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摘要：隧道的施工方法分很多种，具体使用哪一种开挖方法施工，要根据具体地质围岩情况选择最适合的开挖方法，隧道施工在进洞作业时，必须做好初期支护，初期支护由钢拱架或格栅花拱架、钢筋网片和系统锚杆、注浆锚杆以及混凝土构成，在施工过程中隧道初期支护是最重要的环节，如果初期支护出现下沉、开裂、位移等问题会导致坍塌、影响下一步工序无法进行，如果初期支护未严格按照规范和施工工艺进行施工和操作，那么初期支护会给百年工程留下百年的质量、安全隐患。
关键词：隧道；质量安全；应对策略
引言
在很多人看来拱架脱空并不是很大、很重要的问题，而这么小的一个问题又怎么可能会给工程留下百年的质量、安全隐患呢？那么我们从实际施工中来一探究竟吧，初期支护在施工中是非常重要的环节，它能在很大程度上避免坍塌、人员伤亡危险的发生，但如果操作不当或未按规范及施工工艺进行作业，不仅会发生致命的伤害，还会造成百年的质量、安全隐患。使用初期支护工艺的隧道都是地质围岩等级比较差的地质才选择使用初期支护的施工工艺，在开挖过程中拱顶开挖完成后要及时进行支护喷混，在拱顶支护喷混的施工过程中拱架底部易出现基础超挖或清理虚渣不到位，使得拱架立在虚渣之上或悬空，我们都知道一榀拱架是由拱顶、上导、下导以及仰拱形成一个闭环称之为一榀拱架，在拱架分段安装过程中使用系统锚杆或锁脚锚杆固定拱架，在喷混之后锚杆所承受的抗拉拔力和锚杆屈服强度变化，拱架长时间脱空状态对锚杆的受力是一个非常重要的影响因素，还有一个更重要的因素，那就是在拱架未闭环之前，各个掌子面爆破作业产生的振动和冲击波的影响及破坏力也是非常大的，另外在通过浅埋段爆破作业以及雨季地表渗水等，这几方面的原因会造成拱架变形下沉以及围岩发生蠕变和人为的拱架底部及超挖初期支护背后脱空而导致初期支护开裂、下沉、坍塌。那么拱顶拱架、上导拱架、下导拱架以及预留洞室拱架底部脱空都会在喷混之后造成拱架因质量改变以及围岩发生蠕变引起初期支护开裂、下沉、坍塌。因为一榀拱架在喷混后，仰拱未施做形成闭环之前的自身重量不断地增加，以围岩等级Vb的公路隧道为例，一榀工字钢拱架、锚杆以及钢筋网片重量约为1.5吨，这个重量不包括混凝土的重量，但是这里我们要注意一个最根本的问题，那就是每一榀的拱架、钢筋网片、锚杆、初期支护喷射混凝土的每一次施做，都不是一个闭环，拱顶、上导、下导、最后才是仰拱开挖施做，这也就是说一榀的重量是随着每一次的开挖施做不断地在增加，同时施做好的初期支护喷射混凝土还要承受多次爆破的振动和气流冲击波，那么对从拱顶到上导、下导、仰拱的闭环直至最后二次衬砌跟进，这期间我们并没有对每一道工序进行真实有效的观测，观测是否沉降、位移、开裂包括围岩自身的蠕变和受爆破振动、冲击后的变化。虽然设计和规范要求每个断面布设多个沉降观测标，但在实际施工当中沉降观测标布设不及时，加之施工工期及人为管理等因素，沉降观测效果并不能真正满足设计和规范要求，施工过程中随着施工工艺渐进一榀拱架的锚杆数量在不断地增加，但由于人为的原因锚杆的数量和质量以及拱架的竖直度都与规范、设计要求存在差距，包括拱架安装时底部基础是否坚实都有很大影响。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在锚杆施做时，存在一个角度因素，因为风枪重量原因在高度1.2m以上的锚杆多数是向下约15?角左右，只有高度1.2m以下的几根锚杆是平行或稍微向上的约15?角，那么这就不难看出，一榀拱架的锚杆中真正受抗剪切力的没有几根，而多数锚杆都是受拉拔力，这也就意味着在初期支护下沉时因完全受剪切力断裂的锚杆数量不会多，因人为未按标准施做的原因，在初期支护下沉时多数锚杆会被拉出或拔出。那么拱架施做时如果与线型不垂直和拱架底部基础不实的话，会导致拱架滑动引起初期支护下沉、开裂、侵限的问题出现，所以这个阶段的初期支护有可能会发生下沉而暂时不会坍塌，但随着闭环的时间推移，一榀拱架底部脱空造成的初期支护下沉和围岩蠕变以及多次爆破振动冲击的危险性会大大增加。初期支护下沉会造成缩径而导致初期支护侵限致使二次衬砌壁厚变薄，同时，由于初期支护下沉、缩径、侵限造成一榀拱架闭环后使二次衬砌过早的参与隧道结构受力，二次衬砌壁厚变薄并参与受力后、就会在整个隧道工程中变成最薄弱的一个质量、安全隐患点，一旦受外界压力过大的影响会导致这个部位二次衬砌开裂、下沉、位移、渗水、漏水，甚至会发生隧道坍塌。
那么在初期支护下沉侵限、平整度差、二次衬砌壁厚变薄的这个薄弱环节上，会随着时间的推移稳定以后，还是比较安全的，但前提是没有任何外界的压力对这个部位造成破坏，理论上来说稳定后应该不会有问题了。那么外界的破坏力来自于哪里呢？首先初期支护下沉后背后造成的空洞并未填补，在初期支护背后空洞的两侧会形成一个锐角，那么在当初掌子面爆破施做时对围岩已经造成扰动，虽然在初期支护施做时已进行了排险，但随着时间的推移，因爆破造成的扰动会在运营后因隧道内汽车或火车通过时的振动及声波传导（也就是音爆）发生初期支护背后空洞岩石掉落，岩石掉落的位置就是两边的锐角，顶部岩石掉落以后围岩顶部与初期支护顶部的空间会变大，也就是说岩石掉落的落差距离变大，空间距离越大重力加速度就越大，对初期支护顶部撞击力就越大，破坏力也就越大，那么两边的锐角掉落的岩石也会随着车流造成的振动及声波传导不断下落，随着岩石在锐角不断的下落对初期支护两侧的锐角造成的侧压力也会越来越大，根据美国珀杜大学教授地质学家达里尔?格兰杰教授对中国天坑和沉洞的研究理论发现，随着时间和地壳的变化，空洞会逐渐增大，岩石掉落的冲击力也会增大。
知道问题所在和危害性，我们如何处理呢？处理拱架和初期支护背后空洞的施工方法应采用重力式动力压浆和凿除初期支护重新施做两种方法。在空洞深度大于50cm，面积大于1㎡的，必须将脱空部分的喷射混凝土全部凿除，同时根据实际深度采用单层挂网或多层挂网喷射混凝土的处置方法，直到满足规范和设计要求，如果空洞深度小于50cm，面积大于1㎡的，环向间距小于3m，纵向间距小于5m的，可采用重力式动力压浆法一次性完成压浆。如果空洞深度小于50cm，面积大于1㎡的，环向间距大于3m，纵向间距大于5m的，可采用重力式动力压浆法多次多孔完成压浆，第一次压浆1.5小时左右，换孔压浆1.5小时，以此类推，这样可以避免造成注浆部位局部压力过大出现新的问题，重力式动力压浆是将压浆孔在压浆部位下部，出气孔在上部，压浆靠设备压力和浆体随压力向上涌动压浆，从而将空洞部位内的空气全部排空，在隧道内拱顶弧度部位也采用同样的方法由低处向高处压浆将空气全部排空，直至符合规范以及设计要求为止，如果采用由高处向低处压浆或注浆，因为浆体快速流动和浆体的粘稠度会把部分空气封闭在内，形成新的空洞。
那么我们清楚了拱架和初期支护脱空会带来这么大的质量、安全事故隐患和危害，就要在施工时加强管理，严格现场每一道施工工艺，尽量避免拱架和初期支护脱空，同时在二次衬砌施做前及时进行检测，但如果在检测时发现空洞，应及时在二次衬砌施做前进行有效的处理，因为二次衬砌施做之后在处理初期支护后的空洞，又会面临二次衬砌的防水问题。所以这就要求我们所有的施工管理人员、作业人员和监理人员都要尽职尽责恪尽职守。如果我们都按规范标准施做了，我们的工程就会杜绝质量、安全事故和隐患。
以上是个人观点，敬请各位领导和专家参考和批评指正。
论文作者:常明星
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第16期
论文发表时间:2017/11/13
标签：初期论文; 围岩论文; 空洞论文; 锚杆论文; 隧道论文; 拱顶论文; 闭环论文; 《建筑学研究前沿》2017年第16期论文;