??????? 一、地鐵隧道礦山法施工的安全與質量控制原理
??????? 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者拉布西維茲教授于二十世紀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、設計、施工實踐，在許多隧道修建中，根據自己的特點成功地應用了新奧法，取得了較多的經驗，積累了大量的數據。新奧法在市政地鐵建設中起步較晚，但是近年來在許多省市地鐵建設的應用正日益廣泛，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，其技術經濟效益是明顯的。下面結合新奧法施工的原理和要點，介紹地鐵隧道礦山法施工的安全與質量控制原理及要點。
??????? 新奧法是以隧道工程經驗和巖體力學理論為基礎，將錨桿和噴射混凝土組合在一起作為主要支護手段的施工方法，已成為現代隧道工程新技術的標志之一。新奧法技術摒棄了以整體式混凝土襯砌被動地支撐洞室圍巖的傳統做法，改由柔性、薄壁、能與圍巖緊密帖合的錨噴網支護保護、加固圍巖，從而發揮圍巖的自承與自穩能力形成天然承載結構，從而達到省工、省料和降低造價的目的。
??????????? 新奧法的基本要點可歸納如下：
??????????? 1．巖體是隧道結構體系中的主要承載單元，在施工中必須充分保護巖體，盡量減少對它的擾動，避免過度破壞巖體的強度。為此，施工中斷面分塊不宜過多，開挖應當采用光面爆破、預裂爆破或機械掘進。
??????????? 2．為了充分發揮巖體的承載能力，應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；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。在施工中應采用能與圍巖密帖、及時筑砌又能隨時加強的柔性支護結構，例如，錨噴支護等。這樣，就能通過調整支護結構的強度、剛度和它參加工作的時間（包括閉合時間）來控制巖體的變形。
??????????? 3．為了改善支護結構的受力性能，施工中應盡快閉合，而成為封閉的筒形結構。另外，隧道斷面形狀應盡可能圓順，以避免拐角處的應力集中。
??????????? 4．通過施工中對圍巖和支護的動態觀察、量測，合理安排施工程序、進行設計變更及日常的施工管理。
??????????? 5．為了敷設防水層，或為了承受由于錨桿銹蝕，圍巖性質惡化、流變、膨脹所引起的后續荷載，可采用復合式襯砌。
??????????? 6．二次襯砌原則上是在圍巖與初期支護變形基本穩定的條件下修筑的，圍巖和支護結構形成一個整體，因而提高了支護體系的安全度。
??????????? 上述新奧法的基本要點可扼要的概括為：“少擾動、早錨噴，勤量測、快封閉”。復合柔性支護和基于現場施工監測及信息反饋分析的信息化施工是新奧法的核心和關鍵。
??????? 新奧法施工中尤其要重視初期支護以發揮圍巖的自承能力，《公路隧道設計規范》（JTG D70－2004）（以下簡稱《設計規范》）中明確規定：“復合式襯砌中的二次襯砌，Ⅰ～Ⅲ級圍巖中為安全儲備，并按構造要求設計；Ⅳ、Ⅴ級圍巖中為承載結構，可采用地層結構法計算內力和變形。”。可見，Ⅰ～Ⅲ級圍巖中完全依靠初期支護控制圍巖變形，而在Ⅳ、Ⅴ級圍巖中更應重視初期支護，必要時采取輔助措施，充分保護和發揮不良地質圍巖的自承能力。重視初期支護包括兩方面的內容：（1）初期支護要及時，即使Ⅰ、Ⅱ級圍巖也要注意，這兩級圍巖采用光面爆破后也會出現個別地方的巖石松動，如果不及時打上錨桿，也會因后面的爆破擾動，將已松動的巖石震下來。對Ⅳ、Ⅴ級圍巖由于本身的自穩能力差，變形時間效應比Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級圍巖要小得多，不把握初期支護時間，等到巖石松動時才去支護，就失去利用圍巖自身承載能力的機會。（2）初期支護要緊帖圍巖，用初期支護緊帖圍巖并形成整體才能調動圍巖自身承載能力共同控制圍巖變形，如果初期支護同圍巖帖合不緊，形成空隙，使支護與圍巖分離，提供了圍巖變形的空間條件并不斷向圍巖深處發展，造成松動破壞區擴大，最后由初期支護單獨承擔荷載，易使支護失穩、圍巖坍塌。
??????? 二、地鐵隧道礦山法施工的安全與質量控制要點
??????? 1、洞口段施工質量控制
??????? 隧道施工中，洞口段圍巖一般比較破碎、地質條件較差，應遵循盡量減少對巖體擾動的原則，以提高洞口段巖體和邊、仰坡的穩定性。《設計規范》及《施工規范》均作了規范性要求，強調“早進洞、晚出洞”，盡量避免大挖大刷，在保持邊、仰坡穩定的前提下，及時施作洞口，并在進洞之前，結合洞口的實際情況，先作好洞口地表的防排水措施。在大斷面、淺埋和地質條件差的情況下通常采用地表預注漿、超前長管棚注漿等預加固措施。
??????? 隧道洞口段施工質量控制重點是進洞施工質量和地表預加固質量。
??????????? （1）進洞施工要嚴格遵循“短進尺，小循環，早錨噴，強支護，快封閉”的原則，及時施作洞門及其排水系統。通常可采用短臺階或超短臺階法施工，先施工上臺階，凡能用十字鎬、風鎬進行人工施工的情況，不允許爆破；需爆破時，可采用由隧道中心掏槽分段起爆，嚴格控制藥量，人工風鎬修邊，控制超欠挖，減少對圍巖的擾動。開挖斷面尺寸修整至設計要求后，及時進行初期支護，一般可初噴混凝土一層，然后打系統錨桿并架設鋼格柵、掛鋼筋網，最后噴射砼至設計厚度。施工中要監測圍巖變形速率和變形量，量測項目包括水平位移收斂、拱頂下沉及拱頂地表下沉，發現異常及時調整施工工藝并采取輔助措施。
??????????? （2）洞口預加固措施一般有兩種：①地表預加固，主要措施有錨網噴支護、地表注漿、地表錨桿、抗滑樁、錨索等；②洞口正面圍巖預加固，主要措施有超前長管棚注漿、超前小導管注漿（配合格柵鋼架）、掌子面封閉等。以下強調幾種常用的預加固措施的施工質量控制重點。
??????? ①錨網噴支護，可加固地表，防止因降水造成滑坡。一般在刷好邊、仰坡后，采用錨網噴對地表給予加固。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、布置方式及掛網規格和噴射砼標號可根據地質條件確定，。施工質量控制重點：鋼筋網必須與錨桿焊接，且鋼筋網須用點焊焊成整體；噴砼時必須保證鋼筋網保護層厚度滿足設計要求。
??????? ②地表注漿預加固，一般應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)采用穩定性、粘度、可注性、結石強度及抗滲性均較好的超細水泥單注漿，特殊地段(富含地下水)采用超細水泥與水玻璃雙注漿。在施工中要保證漿液原材料的質量和漿液配合比，根據地層地質條件確定漿液配比、注漿壓力及注漿孔間距。以往采用地表注漿預加固洞口段的工程中，有在隧道開挖中發現注漿局部區域內漿液不呈樹狀滲透至巖層中，而是呈團狀包裹在鋼管周圍的現象。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。在地表注漿預加固施工中要強調必須根據地層地質條件確定漿液配比，并保證注漿壓力滿足設計要求。同時要強調合理確定注漿范圍，范圍過大，會增加工作量和材料成本，范圍過小，不能達到預期目的，甚至會給施工留下隱患危及施工安全，必須根據地質條件合理確定注漿范圍，并依此確定注漿孔間距。
??????? 施工中應注意先灌注邊孔，使松散圍巖形成一個相對封閉的注漿環境，達到不漏漿、不跑漿；然后依次向內推進。每排注漿孔中，宜間隔交替注漿。施工質量控制重點：按照設計孔位開孔，嚴格控制孔口位置偏差在設計允許范圍內；注漿工程中監控注漿壓力變化，若突然增大或減小，應停機檢查，查明原因采取措施后方可繼續注漿；注漿結束前，應采用最大注漿壓力閉漿一段時間，一般可取10分鐘左右，并及時封堵注漿口。
??????? ③超前長管棚注漿，長管棚超前支護距離長，整體剛度大對圍巖變形限制能力強，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，對圍巖變形及地表下沉有嚴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。在洞口前端設置長套拱作為管棚導向墻，套拱內預埋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向布設間距、位置及方向應準確。鉆孔完成后及時安設管棚鋼管，避免出現塌孔。待有孔鋼管已全部注漿完畢后，再進行無孔鋼管的鉆孔、安設。
??????? 施工中質量控制重點：（a）鉆孔前掌子面必須按要求先噴一層素混凝土作為止漿墻，以確保掌子面在進行壓力注漿時不出現漏漿、坍塌。鉆孔時根據地質情況選擇加泥漿護壁或可加套筒或將鉆頭直接焊接在鋼管前端鉆進，并保證成孔角度；（b）鋼管逐節頂入，采用絲扣連接，隧道同一斷面處的接頭數不大于50％，相鄰鋼管接頭至少應錯開1m，并及時將鋼管與鉆孔壁間縫隙填塞密實。縱向兩組管棚間應有不小于3.0m的水平搭接長度。要保證鋼管外露端法蘭盤、止漿閥的焊接質量；（c）注漿過程中隨時檢查孔口、鄰孔、覆蓋層較薄部位有無串漿現象，如發生串漿，應立即停止注漿，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，直至不再串漿時再繼續注漿。注漿過程中壓力如突然升高，可能發生堵管，應停機檢查。注漿結束前，應采用最大注漿壓力閉漿一段時間，一般可取5分鐘左右,并及時封堵注漿口；（d）施工中應及時檢驗注漿效果：對注漿加固區進行鉆孔取芯，觀察注漿充填情況；另外在進行無孔鋼管鉆孔時觀察孔內涌水顏色及涌水量，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，應補注或重注。
??????? ④超前小導管注漿（配合格柵鋼架），注漿小導管既能加固洞周一定范圍內圍巖，又能支撐圍巖，其支護剛度和預支護效果均好于超前錨桿。超前小導管配合格柵鋼架具有類似管棚的作用，支護能力較大。雖然支護能力弱于管棚，但簡單易行、靈活經濟。
??????? 小導管一般采用熱軋無縫鋼管，環向間距可取20～40cm，沿隧道周邊的外插角可取10～20°。施工中質量控制重點：（a）縱向兩組小導管間應有不小于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，根據地質情況確定漿液配比及注漿壓力（參見地表注漿要求）；（c）注漿過程中應注意：小導管注漿前，應對開挖面及5m范圍內的隧道噴射厚為5~10cm的混凝土封閉；保證注漿壓力滿足要求，必要時可在孔口設置止漿塞，止漿塞應能承受規定的最大注漿壓力；注漿結束標準：注漿壓力逐步升高，當達到設計終壓并繼續注漿10min以上、與設計注入量大致接近；注漿后至開挖前的時間間隔，視漿液種類而定，一般宜為4～8h，開挖時應保留1.5～2.0m的止漿墻，防止下次注漿時孔口跑漿；（d）格柵鋼架拱腳處設置鎖腳錨桿，防止開挖下臺階時，鋼架移動和下沉。
??????? 2、洞身開挖質量控制
??????? 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，對圍巖擾動大，對圍巖塊體切割多，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力狀態。
??????? 因此公路隧道洞身開挖的不利因素多，難度大，必須加強質量控制。開挖施工的質量直接影
??????? 響隧道的穩定性以及工程造價，若開挖表面不平整將導致局部圍巖應力集中，并且影響防水
??????? 層和二次襯砌施工，形成存水空洞；若發生超挖過多，不僅會增加出渣和回填工程量，并且
??????? 容易出現由于回填質量差而不能確保支護與圍巖緊密帖合形成一體的現象，從而造成影響隧
??????? 道穩定性的隱患；若發生欠挖，則會影響隧道凈空或減小二次襯砌厚度影響工程質量和安全。