哥伦比亚与国内隧道施工的对比分析

2021-04-01康超

工程建设与设计 2021年4期

康超

（中国港湾工程有限责任公司，北京100027）

1 工程概况

哥伦比亚Mar2 公路项目是哥伦比亚政府“4G 路网项目”之一，位于哥伦比亚安提奥基亚省，项目起点靠近省会Medellin（麦德林）市，终点连接该省北部唯一出海口Necoclí（尼可可里）市。中国港湾作为EPC 承包商负责其中的5 个标段，项目总长110.9km，其中新建段落17.7km，改扩建93.2km，共有桥梁42 座3 430m，隧道9 座共7 480m（包含1座逃生隧道2 180m、扩建隧道1 座446m）, 隧道工程为本项目重、难点工程。

本项目隧道设计为双向两车道，每侧行车道宽4m，硬路肩宽0.5m，消防、电缆沟各宽1m，隧道开挖宽度12.34～13.8m，开挖断面约100m2（根据围岩不同略有变化），复合式衬砌，直墙式洞门，路面形式为25㎝厚水泥混凝土，30㎝厚级配碎石基层。其中，1 号隧道全长2 180m，隧道内左右侧间隔900m 分别设置紧急停车加宽段2 处，双侧每150m 设置避人台，隧道左侧平行30m 修建1 座2 180m 逃生隧道，每450m 设1 处连接横洞与主隧道相接。

2 Mar2 项目隧道特点

Mar2 项目隧道的特点为：地质构造复杂、傍山隧道、断层多。

3 哥伦比亚隧道施工特点及与国内的差异

3.1 隧道洞口

3.1.1 哥伦比亚常规做法

哥伦比亚常规做法为：

1）洞口设计理念与国内差异较大，当地多采取“大开挖、强支护”，在挖除洞口不稳定区域，后以主动锚索、被动锚杆及挂网喷混支护作为边坡永久防护。

2）边仰坡防护完成后直接进行管棚施工，无导向墙控制管棚施工角度。

3）哥伦比亚隧道设计洞口多斜交（二衬也为斜交），洞口二衬无端墙设计，对偏压隧道洞口无特殊处理设计，导致隧道在交工后，存在洞口斜交部分受力不对称而产生破坏，且隧道边仰坡上部异物掉落，对运营产生安全风险。

3.1.2 国内常规做法

我国的常规做法为：

1）国内隧道洞口本着“早进晚出”的理念进行设计，尽可能减少洞口开挖，注重与自然环境相协调，减少对原地貌的扰动，以保证洞口安全。

2）边仰坡防护完成后进行导向墙施工，采用导向墙的方式进行管棚施工进洞。

3）一般均对斜交隧道口进行优化，二衬采用正交加端墙设计理念，确保隧道洞口的运营安全。

3.2 围岩判定

3.2.1 哥伦比亚常规做法

哥伦比亚隧道围岩判定多采用Bieniawski 岩体分组（RMR）法，RMR 法最初以300 多条隧道的记录为基础，数据库开始主要以非洲的经验为基础，此后在世界范围内不断扩充数据，目前应用的版本是RMR89，采用5 个岩体特征参数量化值，即A1岩石强度（集中荷载强度系数Is、单轴抗压强度σc）、A2岩石质量指标（RQD）、A3结构面间距、A4不连续结构面特征、A5地下水，计算出岩体分级基数（RMRbasic），然后通过不连续结构面方向修正系数（B），综合计算出标准RMR（或RMR89）值，RMR 值为在0～100 范围内的数值。RMR 法是国际上比较流行的围岩级别分级方法。

国内通常采用BQ 法，该方法采用两步分级，是根据岩石的2 个基本因素，既岩石坚硬程度（单轴饱和抗压强度σc）和岩体完整程度（岩体完整性系数Kv），计算出岩体基本质量指标（BQ），然后通过修正因素（地下水影响修正系数K1、主要软弱结构面产状影响修正系数K2、初始应力状态影响修正系数K3）修正，综合计算出围岩基本质量指标修正值[BQ]。

3.3 超前地质预报

根据项目设计图和哥伦比亚规范的要求，超前地质预报为勘探孔（需要时采用）及导向孔（必做）2 种方式。探孔的施工周期长，能探测的内容也极为有限，不能全面真实地反映掌子面前方的围岩情况。

国内超前地质预测工作坚持“长短结合、贯穿全程”的工作原则。根据设计图纸与建设指标要求，采用以长距离预报为主短距离为辅，长短互补的预报原则，为设计安全支护提供比较准确的地质信息。超前地质预报主要采用以下方法实施：地质调查法、超前地质钻探、红外探测法、地质雷达、时域变电电磁法、地质描述、TSP 地震波法和加深炮孔探测法。通过对不同超前地质预报方法的组合优化应用，可以互相补充、验证，提高准确率，规避了单种方法的局限性。

3.4 开挖及支护

3.4.1 哥伦比亚常规做法

哥伦比亚的常规做法为：

1）哥伦比亚隧道施工主要为大机施工（凿岩台车、机械手、升降机等），隧道设计与大机作业相匹配，掌子面施工人员少。

2）二衬不参与受力，全靠初期支护控制围岩变形，特别重视锚喷支护系统，径向锚杆需逐环跟进，同时需给予初期支护充分的变形时间，无二衬安全步距要求。

3）哥伦比亚隧道Ⅴ级围岩设计均采用φ108mm 管棚，12m长，搭接3m 进行超前支护，并且，拱架支护与管棚密切搭接。根据当地设计Ⅴ级围岩开挖支护后，会形成环向扩大三角区域，在进行二衬施工前，需对该环形扩大三角区域进行喷射混凝土填充至设计断面。

等到人群散去，我才跑过去调侃他，说：“你现在跟以前完全不一样了，简直是脱胎换骨。看来大学把你改造得挺好啊！”

4）初期支护锁脚方式不同，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类围岩设计无锁脚锚杆，Ⅴ类围岩采用型钢斜支撑锁脚。

3.4.2 国内常规做法

我国的常规做法为：

1）国内通常采用自制开挖台架，人工钻孔，台阶可根据现场实际情况经监理同意后可灵活调整。

2）隧道施工有安全步距要求，软弱围岩及不良地质隧道的二次衬砌应及时施作。

3）国内采用小导管或者超前锚杆，不会出现管棚施工造成的喇叭口，可大大减少隧道超挖回填的工程量。

4）国内采用锁脚锚管或锚杆方式，稳定性更好，避免了拱脚脱空问题。

3.5 监控量测

哥伦比亚隧道洞口设置监控量测点及测斜仪，以监测洞口的边仰坡稳定，每条隧道均设计有水压监测，隧道施工过程中不得降低山体水压，最深监测的水压孔深度120m。洞内监控量测监测的数据为5 个点6 条测线，但无拱顶下沉监测，且未在设计图及规范中明确速率值、累计变形值及充分变形收敛时间，监控量测缺少了对拱顶下沉的关注，是该项目监控量测的一大漏洞，为确保施工安全，过程中按国内的要求对拱顶下沉进行监测，根据位移变化速度判别净空变化。

国内的监控量测主要分为必测项目和选测项目，必测项目主要为洞内、外观察，拱顶下沉、周边收敛以及地表沉降等4 项工作，选测项目是为满足隧道设计与施工的特殊要求进行的监控量测项目。隧道洞口设置地表监测点用于监测地表的沉降变化，地表埋设的沉降断面与隧道埋设的监控量测断面要对应能够更好地反映隧道施工对地表的影响[1]。

3.6 仰拱填充及二衬

3.6.1 哥伦比亚常规做法

哥伦比亚的常规做法为：

1）隧道设计重视初支的强度和成环，Ⅴ级围岩初支封闭成环，二衬的设计中地梁作为承载二衬重量的结构，未进行封闭成环。

2）Ⅲ、Ⅳ级围岩初支不封闭成环，二衬的设计中地梁作为承载二衬重量的结构，也未进行封闭成环。

3）仰拱填充采用经筛选的洞渣回填、夯实，与国内一般采用混凝土回填不同。

4）二衬施工无安全步距要求，二衬基本不受力。

5）根据设计图纸隧道埋深小于25m 时安装φ7.5mm 双层钢筋网片，采用挂钩穿透防水板工艺固定，穿透防水板的挂钩处理质量对防水质量影响很大。

3.6.2 国内常规做法

我国的常规做法为：

1）国内隧道设计中隧道的V 级围岩是初支和二衬均成环设计，通过调整衬砌厚度、混凝土强度以及钢筋等进行设置。

2）国内Ⅲ、Ⅳ级围岩初支不封闭成环，但二衬封闭成环。

3）仰拱填充均采用较低标号的混凝土进行回填。

4）二衬施工与开挖掌子面有安全步距要求。

5）国内采用钢筋绑扎作为钢筋混凝土骨架。

3.7 渗水管理

哥伦比亚环境要求严格，施工过程中的废水及岩体渗水必须经过三级沉淀处理后才可排至指定排污点。为了减少隧道施工时对山体水系的影响，当地对隧道内施工期间的允许渗水量有严格的规定，严禁施工期排水量超出环评允许渗水量，当隧道渗水量超标时，当地多采用预注浆及后注浆方案进行止水，若不及时对渗水进行处理，将面临停工、经济处罚等风险。与国内以排为主，防、截、堵相结合的原则大不相同。

允许渗水量是堵水方案的重要的控制指标，隧道开挖过程中安全有效的堵水方案是施工安全控制的重要内容。