隧道初期支护喷射混凝土超方原因分析

隧道初期支护喷射混凝土超方原因分析

高杰

（中交路桥南方工程有限公司 北京市 101121）

摘要：隧道初期支护喷射混凝土是隧道结构的重要组成部分，施工材料占比在隧道工程量中占有较大比重，初期支护喷射混凝土超耗是隧道建设施工中的通病，控制喷射混凝土超方率，能够减少原材料浪费，控制施工成本，经济效益明显，调查喷射混凝土超方原因，采取对应控制措施降低喷射混凝土超方率有重要意义

关键词：隧道 喷射混凝土 超方

1 背景简介

中交路建南方公司在建隧道项目共计11个，单洞共计45条，单幅累计总长度101.003公里，项目主要分布在甘肃、浙江、贵州、重庆、云南等多个省份，隧道项目分布地域广，围岩结构多样，断面形式即包含单车道横洞，也有四车道大跨度隧道。

公司经济活动分析过程中发现在建隧道项目初期支护喷射混凝土超方率较高，超方率在100％以上，导致隧道工程项目材料成本增加，部分项目存在由盈转亏风险。同时初期支护喷射混凝土超方率同劳务队伍合同约定值出入较大，合同纠纷日趋增多，已影响隧道项目正常施工，部分项目存在工期违约风险

2 现状调查

为查清隧道喷射混凝土实际超方量，对公司在建隧道项目Ⅳ、Ⅴ级围岩初期支护喷射混凝土超方情况进行调查统计，调查显示Ⅳ级围岩超方率平均为158.2％，Ⅴ级围岩超方率平均为105％，具体数据见下表：

表1：在建隧道Ⅳ级围岩超方率统计数据一览表

表2：在建隧道Ⅴ级围岩超方率统计数据一览表

喷射混凝土材料成本在隧道建设中占比较高，对经济效益影响显著，以两车道隧道Ⅳ级围岩为例，平均每延米设计喷射混凝土量为4.628m³，每方原材料成本按500元计，则平均每延米喷射混凝土材料费为2314元，隧道喷射混凝土超方率每降低10个百分点仅原材料费一项节约231.4元/米。公司在建隧道单洞累计101.003公里，参照两车道隧道Ⅳ级围岩喷射混凝土设计标准，隧道喷射混凝土超方率每降低10个百分点仅原材料费一项节约成本23372094.2元，效益影响显著，控制超方率已成为隧道项目能否盈利的重要因素之一，有必要就超方原因进行调查，控制初期支护喷射混凝土超方率。

3.原因分析

隧道初期支护喷射混凝土实际用量=设计量+超挖量+回弹量+保护层超厚+预留变形量超耗+浪费

3.1超挖对喷射混凝土超方率影响

Ⅳ级围岩超方率平均为158.2％，超挖消耗喷射混凝土平均为110.2％，占超方量69.8％。

Ⅴ级围岩超方率平均为105％，超挖消耗喷射混凝土平均为85.3％，占超方量81.5％。

Ⅳ、Ⅴ级围岩超挖率按规范推算应分别控制在58.3％-77.5％、33.3％-41.6％以内，中位值分别为67.9％、37.5％，公司在建隧道项目超挖率平均水平较规范推算标准中位值分别高42.3、47.5个百分点，且超挖占比均在50％以上，由此可见超挖导致隧道初支喷射混凝土超方的主要原因。

表3：Ⅳ级围岩超挖消耗喷射混凝土统计表

表4：Ⅴ级围岩超挖消耗喷射混凝土统计表

3.2回弹率对喷射混凝土超方率的影响

Ⅳ级围岩平均超方率为158.2％，平均回弹率为16％，回弹量占比为26.2％；Ⅴ级围岩平均超方率为105％，平均回弹率为6.4％，回弹量占比为12.4％。

规范要求回弹率拱部不大于25％，边墙不大于15％，除草果山隧道回弹率超标外其余项目回弹率均在允许范围。由此可见回弹不是隧道喷射混凝土超方的主要原因。

表5：Ⅳ级围岩回弹消耗喷射混凝土统计表

表6：Ⅴ级围岩回弹消耗喷射混凝土统计表

3.3保护层超厚

通过对在建8条隧道初期支护保护层厚度进行检测，除城开项目鸡鸣隧道边墙部位喷射混凝土保护层厚度超厚外，其余隧道均符合设计要求，无超厚现象。

城开项目鸡鸣隧道现场实测边墙个别部位保护层厚度为8cm，较设计保护层厚度2cm超厚6cm，按边墙2.3米范围内全部超厚6cm的极值计算，每延米超方量为0.28m³，设计每延米喷射混凝土方量为4.72m³，超方率为5.9％，影响较小，且超厚属个别偶发现象，由此可见保护层超厚不是隧道喷射混凝土超方主要原因。

图1：城开鸡鸣隧道边墙喷射混凝土厚度实测

3.4预留变形量超耗

为防止隧道开挖后拱顶沉降及拱脚收敛导致初支侵限，隧道设计中一般根据地质条件不同均有5cm—12cm预留变形量设计值，施工过程中根据预留量值对初期支护进行放大，导致初期支护喷射混凝土超耗。

以城开项目鸡鸣隧道为例，FS4a设计初期支护喷射混泥土20cm，每延米设计喷射混凝土方量为4.72m³，预留变形量为8cm，初期支护放大后每延米需消耗喷射混凝土4.76m³，超耗量为0.04m³，超方率仅为0.8％，影响微乎其微，可忽略不计，由此可见预留变形量超耗也不是隧道喷射混凝土超方主要原因。

3.5浪费

隧道喷射混凝土方量通过经验结合设计方量进行估算，施工过程中根据喷射完成情况进行动态调整，对在建8条隧道喷射混凝土浪费情况进行调查发现，湿喷机械作业结束后设备管道内残存0.5m³喷射混凝土不能利用，需冲洗，此为设备自身缺陷；因每循环使用量为估算至，偶尔会出现超报现象，一般超报量在0.5-1m³范围，且超报概率较小。仍以城开项目鸡鸣隧道FS4a围岩为例，按照每循环进尺3m浪费0.8m³计算，超方率为5.6％，影响较小，由此可见喷射混凝土浪费不是隧道喷射混凝土超方主要原因。

3.6总结

预留变形量超耗消耗喷射混凝土量对总体超方率而言，影响微乎其微，喷射混泥土超厚为偶发现象，且影响较小均可忽略不计；因设备自身缺陷及施工需要产生的浪费产生超方对总体而言影响较小，不是造成超方的主要原因；Ⅳ、Ⅴ级围岩回弹率均在要求的范围内，也不是造成超方的主要原因。

Ⅳ、Ⅴ级围岩超挖消耗喷射混凝土分别为110.2％、85％，占超方量分别为69.8％、81.5％，由此可见超挖是造成初支喷射混凝土超方的主要原因。

隧道超挖主要体现在爆破超挖及爆后排险超挖两方面，经现场量测爆破排险后平均超挖在25cm左右，拱脚、拱腰及围岩较破碎地段拱顶超挖频率较高，超挖量大，个别位置可达50cm甚至更多，同规范要求的拱顶不大于15cm，边墙不大于10cm的目标相差较大。

4.控制措施

4.1周边孔间距

周边孔间距过大，单孔装药量高，爆破施工对孔壁围岩扰动过大是导致光爆效果不佳超挖现象突出的重要原因之一。调查发现在建隧道爆破施工周边孔间距普遍控制在60cm~80cm，其中周边孔间距65-70cm居多，个别项目周边孔间距可达90cm。

根据施工经验Ⅲ、Ⅳ级围岩弧形段周边孔间距应控制在40cm以内，边墙直线段不宜大于45cm；Ⅴ级围岩拱顶周边孔间距控制在35cm以内，边墙段不宜大于40cm。

4.2周边孔装药结构

集中装药结构集中装药部位易出现超挖，尤其是节理裂隙较发育围岩地段。采用导爆索间隔装药结构能够有效降低爆破施工对周边围岩的扰动，提高光面爆破炮孔残留率。同时高段位导爆管雷管延期误差较大，不能确保周边孔同时起爆，采用导爆索可以避免该问题的发生，提高光面爆破效果。

调查发现在建隧道项目除池黄高铁项目采用导爆索间隔装药结构外，其余项目均采用集中装药结构。

周边孔必须采用导爆索间隔装药结构，严禁采用集中装药结构，导爆索为单方向传爆，同时应注意网络连接方式，防止盲炮。

4.3周边孔开孔位置

钻孔前测量人员需精确测放隧道开挖轮廓线，有利于控制隧道周边开挖轮廓开口位置，避免因开口位置不准确导致的超欠挖。

调查发现在建隧道项目均根据上循环钢拱架确定开口位置，导致孔口位置即出现超欠挖，增加爆后整体超欠挖机率。

钻孔前测量人员精确测放隧道开挖轮廓线，用红色喷漆标注周边孔开孔位置，拱顶、两侧拱腰及边墙分别选取中间一炮孔标注后视点，钻孔结束后插钻杆作为基准，确保周边炮孔平行。

可根据围岩情况适当调整周边孔开孔位置，如Ⅴ级强风化围岩及较破碎围岩开孔位置适当内移，避免后期机械排险过程中爆破扰动范围内围岩塌落造成严重超挖。

5.结束语

通过调查分析发现造成隧道爆破超挖的主要原因是爆破参数设计不合理，尤其是周边孔爆破参数；严格按照爆破参数施工，提高光面爆破效果，能够有效降低隧道喷射混凝土超方率，降低施工成本，提高经济效益。