公路隧道施工质量控制.doc

公路隧道施工质量问题及控制研究摘要:作为公路隧道建设的关键，施工质量涉及到公路的使用功能和社会功能，直接影响其使用期限，甚至可能危及人民的生命财产。本文通过对公路隧道常见病害的分析，查找出公路隧道施工质量问题的关键所在，结合本人对公路隧道施工质量控制要点的认识和体会，进行归纳整理。1我国公路隧道建设面临主要问题及其常见质量问题1.1我国公路隧道建设面临的主要问题改革开发三十年，我国经济持续高速增长，综合国力不断增强，高新技术不断发展，也带来了我国公路隧道建设规模和修筑技术快速发展的黄金时期。近二十多年来，我国公路隧道的修筑长度不断被刷新，施工技术难度、技术含量不断加大，大断面、多孔连拱隧道不断出现，高海拔、高寒冰冻地区的隧道也开始投入建设，我国公路隧道建设乃至整个公路建设的相关科技攻关空前发展。看到发展和机遇的同时，我们也清楚的知道，我国隧道建设技术虽然取得了长足的进步，但仍然跟不上隧道快速发展的需要，随隧道建设发达的国家相比，也还存在很大差距，如科技投入不足，关键技术研究开发自给率偏弱，科技研究攻关质量不高，管理技术比较落后，尖子人才队伍力量较薄弱，技术创新能力不足等，这些都是制约我国隧道工程健康发展的重要因素。另外，我国快速发展的公路隧道建设与相关科技及相关工艺的发展也日益呈现出一定程度的不协调，公路隧道的建设发展即将带来或者已经带来各种问题，如环境保护问题、资源保护问题、工程安全问题、施工质量控制问题等。质量是公路隧道建设的关键，涉及到公路的使用功能和社会功能，直接影响其使用期限，甚至可能危及人民的生命财产。在公路隧道建设技术不断发展的同时，施工质量的监控管理也越来越受到人们的重视，开展公路隧道施工质量控制和检验方面的研究，是我国公路隧道近期建设发展重点攻关的关键技术之一。1.2我国公路隧道常见质量问题我国公路隧道工程建设的起步较晚，施工建设技术多借鉴于铁路隧道的理论和经验，设计、施工、监理和检测工艺等方面还不成熟、不完善。在国内公路隧道领域，以往修建的和正在修建的大部分隧道，在不同程度上都存在一定质量问题，部分甚至出现严重安全问题，无法正常使用。根据国内外公路隧道的相关资料，公路隧道常见的质量问题可归纳如下: （1）衬砌漏水隧道衬砌漏水是隧道围岩含水和衬砌存在缺陷的综合反映，是当今公路隧道最为普遍的质量问题。目前国内绝大部分的公路隧道都存在不同程度的衬砌漏水问题。在隧道穿越含水层时，底层中一些固有的地下水通道被隧道拦截，隧道本身所拥有的空间，自然就成了此处地下水汇集的良好场所，当隧道质量存在缺陷时，就必然会出现漏病害。衬砌漏水多发生在隧道施工中的“三缝”(施工缝、沉降缝和伸缩缝)、衬砌质量不良和发生裂损的薄弱部分。邻近超挖回填不密实的空洞也容易发生渗漏水。按照出水量的大小和形态，隧道衬砌漏水也可细分为渗水、滴水、淌水和冒水几种情况。（2）衬砌裂纹衬砌裂纹是指衬砌中出现某些不连续现象。引起衬砌裂纹的原因从外因上讲主要是因为外力和环境作用，例如岩层松弛、滑坡、气候变化盐害和酸害等;从内因上讲主要是因材料性质、设计和施工的不足，如材料固有性质变化、设计缺陷、施工缝处理不良等。公路隧道环向工作缝裂纹一般对衬砌结构正常承载影响不大，拱部和边墙的纵向和斜向裂纹会破坏结构的整体性，危害性较大。（3）衬砌腐蚀隧道内金属构件的锈蚀、砖石砌体风化、混凝土衬砌被侵蚀破坏等，都属于衬砌腐蚀。衬砌腐蚀可归纳为物理侵蚀和化学侵蚀两大类。物理侵蚀主要有冻融交替冻涨性侵蚀和干湿盐类结晶性涨裂侵蚀两种。化学侵蚀主要有溶出性侵蚀(软水侵蚀)、分解性侵蚀、盐类侵蚀和其他有机物质腐蚀等。（4）衬砌压溃及剥落衬砌开裂是指在由未曾预料到的外力引发的衬砌受挤闭口型开裂部位，当外力继续加大时，衬砌将逐渐失去承载力，出现压溃现象，继续发展将引起衬砌剥落，甚至崩塌。衬砌开裂在公路隧道病害中比较多见。自然外力如滑坡、地震等和材质极度恶化、设计缺陷、施工不良等都是引起衬砌压溃及剥落的主要原因。（5）衬砌变形及位移衬砌变形是指衬砌在内外因素的作用下发生形状和尺寸的改变。衬砌位移是指衬砌的整体或者其中一部分出现倾斜、转动、平移、下沉或者上台等变化。隧道的衬砌从建设完成到完全自然破坏必然经历变形、裂损、位移和垮塌四个阶段。隧道衬砌变形是隧道破坏的第一步，而隧道位移出现在垮塌之前，和裂损几乎出现在同时。在隧道衬砌出现变形，甚至部分出现裂损和位移时，就应该对病害采取措施，避免垮塌的出现。（6）洞门裂损及洞口病害洞门在公路隧道建筑的作用主要有承受山体纵向推力，支挡洞口边、仰坡，拦截仰坡面少量剥落、掉块，并将坡面汇水引离隧道，以稳定洞口，保证洞口线路安全。洞口多修筑于风化破碎的围岩，具备较差地址条件，承受较大温差变化和各类不利自然条件，容易发生病害。公路隧道设计对推土力计算不准、施工不良、附属排水设备措施不当等容易引起洞门裂损及洞口病害。洞门常见的病害有端墙前倾、开裂并与衬砌环节脱节、错台和洞口断衬砌拱墙发生横向相对位移等。洞口附件容易发生边、仰坡崩塌、下滑，洪水等水流冲刷病害。（7）隧道冻坏隧道冻害是指位于寒冷和严寒地区隧道内，因水流和围岩积水冻结，在隧道各部位及附属设施上发生的、影响到运营安全和建筑物正常使用的各种病害。隧道冻害防治是当今公路隧道技术攻关重点问题，在具体修筑过程中，应认真调查地址环境情况，通过设计改良、严密施工予以处理。（8）隧道运营通风不畅及照明不良公路隧道和铁路隧道一样均需通风，通过通风技术对隧道正常运营的污染物含量水平和火灾情况下的烟雾含量、气体温度进行控制。在整个隧道的建设中，通风方案的优劣及通风运营效果的好坏，将直接关系到隧道的工程造价、运营环境、救灾功能及运营效益。目前国内对公路隧道通风系统的研究还比较滞后，有关火灾通风方面的技术仍需加强。此外，在国内相当数量的中长公路隧道中，由于经济的原因，通风系统一般也没用开启。现行的公路隧道通风照明设计规范规定长度大于1OOm的公路隧道需设置有照明措施，但迫于运营和维护成本的压力，许多隧道的照明设备没有开启，有部分隧道甚至因此不安装照明灯具，大大影响公路隧道的运营水平。2公路隧道常见质量问题主要原因分析公路隧道工程质量的形成是随着建设进度的推进而形成的，其过程中出现的各类质量问题和质量缺陷和许多因素有关。我国公路隧道修筑技术、工程质量控制和检验水平的滞后是影响公路隧道整体工程质量的基本原因。此外，我国一般的公路隧道工程建设周期较短、工期紧，一定程度影响公路隧道工程正常工序实施，不可避免影响隧道施工质量。公路隧道工程的修筑，涉及技术人员多、建筑材料多、施工环节多、管理流程多等具体情况，任何环节麻痹大意和出现纸漏都可能对整个工程建设质量造成重大影响。根据公路隧道修筑技术的相关文献和近年来逐渐被重视的监理技术资料，我们可将公路隧道常见质量问题产生的主要原因进行简单归纳。2.1隧道建筑材料公路隧道所需建筑材料包括一般工程通用材料、支护材料和防排水材料等，种类众多。一般的公路隧道在修筑过程和运营期间，需要经受围岩压力、地下水压力、岩体风化及可能的化学物质侵蚀和冻害等考验，因此公路隧道使用的建筑材料质量要求很高，特别是在强度、耐久性、抗渗性、耐腐性和抗冻性方面有较高要求，可以说建筑材料的优劣是公路隧道工程整体质量好坏的前提。目前，国内生产各种公路隧道建筑材料的厂家众多，名目各异，产品质量参差不齐，技术人员难以选择也难以把好质量关，加上工程时限较短，建筑材料的试验往往被忽视，公路隧道工程的整体质量也就得不到保证。2.2隧道工程施工隧道工程施工工艺复杂，工序多，工程管理控制难度大，最容易产生质量问题，公路隧道常见的衬超欠挖、砌漏水、衬砌空洞等问题都是因为施工控制不良引起。从施工技术的角度上来说，目前我国公路隧道发展迅速，施工技术要求越来越复杂，可原有的隧道施工技术、质量控制方法及检测标准己经滞后，相关方面研究仍然欠缺;从施工环境来说，公路隧道工程环境多变，地质状况复杂，地下水、岩溶、瓦斯、膨胀土和破裂带等非常常见，工程的施工存在很多突变因素;从施工人员本身方面的因素来看，首先是施工技术人员技术水平参差不齐，掌握较先进技术的人员比例不高，难以确保施工工艺的准确性和精密性，另外，有少数施工企业为了减少成本，存在一定恶意偷工减料问题，造成隧道整体施工质量存在隐患。2.3隧道竣工验收随着公路隧道的大量修建，质量意识已经深入人心，隧道运营前的竣工验收也正沿着规范化、标准化的方向发展。工程竣工验收是公路隧道在交付使用前对质量检验和控制的最后一道关口，但由于各方面的原因，我国目前对公路隧道运营前的检测验收工作还存在着种种不足，竣工验收在一定程度上还仅仅是一种程序，没有发挥其应有作用。首先是现行相关规范标准在一定程度上存在不足，无法适应工程检测发展需要;其次是现行检测评价过程中的相当一部分数据来源于竣工资料，难以发挥起把关作用;再次是对参与检测评定工作的技术人员没有严格限制规定或是持证上岗制度。种种原因，使通过验收杜绝公路隧道工程质量隐患苦难重重。2.4隧道监控从广义角度上讲，公路隧道监控包括施工期间的监控量测和运营期间的监控。目前公路隧道施工主要采用新奥法，施工期间的监控量测是新奥法施工的灵魂所在。运营期间公路隧道的监控近几年来已经引起广泛重视，国内在运营监控系统的研究也有很大进步，运营期间的监控是保证隧道安全运营的重要手段。目前，由于种种原因的存在，我国施工期间的监控量测和运营期间的安全监控两方面工作在一定程度上都存在一些问题，如施工监控结果的信息反馈，以及所反馈信息对施工的指导，运营期间监控的有效性和反馈实施等都没有得到很好实施，公路隧道监控效果不理想，难以及时解决公路隧道工程质量问题。2.5行业规范标准目前公路隧道修筑方面的技术规范仅有公路隧道勘察规程、公路隧道设计规范、公路隧道通风照明设计规范和公路工程质量检验评定标准，内容较为陈旧，更新比较缓慢。公路工程质量检验评定标准是专门针对工程质量制订，且于2004年重新修订，但是，该规范中涉及隧道工程的篇幅仍然较少，且各项规定也不够详尽具体，还不能满足公路隧道有其自身详尽检验评定标准的要求。在当前公路隧道工程建设中，业主和监理还面临标准模糊，方法难寻的局面，而施工单位由于其自身的利益和水平的限制，在施工过程和检测方面存在很大的随意性，导致隧道整体工程质量存在隐患。目前国内逐渐重视隧道工程质量的检测和评估，在长期研究中也取得一定的成绩，可还比较零散，没有形成完整体系，难以付诸实践，较成熟的相关文献更是几乎没有，亟待加强。3 公路隧道施工质量控制要点3.1喷锚支护的重要性喷锚支护要适时。喷锚支护跟不上开挖面, 若围岩类别较高，不会造成较大影响；若围岩较弱,在断层、破碎带就会出现问题, 因而在上述地带施工时必须采用超短台阶开挖(人工开挖、小爆破), 并适时进行初期喷锚支护, 避免围岩松动, 形成新的岩体平衡,即主动利用了围岩的自承能力。若立即支护将阻止其变形, 支护结构受力很大;过迟支护可能会造成塌方。3.2 喷射速凝和早强混凝土是新奥法的重要手段喷射速凝和早强混凝土对刚开挖的岩石进行封闭处理, 防止围岩松动、风化, 并对岩面填平补齐, 减少应力集中, 促使受力均匀。软弱围岩可铺设钢筋网来增加其柔性, 而后沿着径向打锚杆, 提高了围岩的整体性, 控制了围岩变形、松散。必须引起注意的是: 不要因为地下水多、平整度差、超挖多、造价高等原因, 忽视了混凝土与围岩的密切结合, 将喷射混凝土改为模筑混凝土, 防止局部脱落和塌方, 特别是拱顶部位更应注意这一点。还要注意因混凝土厚度和强度不足而造成质量隐患。3.3 钢管拱架的作用为了增加喷锚支护的作用, 需采用127钢管拱, 并增加锚杆长度、锚杆数量和钢筋网, 钢管间距为50m, 管内注浆。3.4 选择合理的开挖方法断面开挖尽可能采用全断面开挖, 但隧道很大及软弱围岩须采用两断面、多断面开挖。即先挖两侧, 待支护稳定后, 再挖中间, 边挖边作初期支护。只有这样才能少出问题。隧道开挖断面越圆越好,这样受力均匀。3.5 支护参数合理性支护参数只要满足要求就可以了, 过大和过小都将给工程造成危害。可以根据不同的地质状况对支护参数进行调整。3.6 新奥法施工特点初期支护和二次衬砌要分期进行, 便于在两者之间铺设防水层, 以提高隧道防水能力。二次衬砌强度要足够, 内壁光滑美观。对于深埋段隧道IIV类围岩都可采用新奥法设计和施工, 只要根据围岩的类别确定初期支护参数, 其荷载完全由围岩自己承受, 二次衬砌只承受围岩流变压力。对于明洞和浅埋隧道, 洞顶覆盖物因高度不够, 自身不能形成承载环, 所有荷载由二次衬砌混凝土来承担。若浅埋段隧道做喷锚支护, 并对岩体和土体加固, 也具有一定的自承能力,但应尽早进行二次衬砌, 以防围岩变形、洞体拉裂破坏。下面归纳一下新奥法的工艺要点:(1)光面爆破: 搞好光面爆破设计, 爆破参数(周边眼间距、抵抗线、装药量)要准确。(2)喷锚支护: 喷射混凝土、径向锚杆。喷射混凝土使用普通硅酸岩水泥, 喷射方法要正确, 喷射厚度要控制, 防止超厚喷层出现悬空。锚杆分为端头锚固和全程锚固。(3)隧道防水: 采用高密度PVC 防水板, 关键是防水板的焊接或粘结工艺。(4)二次衬砌混凝土浇注: 二次衬砌混凝土采用模筑施工, 分段浇注(一般10m为一段)。3.7 隧道塌方预测、预防及处理岩体没有自承能力, 地下水很丰富, 断裂带不明; 地质、地形条件勘测误差较大, 不明情况指标、资料没有提供; 支护时间不当, 施工方法欠妥很容易引起塌方, 需要在施工过程中加以预测和预防。（1）围岩变形的预测和塌方预防新奥法与矿山法施工限制变形有着本质区别,围岩变形的预测是检验围岩是否稳定的重要手段,防止围岩变形过大失稳、发生坍塌、堵塞开挖断面是质量监控的关键。初期支护完成了不要即刻进行二次衬砌, 注意观察初期支护围岩变形情况, 二者同时进行也是与新奥法施工原理相违背的。初期支护一旦被破坏, 二次衬砌将会产生裂缝和其它不良后果。预防隧道塌方, 应严格按新奥法要求做, 即深孔确定围岩类别, 短台阶开挖, 并及时进行初期支护和围岩变形观测。（2）塌方处理方法处理塌方主要以稳定岩体为主要目标, 在加固岩体和塌体、加强支护方面做文章, 处理方法既要安全可靠, 又要经济合理。下列处理方法对隧道大塌体比较适用。1)待塌方岩(土)体稳定后进行处理;2)上导塌穴采用超前注浆处理方法, 即开挖后及时注浆, 先用喷射混凝土来封闭塌体表面;3)下