，根據(jù)地層地質(zhì)條件確定漿液配比、注漿壓力及注漿孔間距。以往采用地表注漿預(yù)加固洞口段的工程中，有在隧道開挖中發(fā)現(xiàn)注漿局部區(qū)域內(nèi)漿液不呈樹狀滲透至巖層中，而是呈團(tuán)狀包裹在鋼管周圍的現(xiàn)象。該情況主要是漿液配比與地層不匹配及注漿壓力不足造成的。在地表注漿預(yù)加固施工中要強(qiáng)調(diào)必須根據(jù)地層地質(zhì)條件確定漿液配比，并保證注漿壓力滿足設(shè)計(jì)要求。同時(shí)要強(qiáng)調(diào)合理確定注漿范圍，范圍過大，會(huì)增加工作量和材料成本，范圍過小，不能達(dá)到預(yù)期目的，甚至?xí)o施工留下隱患危及施工安全，必須根據(jù)地質(zhì)條件合理確定注漿范圍，并依此確定注漿孔間距。
??????? 施工中應(yīng)注意先灌注邊孔，使松散圍巖形成一個(gè)相對(duì)封閉的注漿環(huán)境，達(dá)到不漏漿、不跑漿；然后依次向內(nèi)推進(jìn)。每排注漿孔中，宜間隔交替注漿。施工質(zhì)量控制重點(diǎn)：按照設(shè)計(jì)孔位開孔，嚴(yán)格控制孔口位置偏差在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)；注漿工程中監(jiān)控注漿壓力變化，若突然增大或減小，應(yīng)停機(jī)檢查，查明原因采取措施后方可繼續(xù)注漿；注漿結(jié)束前，應(yīng)采用最大注漿壓力閉漿一段時(shí)間，一般可取10分鐘左右，并及時(shí)封堵注漿口。
??????? ③超前長管棚注漿，長管棚超前支護(hù)距離長，整體剛度大對(duì)圍巖變形限制能力強(qiáng)，能承受早期圍巖壓力；注漿能改善圍巖狀況，提高圍巖自承能力，對(duì)防止圍巖初期松弛、土體坍塌有顯著效果。超前長管棚注漿主要適用于圍巖壓力來得大且快，對(duì)圍巖變形及地表下沉有嚴(yán)格控制要求的軟弱破碎圍巖隧道。
??????? 長管棚一般采用熱軋無縫鋼管，環(huán)向間距可取30～50cm，沿隧道周邊的外插角可取2～4°，有孔、無孔鋼管交叉布設(shè)。在洞口前端設(shè)置長套拱作為管棚導(dǎo)向墻，套拱內(nèi)預(yù)埋U型鋼并與孔口套管焊接牢固，施工中要保證孔口套管與沿拱圈環(huán)向布設(shè)間距、位置及方向應(yīng)準(zhǔn)確。鉆孔完成后及時(shí)安設(shè)管棚鋼管，避免出現(xiàn)塌孔。待有孔鋼管已全部注漿完畢后，再進(jìn)行無孔鋼管的鉆孔、安設(shè)。
??????? 施工中質(zhì)量控制重點(diǎn)：（a）鉆孔前掌子面必須按要求先噴一層素混凝土作為止?jié){墻，以確保掌子面在進(jìn)行壓力注漿時(shí)不出現(xiàn)漏漿、坍塌。鉆孔時(shí)根據(jù)地質(zhì)情況選擇加泥漿護(hù)壁或可加套筒或?qū)@頭直接焊接在鋼管前端鉆進(jìn)，并保證成孔角度；（b）鋼管逐節(jié)頂入，采用絲扣連接，隧道同一斷面處的接頭數(shù)不大于50％，相鄰鋼管接頭至少應(yīng)錯(cuò)開1m，并及時(shí)將鋼管與鉆孔壁間縫隙填塞密實(shí)。縱向兩組管棚間應(yīng)有不小于3.0m的水平搭接長度。要保證鋼管外露端法蘭盤、止?jié){閥的焊接質(zhì)量；（c）注漿過程中隨時(shí)檢查孔口、鄰孔、覆蓋層較薄部位有無串漿現(xiàn)象，如發(fā)生串漿，應(yīng)立即停止注漿，并采取措施（如快硬水泥砂漿或錨固劑封堵）或采用間歇式注漿封堵串漿口，直至不再串漿時(shí)再繼續(xù)注漿。注漿過程中壓力如突然升高，可能發(fā)生堵管，應(yīng)停機(jī)檢查。注漿結(jié)束前，應(yīng)采用最大注漿壓力閉漿一段時(shí)間，一般可取5分鐘左右,并及時(shí)封堵注漿口；（d）施工中應(yīng)及時(shí)檢驗(yàn)注漿效果：對(duì)注漿加固區(qū)進(jìn)行鉆孔取芯，觀察注漿充填情況；另外在進(jìn)行無孔鋼管鉆孔時(shí)觀察孔內(nèi)涌水顏色及涌水量，水顏色如較澄清或夾帶水泥渣塊，涌水量較小，則注漿效果較好，如涌水為泥漿顏色或涌水量較大時(shí)，應(yīng)補(bǔ)注或重注。
??????? ④超前小導(dǎo)管注漿（配合格柵鋼架），注漿小導(dǎo)管既能加固洞周一定范圍內(nèi)圍巖，又能支撐圍巖，其支護(hù)剛度和預(yù)支護(hù)效果均好于超前錨桿。超前小導(dǎo)管配合格柵鋼架具有類似管棚的作用，支護(hù)能力較大。雖然支護(hù)能力弱于管棚，但簡單易行、靈活經(jīng)濟(jì)。
??????? 小導(dǎo)管一般采用熱軋無縫鋼管，環(huán)向間距可取20～40cm，沿隧道周邊的外插角可取10～20°。施工中質(zhì)量控制重點(diǎn)：（a）縱向兩組小導(dǎo)管間應(yīng)有不小于1.0m的水平搭接長度；（b）漿液可采用純水泥漿或加入水玻璃，根據(jù)地質(zhì)情況確定漿液配比及注漿壓力（參見地表注漿要求）；（c）注漿過程中應(yīng)注意：小導(dǎo)管注漿前，應(yīng)對(duì)開挖面及5m范圍內(nèi)的隧道噴射厚為5~10cm的混凝土封閉；保證注漿壓力滿足要求，必要時(shí)可在孔口設(shè)置止?jié){塞，止?jié){塞應(yīng)能承受規(guī)定的最大注漿壓力；注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：注漿壓力逐步升高，當(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)終壓并繼續(xù)注漿10min以上、與設(shè)計(jì)注入量大致接近；注漿后至開挖前的時(shí)間間隔，視漿液種類而定，一般宜為4～8h，開挖時(shí)應(yīng)保留1.5～2.0m的止?jié){墻，防止下次注漿時(shí)孔口跑漿；（d）格柵鋼架拱腳處設(shè)置鎖腳錨桿，防止開挖下臺(tái)階時(shí)，鋼架移動(dòng)和下沉。
??????? 2、洞身開挖質(zhì)量控制
??????? 公路隧道多采用雙洞四車道，加上路緣、余寬、檢修道，內(nèi)空建筑寬度一般在9.25～
??????? 10.25m。與水工、鐵路隧道相比，公路隧道斷面大，對(duì)圍巖擾動(dòng)大，對(duì)圍巖塊體切割多，且
??????? 為滿足公路建筑界線的要求，多采用扁平斷面型式，使拱頂圍巖處于非常不利的應(yīng)力狀態(tài)。
??????? 因此公路隧道洞身開挖的不利因素多，難度大，必須加強(qiáng)質(zhì)量控制。開挖施工的質(zhì)量直接影
??????? 響隧道的穩(wěn)定性以及工程造價(jià)，若開挖表面不平整將導(dǎo)致局部圍巖應(yīng)力集中，并且影響防水
??????? 層和二次襯砌施工，形成存水空洞；若發(fā)生超挖過多，不僅會(huì)增加出渣和回填工程量，并且
??????? 容易出現(xiàn)由于回填質(zhì)量差而不能確保支護(hù)與圍巖緊密帖合形成一體的現(xiàn)象，從而造成影響隧
??????? 道穩(wěn)定性的隱患；若發(fā)生欠挖，則會(huì)影響隧道凈空或減小二次襯砌厚度影響工程質(zhì)量和安全。