隧道工程施工荷载设计书

1 隧道工程 施工 荷载设计 书 按设计施工、按设计计价，这是工程行业天经地义的事，但是，在隧道这个领域，“按设计”的思想在当前已成为隧道工程质量、安全以及效益的一个致命隐患。 一、 隧道设计的不确定决定了隧道设计的特性 预设计和动态设计 隧道设计的最大特点就是 不确定，其根源就是对围岩判断的不确定以及由围岩产生的荷载的不确定，这就客观上造成隧道无法按设计施工的重要因素，这在实践中表现为： 1. 对围岩级别的判断误差较大 隧道设计是以围岩级别为基础的，一种围岩对应一种设计，尽管设计图有围岩分级的纵剖面以及相应的断面衬砌，但是，由于对地质勘测受到限制，所以，对围岩级别的划分存在比较大的误差，所以，强调地质超前预报，施工中要不断对原设计进行修正，本来这个工作应由设计单位完成，但是由于国家建设管理体制的影响，形成了由施工单位为主体的管理模式，由于施 工单位地质技术力量相对薄弱，对围岩级别的判断能力极其有限，这就造成了没能按设计施工的一大根源。 2 2. 施工工艺对荷载的影响 “新奥法”设计是建立在保护围岩的基础之上的，如果施工过程中不注意保护围岩，围岩级别就会由低向高变化，如仍然按原设计结构施作，结构就不能满足使用功能，主要表现为： 如级围岩塌方后就应该按级围岩施工； 原设计暗洞结构，改为明挖后就得变更原设计结构， 明挖段增长，如果埋深也增大，则须加大衬砌厚度； 上述情况与桥梁、房建等行业有本质的区别。有许多桥梁、房建专业的技术人员从事隧道施工，头脑中 没有围岩级别划分的概念，机械照搬设计图纸，给工程留下巨大质量、安全隐患。 二、 对“新奥法”的误解造成对隧道认识的多样性 一般情况，设计单位只负责结构的设计，保证结构的使用功能，对于隧道而言，主要目标是二次衬砌；我们国家隧道业有一个从“矿山法”到“新奥法”的发展过程，转折点是上世纪八十年代，据今时间很短，所以，如今的隧道业处在“矿山法”和“新奥法”两种方法交替之间，在施工实践的表现就是两种思想混杂，其中表现在对结构的理解上，设计单位按“矿山法”设计，就只设计衬砌，施工措施如支护由施工单位来定，所以支护称为“临时支 护”，包括木支撑、钢支撑以及喷锚支护；而“新奥法”设计的支护结构为复合式，所以就有“初期支护”和“二次衬砌”的说法，“初期支护”不是“临时支护”，是结构的重要组成，在这一点上，受传统“矿山法”影响的范围很广，很多人，甚至包括高级领导、质检单位等仍然将喷锚支护当作临时支护，不注意质量，为工程留下隐患。 3 喷锚支护既是施工辅助措施又是结构的重要组成，作为施工措施，设计单位不愿过多关注，而作为结构组成，则必须明确设计标准。在当今社会技术水平下，喷锚支护的质量与施工者的技术、经验、设备、工艺等有很大关系，目前国家还没 有一个通用的隧道工法，设计单位很难针对某一具体施工单位来开展设计，所以，有关这方面的设计的性质就是设计原则，这就产生了又一个不确定因素。重点表现在超前支护以及锚杆的实施。 （ 1） 超前支护是保护围岩的一项重要措施，设计单位一般设计为间距 300400超前小导管，其理念是通过插入围岩中的超前小导管向围岩注入水泥浆以固结围岩，以实现控制围岩应力释放的目标，要达到这个要求，必须做到：导管孔口以及临空面有封堵措施，以保证注浆有一定的压力方有可能实现渗透、固结的目的，但是在实践应用中，如果施作封堵、拆除封堵，隧道 进度将受到严重制约，这似乎表明设计不合理，其实未必，因为目前的设备与材料及工艺也是制约因素之一，争论没有任何意义，重要的是作为隧道工程师要理解设计的本来目的，要达到超前预支护的目的未必靠注浆，有的设计将超前小导管改为超前钢插管，这就符合当前的施工技术水平，但是，作为隧道技术工作者要清楚，这种设计未必较超前小导管更先进、更合理，只能讲这项技术符合当前的生产技术水平。上述讲明超前预支护的本来面目，作为现场的隧道工程师要在理解设计意图的基础上实施超前预支护，如果插入超前小导管后，注浆随便应付一下，就认为是严格按设 计施工了，尤其是在塌方后，还坚持是按设计施工，就十分错误了。 （ 2）锚喷支护是“新奥法”三大支柱之一，其中的“锚”主要指系统锚杆，这个行业对于系统锚杆有两种不同的观点，即系统锚杆由于以及系统锚杆无用，在当前，系统锚杆无用论的影响很广，这与矿山法的影响有很大关系，但归根到 4 底是没有理解“新奥法”的基本原理，“新奥法”定义为： 5 is on a 新奥法 建立在基础之上 概念 借以 or an a 围岩 成为 of a 载构件 凭借 激活 围岩承载环 全译文： “ 通过发挥围岩承载环的主动作用使隧道围岩成为承载结构。 ” “新奥法”定义明确：围岩是主要承载结构，支护是激发围岩承载能力的手段，激发围岩承载环的条件就是对围岩松动圈施加“侧限”，如何提供有效的侧限，与围岩稳定性和开挖方法有关：如果可以全断面开挖、支护一次闭合成环且其强度足够，则不需要系统锚杆，典型的实例就是“盾构法”施工；如果不能实现全断面开挖，支护分部实施，如果能在围岩应力有效控制之内将支护闭合成环，则亦可不必施作系统锚杆。但是，以上工法均要求钢架加工必须严格圆形、节点必须吻合（即要求支护结构受力后偏心满足强度要求），否则仅靠钢架就无法提供有效的侧限，事实上只有全断面开挖有这个条件，分部开挖由于安装以及围岩变形影响，钢架根本无法作到圆顺、节点亦无法作到吻合，所以，在现阶段社会生产水平条件下，系统锚杆必须认真施作。 三、 隧道设计图不能直接使用 隧道设计断面有两个因素即围岩变形量和施工及测量误差没有考虑，所以，隧道设计图不能直接拿来使用，必须根据本企业的技术装备等因素确定施工误差以及根据围岩情况确定预留变形量。 所以，当拿到设计图后，施工单位应立即组织编制施工图，具体要求： 6 1. 施工误差 由于竖向空间顶部为通风道和接触网，弹性接触，有足够的空间，所以施工、测量贯通误差仅考虑平面误差，铁路隧道断面拱墙为三心圆，平面施工误差的解决方法是采用高一级的加宽断面，公路隧道断面拱墙为单心圆，采取半径加大5方法解决。注意仰拱半径不变。 2. 预留变形量 预留变形量应根据施工工艺、质量、围岩随时调整，开挖断面的调整，相应的支护断面、衬砌断面就要调整，所以应事先绘制不同预留变形量的施工图，一般按照预留变形量 30个等级的标准绘制。同 样注意仰拱没有预留变形量。 3. 衬砌钢筋图 应根据施工衬砌断面图，绘制钢筋下料、帮扎图。这个图不再考虑定额中的搭接与损耗，这是一项比较大的效益。 这是与桥梁、路基、房建等工程不同的，如果这项工作没有作，这相当于偷工减料，工程质量就增加了一份隐患。 四、 “按设计”计价的劳务合同体现的是简单、粗放的管理水平 “按设计”计价的背后是低单价，这种性质的合同对于一些低技术、管理水平的项目在一定时期是有效的，比如技术上不会计算工程量只会照抄设计图，管理上无力对现场监管，无法搞清实际完成的工程量以及材料消耗量，在这种情况下，设置最高限 设计量，一方面可以保证项目和公司绝对的收入，另一方面，配套主材甲供的合同条款，现场监管弱时，劳务队偷工，则节省的材料有利于项 7 目部。这看起来确实是个不错的合同，实践也证明在过去一定时期发挥了巨大作用，但是，这种合同的性质是“三低” “合同单价低”、“技术水平低”、“管理水平低”，这“三低 ”合同是建立在国家对工程的监管水平低的基础之上以及民工的道德觉悟高以及技术技能水平高之上的，当前，形势已发生了巨大转变，“三低”合同已经走到尽头。下面具体分析一下“三低”合同的实施效果： 1. 按设计衬砌断面工程量计价是否是赢利 因为设计量没有考虑合理超挖量、预留变形量、施工误差三个量，按设计计量似乎项目部不吃亏，其实际是如何执行的？ 与“三量”直接关联的有三个人：主管工程师、包工头、炮工，且看这三个人是如何执行的： 主管工程师 合理超挖和施工误差是固定的，常变得、也是真正需要管理的是预留变形量和不合理超挖量，能够体现对其管理的是施工期间的断面检测和混凝土用量统计，但是，由于不论如何管理，对包工对都按设计计价，对于主管工程师成本管理责任来讲，已经尽到职责，至于发生的开挖断面增大、混凝土用量超量，由于这里包含合理和不合理部分，由于没有明确标准（故意隐瞒），就责任不明，通常将此责任统统归于包工队，理由是超挖就不合理，其实不然，看下图： 只要采取钻爆法开挖，由于风枪顶部消音罩的影响，钻杆总有外插角，指南规定见下表。 过去，这个超挖及回 填量设计图中均有设计，现在国家规定各种预留量根据本企业的技术水平在投标报价中考虑，设计图不再体现。作为国家对于企业的管 8 隧道允许超挖值（ 围岩级别 开挖部位 、 、 拱部 线性超挖 10 15 10 最大超挖 15 25 15 边墙线性超挖 10 仰拱、隧底 线性超挖 10 最大超挖 25 注：表所列参数适用于炮眼深度不大于 眼直径 40 50卷直径 20 25 理来讲，这样有利于提高企业技术水平，比如采用光爆专用钻机，可减小外插角；采取有效的开挖、支护工艺，可减小预留变形量等，但是作为企业内部管理来讲，直接将国家对企业的管理办法沿用下来就有些草率。有的项目采取奖惩办法管理，因为这是将保健动机因素当作激励动机因素，是违背管理基本原则的，自然效果是有限的；其实，这种管理办法检验、考核、监督工作量巨大，一般都难以维系。 即使有责任心强、技术水平较好的主管工程师实行了管理，但是这种绩效如 9 何体现出来？项目部有没有与此对应的考核办法？所以，“三量”在主管工程师这里流失了。 包工头 由于不论合理超挖还是不合理超挖、不论预留变形量多大，计价断面都不变，但是，包工头知道合理超挖以及回填量项目部没有给予计价，对这些量的处理办法就是衬砌空洞不回填；对于装渣运输是由另一单位完成的，开挖超挖的影响就对包工头没有丝毫影响；即使有的包工头有意对超挖进行管理，但是，由于他并不知道这个量的大小，他也难以实施，所以，包工头在对“三量”的管理上基本上也是不作为的。 炮工 当前对炮工的承包模式多为基本工资 +进尺效益工资，所以，对炮工来讲只有一个目标 进尺，这样就客观上鼓励炮工放大炮， 2. 钢材是否节约了 ？ 这几乎是隧道行业的一个正常现象 隧道工程师甚至领导看到民工锚杆只打 1 米长，却视而不见，原因可能有很多，但其中一个重要原因是劳务合同中规定钢材是由项目部提供，也就是说不打或少打的锚杆为项目节约了，何乐而不为？ 事实果真如此吗？ 要看这些钢材是否节约到项目部，看项目部是否开展了统计和验收工作，有的项目注意到了，但是，绝大多数没有，再加上合同中有个“按设计”计价的规定，以及为了节约材料保管和转运费钢材进场后就交付劳务队保管的规定，所以，结果就是主管工程师每月按设计向物资部提供材料需要量，按设计为劳务队计价， 10 从资料上看不出钢材超耗，当然也看不出节约，所谓为项目部省料的说法就是无稽之谈了。 从以上情况看，超耗的混凝土由劳务队承担，钢材虽然没有节约到项目部，但是也没有超过设计量，按照合同，项目部或公司仍然可以作到旱涝保收，问题是，这个假设前提是施工不超原设计量，事实上，民工不是专家，他做不到材料节约得恰到好处，质量和安全事故是必然的，工程量超设计也是必然的，如果事故处理有业主买单，还则罢了，现在，发生了质量、安全事故，业主除了不买单，还要处罚，这是“三低”合同的真正危害。 形成上述现象的原因就是将桥梁、房建等行业的 习惯沿用至隧道，误认为隧道施工要“按设计图”施工，不了解在隧道领域，施工是“按设计”施工的原则，也就是按规范、按设计原则施工。 五、 隧道设计的真相 1. 规范对设计的规定 铁路隧道设计规范 2005 之 道衬砌规定： 道衬砌 合式衬砌设计应符合下列规定 : 1 复合式衬砌设计应综合考虑包括围岩在内的支护结构 、 断面形状 、 开挖方法 、 施工顺序和断面闭合时间等因素 ， 力求充分发挥围岩的自承能力 。 2 复合式衬砌的初期支护 ， 宜采用喷锚支护 ， 其基层平整度应符合 D/L 1/6（ D 为 初期支护基层相邻两凸面凹进去的深度 ； ； 二次衬砌宜采用模筑混凝土 ， 二次衬砌宜为等厚截面 ， 连接圆顺 。 11 3 各级围岩在确定开挖断面时 ， 除应满足隧道建筑限界要求外 ， 还应预留适当的围岩变形量 ， 其量值可根据围岩级别 、 隧道宽度 、 埋置深度 、 施工方法和支护情况等条件 ， 采用工程类比法确定 ； 当无类比资料时 ， 可参照表 表 预留变形量（ 围岩级别 单线隧道 双线隧道 - 10 30 10 30 30 50 30 50 50 80 50 80 80 120 有设计确定 有设计确定 注 ： 1 深埋 、 软岩隧道取大值 ； 浅埋 、 硬岩隧道取小值 ； 2 有明显流变 、 原岩应力较大和膨胀性围岩 ， 应根据量测数据反馈分析确定 。 4 复合式衬砌初期支护及二次衬砌的设计参数 ， 可采用工程类比确定 ， 并通过理论分析进行验算 ， 当无类比资料时 ， 可参照表 并应根据现场围岩量测信息对支护参数作必要的调整 。 表 单线隧道复合式衬砌的设计参数 围岩 级别 初 期 支 护 二次衬砌厚度 （ 喷射混凝土厚度（ 锚 杆 钢筋网 钢架 拱、墙 仰拱 拱 、 墙 仰拱 位置 长度（ m） 间距（ m） 5 - 局部 设置 - - - - 25 - 7 - 拱、墙 - 25 - 10 - 拱、墙 要时设置 25 25 - 30 40 15 22 15 22 拱、墙 、墙、仰拱 20 20 必要时设 置 35 40 通过试验确定 12 表 双线隧道复合式衬砌的设计参数 围岩 级别 初 期 支 护 二次衬砌厚度（ 喷射混凝土 厚度（ 锚 杆 钢筋网 钢架 拱、墙 仰拱 拱、墙 仰拱 位置 长度（ m） 间距（ m） 5 8 - 局部 设置 - 30 - 8 10 - 拱、墙 要时设置 25 25 - 35 45 15 22 15 22 拱、墙 、墙、仰拱 25 25 必要时 设置 40 45 20 25 20 25 拱、墙 、墙、仰拱 20 20 拱、墙、 仰拱 45 45 通过试验确定 注 ： 1 采用钢架时 ， 宜选用格栅钢架 ， 钢架设置间距宜为 2 对于 、 级围岩 ， 可视情况采用钢筋束支护，喷射混凝土厚度可取小值 ； 3 钢架与围岩之间的喷射混凝土保护层厚度不应小于 4空一侧的混凝土保护层厚度不应小于3 规范中明确规定“ 并应根据现场围岩量测信息对支护参数作必要的调整 ”。 此外，对于钢架间距，无论围岩级别，均在 围内调整。 有人又讲：“虽然规范有规定，但是，设计图是固定的”。 下面再看设计图是如何设计的： 13 2. 某铁路项目初期支护设计 14 设计图中：第（ 5）、 4、复合式衬砌必须进行现场 监控量测 ，监控各施工阶段围岩动态，确保施工安全，同时为 调整初期支护参数 、确定二次衬砌和仰拱施作时间等提供反馈信息，并作为变更依据。 所以，设计单位从来都在贯彻隧道设计的基本原则 预设计和动态设计 ，“真经”是被不了解隧道的“歪嘴和尚”念歪了。 15 六、 隧道不偷工减料能赚钱吗？ 1. 偷工减料赚了多少钱？ 在当前建设环境下，能够偷工减料的项目有锚杆数量、长度减少和钢架间距加大。但是，根据当前设计、施工技术水平，如果锚杆质量保证、监控量测作好，钢架间距是完全可以加大的。所以，关键点就是锚杆。下面以某项目为例，算一算通过减少锚杆赚了多少钱。 隧道锚杆偷工减料利益分析表（每延米） 围岩 级别 施工 部位 设计 根数 （根） 设计长 (m) 施工 长度 （ m） 节长 （ m） 综合价 (元 /m） 材料价 （元 /m） 劳务价 (元 /m） 劳务赚 （元 ) 项目赚 （元 ) 劳务 合计赚 （元） 项目 合计赚 （元） 拱部 4 拱部 8 拱部 边墙 拱部 边墙 锚杆节约，项目部最大盈利 ，但是，上述以说明，这是有条件的，最重要的是民工不是专家，锚杆的节省作不到恰到好处，实际效果是项目因处理质量、安全事故所支出的成本是所赚的至少 10 倍。 此外，尚有一种情况 设计为、围岩，实际是、级围岩，有可能锚杆少打而不发生质量、安全事故，但这里只有一种情况风险较小 实际为级围岩，设计为、围岩；如果实际为级围岩，只按、围岩安装钢架，这种支护方式必然坍塌，而且是“关门”坍塌，后果更为严重。 16 靠偷减锚杆为项目带来的不是利润，而是信誉的毁坏和成本的增加。 2. 作好锚杆必赚钱 严格贯彻“新奥法”基本原理，按照“组合拱”的目标，综合钢架、锚杆、钢筋网、喷射混凝土等初期支护手段，激发围岩“松动圈”的承载能力，使初期支护与围岩共同受力，形成“组合拱”，达到支护目的。下面以某高速铁路项目级围岩隧道为例进行说明： 原设计衬砌断面图 17 说明：本图尺寸均以厘米计。 施工断面图 说明：本图尺寸均以毫米计； 与原设计不同点： a、取消中心夹角 60范围内系统锚杆（从理论上讲，此 18 范围围岩受拉应力，对锚杆握固作用差，此范围围岩侧限由钢架提供；从施工上讲，目前锚杆施工工艺差，保证不了施 工质量。综上两个理由，取消此范围系统锚杆）； b、明确超前预支护为“双层密排”小导管； c、锁铰锚杆即为系统锚杆，即施工图中所示锚杆含锁铰锚杆； d、系统锚杆环向布置不等距，而是按照以下三个原则布置：每单元钢架不少于 3 根，即顶端 1 根，底端 2 根；环向间距不大于 1500梅花型布置； e、锚杆纵向间距同钢架间距； f、锚杆材质以满足 170拔力为准确定，优先选用早强砂浆锚杆； g、钢筋网布置方式：原设计按照两钢架之间环向筋 3 根、纵向筋 200方式；施工按照网格（包括钢筋与钢架间距）间距不大于 200原 则，则两钢架之间布置 2 根，如此，钢筋网工程量为： 米，较原设计 米节约 米，钢筋网单价 钢筋网可节约 延米（实际上现场按照网片形式加工，搭接 1 个网格，其用量为： 米，超原设计 /延米。 19 设计系统锚杆为： （根）（锁铰锚杆为每榀钢架 8 根，钢架间距为 施工图系统锚杆为： 30 根，较原设计增加 1 根锚杆，合 /延米。 原设计钢架 20 21 22 施 工图钢架 23 说明：本图尺寸均以毫米计；与设计不同点： a、钢架单元划分原则首先是与锚杆相配合，其中 A 单元是根据中心夹角 60范围系统锚杆取消后，由钢架及其底端的锁铰锚杆共同提供侧限； b、将 D、 E 单元的连结点改在底端，这样作首先保证了接点焊接质量；其次，将钢架所有接点都统一为一种；增加 D 单元钢架底端基础接触面，降低接触应力，提高其承载力；减少 4 个链接螺栓；提高钢板利用率 c、 F、 G 单元总长，实际上因加工、安装及围岩变形等因素，是不确定的，所以，采取 G 单元作为调节单元，根据现场实测来确定，虽然图中标示 G 单元长度， 其实， G 单元可采用下脚料，如此，钢架加工的材料利用率可达到 100%；设计一榀钢架总重 工一榀钢架总重 约 架单价按 /，则合 455 元 /榀，其中设计纵向连接钢为 86， 94工 24 图中设置了钢筋混凝土托梁，所以纵向连接钢筋只起安装定位作用，每榀钢架设2 根，则共需 16 根，这样，纵向连接的总重为： 钢架总重为： 约 /榀，即 /延米。 综合以上锚杆、钢筋网、钢架，通 过优化调整，在钢架间距不变的情况下，于设计相比可盈利 /延米。如果考虑实际加工成本，节约 12 个高强螺栓、节约的钢板单价较综合价高等因素，则实际盈利可与所“省”锚杆相当，也就是将锚杆全部利润让与劳务队，项目部可确保赚回相当的利润。其实，在锚杆质量保证的情况下，钢架间距完全可以按规范加大，根据当前施工技术水平，级围岩钢架间距完全可以按 工，如果这样，则可盈利近 7000 元 /延米，至少，可按照验标规定的误差 10工，也可确保盈利 3500 元 /延米。 可见，靠锚杆偷工减料赚钱是错误的 方向，而确保锚杆质量所赚得的钱要较前者多两倍以上。 实际上，确保初期支护质量，不仅可以赢得可见的经济效益，其不可见的经济效益如工程量减少而带来的进度加快以及社会评价好带来的施工环境改善而促进的进度因此而带来的管理成本的节约，亦是非常可观的；另外就是巨大的社会效益。由此，工程及项目就步入良性循环的轨道。 25 26 七、 如何搞好隧道工程 如何搞好隧道工程，须同时从经济和技术两方面入手（对于工程而言经济与技术永远都是相互影响的），按照当前的形式以及存在的问题，重点改进以下工作。 27 1. 签好劳务合同 签好劳务合同的要点： （ 1）取消“按设计”计价的规定 对于劳务合同，重点是取消“按设计”计价的基本原则，因为“按设计”计价的实质是否定先验工后计价的计量基本原则，在实际工作中的表现就是现场管理人员的不作为，受损失的不光是经济而且还有质量和安全。劳务合同必须贯彻“按技术交底施工、按技术交底计价”的基本原则。 （ 2）分项工程单价与市场相适应并服务于现场 国家对企业的管理办法不可直接沿用至企业对劳务的管理，不可搞总价控制的合同单价，每一个单价均应根据市场、现场调查结果来制定，亦即，合同单价应与劳务队不断谈判来制定，因为，谈判的过程就是 方案优化的过程、就是消除分歧取得一致的过程。比如，当前社会水平下，隧道月进度有一个社会平均水平，合同单价施工图数量月进度 =月劳务费，应能满足劳务队基本成本支出，否则，偷工减料的事件必然发生。 （ 3）不要将企业至于法律的对立面 劳务队的素质良莠不齐，越是“素质差”的劳务，其合同越应紧靠法律，不应将企业成为法律打击的对象。为什么民工自己干完偷工减料的工程后举报项目部，项目部却着急了？ （ 4）建立完善的“验工计价”体制 严格贯彻先验工后计价的计量原则，验工环节不仅仅是效益控制环节，更是质量、安全控制环节，所以要建立起严格的验工体制，工程验收人员应由：技术主管、试验检验、质量监督、安全监督、计量、施工组织等人员组成。尤其对于 28 锚杆、喷射混凝土、开挖轮廓、注浆等项目。 2. 项目总工必须作到 （ 1）亲自组织施工图编制 必须在劳务合同签订之前完成施工图的编制。在当前社会技术水平下，隧道开挖手段只有钻爆法，规范规定的合理的超挖及回填必须计价，而且，要与劳务队协作将管理贯彻到炮工。没有施工图，就没有超挖回填；合同单价务必以施工图的工程量 为准进行分析测算，只有这样，方可保证劳务合同既符合市场、又有效服务于现场，且占足法律依据。 （ 2）签发技术交底书 技术交底书的作用同时具备：指导施工以及工程验收依据两方面作用，技术上，它是方案实施的具体体现，经济上，它是项目效益的根源，如此重要，只有项目总工具备这样的权力。 （ 3）审核围岩监控量测记录 围岩监控量测不仅是确保隧道施工安全的重要措施，也是优化设计的重要依据，只有项目总工有权力对支护参数、施工方案作出调整。 （ 4）亲自组织锚杆拉拔试验 锚杆的质量，决定了隧道质量、安全、效益的方向，也是隧道进行优 化设计的主要目标。应将锚杆拉拔试验作为隧道施工质量、安全、效益管理的重要手段，超越验标所规定的检验量，只要围岩、工艺、材料等发生变化，就进行拉拔试验，设计值： 170拔试验值： 125 （ 5）组织、指导工程验收 尤其在验工制度没有建立或建立之初，项目总工必须亲自组织、指导。 29 3. 隧道管理人员必须配备必要的工具书 隧道管理人员，包括施工组织和技术管理人员必须配备的工具书： 铁路隧道设计规范 铁路隧道监控量测技术规程 铁路隧道钻爆法施工工序及作业指南 铁路隧道施工质量验收标准 铁路工程施工技术安全规程 隧道技术主管宜配备： 铁路隧道设计技术手册 铁路隧道施工技术手册 4. 隧道施工质量管理重点以及效益关键点 光面爆破、喷射混凝土的密实度和锚杆的数量、长度、锚固以及围岩监控量测和地质超前预报是质量管理的重点，隧道各级围岩的质量管理重点以及效益关键点为： 隧道施工质量管理重点以及效益关键点表 围岩级别 质量管理重点 效益关键点 光面爆破，要点是：提高光爆效果、减小开挖轮廓 进度就是效益，加强施工组织加快 施工进度 锚杆质量：锚杆长度、数量、垫板设置、锚固力 不塌方，避免变成级围岩施工 喷射混凝土的密实度；锚杆质量：锚杆长度、数量、垫板 设置、锚固力以及与钢架的焊接连接质量；超前支护效果，首先考虑“双层密排”钢插管，取消固结注浆 减少超挖回填量、优化钢架间距、优化超前支护、优化锚杆材质 其中锚杆垫板的设置对级围岩而言尤为重要，规范以及设计图中都对锚杆必须上垫板有明确要求，但是却基本无人落实执行，包括铁道部的领导以及 30 建设单位、监理单位，这其中一个重要原因，就是传统的垫板是 1501506钢板，从煤炭行业沿用过来，煤矿巷道支护以锚杆 +垫板 +钢带 +钢丝网作为支护，垫板下垫木块，其性质是临时支护，与道路行业不同，如按照传统作法，就会产生锚杆垫板下的空洞，人为制造安全隐患，所以，应对锚杆垫板进行改进，使其满足与围岩密贴的要求： 菊花式锚杆垫板 31 （ 1）光面爆破的管理办法 首 先要认识一个基本原则 爆破设计是随着围岩强度、节理裂隙种类等因素不同而不断变化的动态设计，与装药参数、钻孔参数、钻孔质量有直接关系，所以，动则命令技术员搞个爆破设计的管理是错误的。有效地管理办法是： 首先要有令炮工主动愿意提高爆破效果的管理制度，这个措施是激励炮工在火工品、爆破效果、钻爆时间三个方面达成均衡；这里重点解决超挖及回填量的计量。 炮工具备提高光爆的技能 当前社会水平，没有专门机构或组织对炮工进行专业培训，项目部也不具备这样的条件和能力，只能靠炮工在实践中学习，项目部提供专业教材。 有检验 制度 日常检验应有隧道技术主管组织相关人员与劳务队协作检验并考核。 （ 2）喷锚质量 喷锚作业时，主管工程师必须旁站监督，并及时进行工程验收。 （ 3）超前支护管理 超前支护的性质完全是施工措施，所以，不必拘泥于原设计图，施工中应根据围岩、进尺、施工工艺等因素不断调整间距、材质、长度等，要有激励劳务队配合优化的管理措施。绝对不可将超前小导管笼统承包与劳务。 八、 围岩监控量测 围岩监控量测是实现上述目标的关键，目前铁道部所发行的与围岩监控量测有关的文件有： 铁路隧道设计规范 32 铁路隧道监控量测技术规程 铁路隧道钻爆法施工工序及作业指南 铁路隧道喷锚构筑法技术规范 因为这些规范均存在不完善的缺陷，所以实际应用中应综合使用。下面按照施工程序分别解读。 1. 监测项目 监测项目分为必测项目和选测项目，满足施工需要的是必测项目，包括： （ 1）洞内、外观察 洞内观察围岩吊块规模、频率，节理、裂隙发展变化以及喷射混凝土开裂情况，其中特别注意纵向裂缝和斜交裂缝，除了眼观之外，应配合仪器测量，裂缝只有发展状态的才是不安全的； （ 2）拱顶下沉 拱顶下沉量由两部分组成：一是拱部支护整体下沉，而是拱部局部变形下沉，要区分两种 数据，须结合拱脚的量测结果； （ 3）净空变化 对净空变化的量测，传统只测水平位移，这主要受到接触式量测仪器的限制，不能全面、真实地反映实际围岩变化，全站仪测量具备测量水平以及竖向位移的条件，结合拱顶下称，可区分局部变形和整体下沉两种情况； （ 4）地表沉降 地表下沉监测项目在浅埋地段以及由于隧道施工造成地下水位变化而可能引发的地面建筑物沉降地段开展，在山岭，若地面没有建筑物，则以洞内监测为主。 33 2. 测量仪器 铁路隧道监控量测技术规程之 铁路隧道钻爆法施工工序及作业指南之 确可采用接触 式和非接触式量测，非接触式量测仪器为全站仪，由于目前隧道开挖均采取大断面，所以，接触式量测受到很大限制，故采用非接触式。 3. 量测断面间距 铁路隧道监控量测技术规程之 定必测项目监控量测断面间距 表 规定必测项目监控量测断面间距 围岩级别 断面间距（ m） 5 10 10 30 30 50 级围岩视具体情况确定间距。 实践证明，对于 级围岩，其 90%以上的变形发生在 1B （ B 为隧道开挖宽度），对于单线隧道，开挖宽度约为 7m，对于双线隧道开挖宽度约为 14m，所以，按照 5 10m 的间距布置断面，就有可能在某 1B 范围无测点，所以，实际实施应按照隧道进尺来确定，危险地段，每一循环必须布置测点；一般情况按照进尺的 2 3 倍布置测点。 4. 操作要点 铁路隧道钻爆法施工工序及作业指南之 初测的规定： （ 1）各测点应距开挖面 2m 的范围内尽快完成； （ 2）开挖后 12h 内取得初读数； 34 （ 3）必须在下一循环开挖前完成。 5. 监控量测频率 铁路隧道监控量测技术规程之 定 必测项目的监控量测频率应根据 测点距开挖面的距离 及 位移速度分别按表 表 定。由位移速度决定的监控量测频率和由距开挖面的距离决定的监控量测频率之中，原则上采用较高的频率值。出现异常情况或不良地质时，应增大监控量测频率。 表 按距开挖面距离确定的监控量测频率 监控量测断面距开挖面的距离（ m） 监控量测频率 （ 0 1） B 2 次 /d （ 1 2） B 1 次 /d （ 2 5） B 1 3 次 /d 5B 1 次 /7d 表 按位移速度确定的监控量测频率 位移速度（ mm/d） 监控量测频率 5 2 次 /d 1 5 1 次 /d 1 1 次 /2 3d 次 /3d 次 /7d 注： B 为隧道开挖宽度 空间效应理论以及实践证明，隧道围岩应力释放绝大部分在 3次“关门”塌方证明， 1B 范围内，由于掌子面的支撑作用，即使支护质量很差，也可表现为稳定状态，最危险范围、也是“关门”塌方的部位为 2 3B，所以，应将 2 3B 作为监控量测的重中之重；当位移速度 5mm/d 时，尚有三种情况： 35 测量误差； 马口开挖或爆破等原因造成的突变； 围岩不稳定。 上述前两种情况，表现为位移加速度时 +时 -，这是安全的，实际操作要点是：当发现位移速度 5mm/d 时，应在 1 2h 测第二组数据，并同时观察围岩、支护外观，连续测 3 次以上，如果连续测 3 次后，表现为加速度 0mm/应固定测站，按照 1 次 /2h 的频率连续监测。 关于进一步明确软弱围岩及不良地质铁路隧道设计施工有关技术规定的通知 铁建设【 2010】 120 号 之 五、监控量测 规定： 12、隧道监控量测应按现行铁路隧道监控量测技术规程（ 规定建立等级管理、信息反馈和报告制度。 13、隧道监控量测应作为关键工序纳入现场施工组织。监控量测必须设置专职人员并经培训后上岗。对周边建筑物可能产生严重影响的城市铁路隧道，应实施第三方监测。 14、隧道拱顶下沉和净空变化的量测断面间距： 级围岩不得大于 10m、 级围岩不得大于 5m。 15、隧道浅埋、下穿建筑物地段，地表必须设置监测网点并实施监测。 16、当拱顶下沉、水平收敛速率达 5mm/d 或位移累计达 100，应暂停掘进，并及时分析原因，采取处理措施。 17、当采用接触量测时， 测点挂钩应做成闭合三角形，保证牢固不变形。 其中“ 16、当拱顶下沉、水平收敛速率达 5mm/d”即是根据表 所规定的最大位移速度 5mm/d 而定。这个规定容易造成一种理解：只要以 5mm/d 36 的标准控制位移速度，就不会出现 5mm/d 速度的情况，实际上目前的量测手段作不到连续监测，就有可能在不知情的情况下位移速度已 5mm/d；二是支护变形有突变的现象，这也有可能出现 5mm/d 情况；施工措施也不是一蹴而就的，即使从发现位移速度 5mm/d 时即开始处理，处理过程中位移速度也可能5mm/d。所以，以 5mm/d 作为位移速度的控制极限是欠妥的。 其中“ 17、当采用接触量测时，测点挂钩应做成闭合三角形，保证牢固不变形。 ”也不是该文件单独提出，而是引用 铁路隧道监控量测技术规程之条文说明： “ 5. 3. 3 拱顶下沉量测同位移变化量测一样，都是隧道监控量测的必测项目，最能直接反映围岩和初期支护的工作状态。目前拱顶下沉量测大多数采用精密水准仪和铟钢挂尺等。拱顶下沉监控量测测点的埋设，一般在隧道拱顶轴线处设 1个带钩的测桩 (为了保证量测精度，常常在左右各增加一个测点，即埋设三个测点 )，吊挂铟钢挂尺，用精密水准仪量测隧道拱顶绝对下沉量。可用 6 筋弯成三角形钩，用砂浆固定在围岩或混凝土表层。测点的大小要适中。过小，测量时不易找到 ;过大，爆破易被破坏。支护结构施工时要注意保护测点，一旦发现测点被埋掉，要尽快重新设 置，以保证数据不中断。拱顶下沉量测示意图如说明图 5. 3. 3 。 ” 6. 监控量测控制基准 铁路隧道监控量测技术规程之 及铁路隧道设计规范之 附录 F 隧道初期支护极限相对位移和稳定性判别方法 均体现的是以围岩位移位移据作为稳定性判别的唯一依据。其中： 道稳定性可根据隧道施工实测位移 U、 隧道极限位移 当 U 37 隧道稳定 ； 当 U 隧道不稳定。 线隧道初期支护极限相对位移，可按表 线 隧道初期支护极限相对位移，可按表 38 以上规定与 铁路隧道监控量测技术规程之 铁路隧道监控量测技术规程之 移控制基准应根据测点距开挖面的距离，由初期支护极限相对位移按表 表 位移控制基准 类别 距开挖面 1B （ 距开挖面 2B （ 距开挖面较远 允许值 65%0% 00% 根据位移控制基准，可按表 为三个管理等级。 表 位移管理等级 管理等级 距开挖面 1B 距开挖面 2B U U U 2 U 2 U 2 U 2 注： U 为实测位移值。 39 上述规定以位移作为控制基准，这个规定容易造成这样的理解：只要按规定控制位移总值，就可以保证隧道安全，实际上在现场，包括建设单位的高级领导、监理单位等都是这么执行的，这是没有深刻理解“新奥法”原理以及围岩变形特性的结果、没有认真研究规范的结果，且看铁路隧道设计规范之 附录 F 隧道初期支护极限相对位移和稳定性判别方法 之 道稳定性还可结合现场观测和位移发展变化规律 ,依据下述项目作出判别 ： 1 隧道开挖工作面状态及支护状态观测结果 ； 2 位移速度 ； 3 位移速度的变化率 。 这个规定