關于T9隧道的施工報告——作者：郭攀峰
一、工程概況
格魯吉亞現代化鐵路T9隧道位于Karagauli和Khashuri接壤地段，原設計為單線隧道，右線起訖里程KM23+450～KM31+745，長度8295m，該隧道線路坡度為12.0‰～13.3‰，均為上坡。設計時速80km/h，軌距1520mm。左線設置平行導坑作為輔助救援坑道，為以后預留二線。大變更后，左線平導洞改為左主洞，起訖里程KM23+445～KM31+712.67，長度8267.67m，其中隧道出口位于Kvishkheti村，洞口附近有大量居民，居民居住較為集中，隧道最小埋深小于5m，最大埋深約550m。
隧道出口位于直線段，隧道洞身縱向設計為單面坡，從隧道進口往出口基本上為13.6‰上坡。該地區地形陡峭，斜坡多階段且多巖石，深入切割的峽谷的截面呈V型，縱剖面陡峭且沒有貧化。當深成的腐蝕先于側面腐蝕時，頻繁的水域和湍流在形成過程中地形保持穩定。Kvishkheti村莊地區被調查區域被后始新世沉淀物所覆蓋。根據其巖性，這些沉淀物主要表現為長石砂巖、薄厚度的泥灰巖、粘土、多礫石和礫巖。鐵路主干線Kvishketi-Moliti部分出現的較多的含水巖層。巖性為凝灰巖，凝灰巖-角礫巖、層凝灰巖、凝灰巖-砂巖和凝灰巖-泥板巖。這些沉積巖外表裸露，極易受到物理侵蝕作用，因此常出現第二次斷裂現象。此區域地下水資源豐富，植被發育，同一山坡上兩處出水口相距較近。在同一巖層附近，由于侵蝕作用形成了巖屑和巖石碎片。含水巖層的排水速度從0.1/s到4.0l/s。特別值得一提的是從Kvishkheti和Tashiskari村交界處涌出的泉水。水流量為1.5 l/s，水溫8.5℃。上面覆蓋著永久混凝土盆地結構。平均水溫為8℃至15℃。
原設計
變更后
二、施工技術
本隧道施工方法采用新奧法施工。
新奧法：是新奧地利隧道施工方法的簡稱，它是從巖石力學的觀點出發而提出的一種合理的施工方法，是采用噴錨技術，監控量測等并于巖石力學理論構成的一個體系，形成的一種新的工程施工方法，新奧法的基本原則為:“少擾動、早噴錨、勤量測、緊封閉”。
（一）超前導管進洞
本隧道平導洞改左主洞進洞方式采用超前導管進洞。
原平導洞變更后改為與右洞相同斷面，平導洞已開挖594m，原設計平導洞斷面27m3,變更后斷面為76m3,左側需要擴1.0m（大里程方向）,右側需要擴2.2m,拱頂加高3.0米，從實拍圖上可以看由于洞口埋深最淺處只有7米，洞頂還有一條村路，因為巖層較破碎，洞頂埋深較淺，因此采用全斷面短進尺施工，開挖采用弱爆破與破碎錘相結合的方式。為保證施工安全，進洞方式采用超前導管進洞，超前導管進洞不僅降低了成本，同時還節約了工期。拱架間距為0.6m每榀，每榀拱架都需要做一次超前小導管，導管長為3.0米，導管直徑為5cm,小導管外插角3°~5°左右，相鄰兩次超前小導管重疊1米，最多處將有三層導管，保證承載力強度。為鞏固已完成的初支結構，初支每完成6米后需做一次仰拱，為提高仰拱的強度，需做地拱并鋪設雙層鋼筋，施工要嚴格按照設計要求。而20米之后原平導洞只有初支，埋深漸漸增大，巖層多為泥質灰巖，拆除和擴挖宜采用爆破方式。初期支護采用I18工字鋼，每榀拱架間距不超過1m,如現場實際情況與預期不符，可增設超前導管。方案見下圖
（二）弱爆破施工技術
在線路中線左右50m范圍內有當地居民達500多戶，大部分房屋均是年久失修，房屋質量很差。
根據淺孔爆破頻率和房屋評估結果，爆破頻率為40Hz～100 Hz，在此頻率下當地的房屋的安全允許振速為不超過2.7～3.0cm/sec。為了盡可能減少對巖體的擾動和對地面房屋的振動沖擊，主要采取三點措施。首先，在淺埋段采用機械為主爆破為輔的開挖方式，弱爆破或者無爆破開挖。其次，縮短每循環的進尺長度。第三，調整爆破方式，減少單孔裝藥量，同時增加孔數；調整起爆時間，增大不同部位起爆時間的區分度；設置虛孔，多打孔，少裝藥，同時適當“只打孔，不裝藥”。加強地面沉降和振動監測，及時反饋監測數據，調整施工方案。其中，爆破方案的選擇是決定性的。
1、低振爆破方案主要技術參數選擇
爆破震動的危害,一般用質點振動速度值(v)來評估。對于爆破震動質點振動速度與炸藥(Q)成正比,而與距爆破中心的距離(R)成反比,此外還受起爆與爆破方法以及爆破點與測點之間地質條件的影響。振速與其主要影響因素之間的關系一般可用下式表示:
v= K(Q1/3/ R)α
式中: v為質點振動速度,cm/s;Q為最大一段允許炸藥量,kg;R為距爆破點的距離,m;K、α是和炸藥種類、爆破方法、地質條件等因素有關的系數。
1.1控制最大一段藥量和單孔藥量
以地面建筑物基礎底部至爆源中心的距離R為安全控制半徑,以質點振速限值[ v] = 2cm/s為控制標準,通過上式反算各開挖部分允許的最大一段藥量。炮孔按淺、密原則布置,控制單孔藥量,使一次爆破的藥量均勻地分布在被爆巖體中,同時采用毫秒雷管進行微差爆破,以減小爆破地震動強度。
1.2選擇合理的爆破方式
針對本工程的施工條件,巖石強度較小,為了減小爆破的地震動強度，適宜采用弱爆破，每個循環進尺應控制在3m左右。同時增加炮眼個數，減小每個炮眼裝藥量。適當增加未填充炸藥的炮眼，緩沖爆炸瞬間沖擊力。
1.3選用合理的周邊孔爆破形式
一般情況下,采用弱爆破,周邊孔間距為60cm,特別困難地段(例如隧道上方為抗震性差的樓房或者圍巖特別差)采用預裂爆破,預裂孔間距為50cm,這樣既可以最大限度地減少對圍巖的破壞,又可以達到減震的目的。
1.4選擇合理的段間隔時差
有關資料表明,在軟巖中爆破,振動頻率比較低,一般在100Hz以下,振動持續時間縱向比橫向大時,可達到200ms左右,垂直向可達到100ms左右。為避免振動強度的疊加作用,采用1～18段雷管跳段使用，并通過不同段位雷管的組合，使爆破間隔時差多層次，從而減小爆破振動。起爆順序先拱低，再中間，再兩側，最后拱頂。
1.5合適的爆破器材
炸藥和雷管也是影響爆破震動的因素。根據爆轟理論,炸藥爆轟速度直接影響質點振動速度,故應選用低爆速炸藥。
根據施工設備規格和圍巖情況，爆破主要技術參數選擇如下：
孔徑d――炮孔直徑，隨鉆孔機械變化而變化，一般為：d＝（38～48）mm；本隧道選擇d=42mm和d=50mm兩種炮孔直徑。
孔距E――周邊眼間距，E＝（10～15）d，取E＝（40～70）cm；
最小抵抗線W――爆破層厚度，即周邊眼與最近掘進輔助眼間的最短距離，一般應根據爆破漏斗試驗來確定，經驗數值計算為：W=E/k，K為爆破孔密集系數，取0.6～0.8；
線裝藥密度q――單位炮眼長度裝藥量，取q=(150-250)g/m.
裝藥不耦合系數λ――炮眼直徑與藥卷直徑比值，λ＝d/φ，取1.1～1.4；
單位耗藥量k――爆破單位體積巖石的炸藥平均消耗量，0.6～1.2kg/m3；
炮孔利用率η――實際開挖進尺與炮眼鉆眼長度之比。
1.6炮孔布置
炮孔布置遵循以下幾個原則(炮孔布置圖見下圖)：
炮眼布置圖
①.輔助眼的作用是將槽腔進一步擴大，為后續炮眼的爆破提供良好的臨空面條件，為保證爆破效果輔助眼應適當加密；
②.內圈眼裝藥量過大或過于集中，均會引起對圍巖的破壞，設計原則應使炸藥量能在內圈眼均勻分布，減少對圍巖的爆破破壞；
③.由內向外，逐層均勻布置，分部逐層起爆，逐步接近開挖斷面輪廓形狀。
④.為了減少爆破震動峰值，全斷面分成左右兩個爆破區，兩個區間利用延時雷管串連，共采用了1~18段電毫秒雷管。
2、地表沉降和振動監測
因為隧道出口處的埋深較淺，加上巖層較差，所以在施工過程中難免會產生地表沉降，增加施工難度和安全隱患，同時也會對當地居民的生活產生干擾。為此，我們需要通過觀測沉降而進一步對我們的施工技術和方案進行調整。
地表沉降的具體觀測方法。首先，施工之前，在施工過程中可能產生沉降的地點固定埋設標記物（鋼筋頭），并記錄標高。接下來，在施工過程中定期測量該點的標高，并再次記錄數據。最后，將施工前后的標高數據進行對比分析，得到地表沉降數據，分析施工對工作區域周圍地表的擾動程度，指導下一步的施工進程。
為保證附近居民的生活不被干擾，同時指導下一步工作計劃。我們需要對施工過程中產生的振動進行必要的測量。從而而采取措施，控制在施工過程中產生過大的振動。
振動的測量。通過振動測量儀收集振動和數據。通過數據分析，了解我們的施工所產生的干擾程度。進而通過調整工作時間和改進方案來降低所產生的干擾。
3、總結
通過調整爆破方案和開挖方式，保證了在淺埋段的順利施工。同時也為復雜地質條件下的施工積累了寶貴的經驗。使用盡可能多的毫秒雷管段位，采用分部爆破的方法，控制好各段位之間延遲時間，合理的布置炮孔，經過平導擴主洞300m實際施工證明該爆破方案能把爆破影響控制到了最低，滿足了爆破規范要求。經過反復論證，隧道開挖采用爆破法得到了業主和監理認可。
（三）平導洞已完成工程量拆除方案
截止2015年6月平導坑完成初支及底板594米，完成二襯20米。
平導洞擴為第二條隧道（主洞）拆除已經施工完成的初支、二襯、鋪底時需循環進行，拆除支護時候采用全環拆除，每次拆除1米，拆除完成后進行隧道擴大施工。拆除順序為：平導二襯拆除→初期支護拆除→擴洞支護施工→拆除平導鋪底。
1、平導二襯拆除方法
平導二襯拆除時采用爆破拆除，人工、機械配合清除爆破后的鋼筋及雜物。爆破拆除時遵循“多打眼，少裝藥，先拱后墻”的起爆順序，盡量減少對圍巖和未拆換段的擾動。在進行爆破拆除前先進行洞口導管施工，然后開始拆除洞口段二襯，襯砌砼拆除采用弱爆破的方式進行，局部采用風鎬清理。鉆孔深度為襯砌砼厚度的2/3（以開槽及每循環爆破揭示厚度為準），炮眼間距為50cm×50cm（環×縱），
采用φ32乳化炸藥，單孔裝藥量為100-200g，裝藥后必須堵孔，增強爆破效果并且可減少對相鄰段落襯砌砼的擾動。二襯拆除完成后進行初期支護拆除。隧道拆除支護爆破施工工藝流程如圖：
2、初期支護拆除方案
初期支護拆除前，首先對要拆除的支護進行監控量測，并按照擴洞后的斷面進行超前支護的施工。支護采用爆破拆除，人工、機械清理鋼爆破后殘渣，巖層松軟的地方采用破碎錘開挖。拆除的縱向長度為1.0-1.5米，環向為全環，炮眼間距為40～50cm，采用TY28型風槍鉆孔，鉆孔深度為初支厚度，采用φ32乳化炸藥，單孔裝藥量為60～100g，裝藥后封堵孔口，增強爆破效果。初期支護的拆除與二襯拆除相類似。爆破完成后，應及時清理，并盡早對擴洞隧道進行開挖支護。據T9第一隧道的施工經驗，第二隧道（主洞）開挖采用破碎錘開挖，開挖完成即在擴洞后的掌子面進行噴射混凝土封閉，封閉厚度不少于5cm。初噴結束后立即進行初期支護。第二隧道（主洞）開挖至60米后仰拱及二襯要及時跟進。
3、底板拆除
仰拱及鋪底拆除采用破碎機破碎后直接清除，清除完成后進行第二隧道（主洞）仰拱施工。
4、施工過程中的數據采集和技術控制
為了確保工程建設的順利進行，盡可能減少對當地居民產生干擾，我們需要對附近地區的地表沉降、振動和噪音進行檢測，隨即調整施工方案并采取相應改進措施。
4.1施工過程中地表沉降的觀測
因為隧道出口處的埋深較淺，加上巖層較差，所以在施工過程中難免會產生地表沉降，增加施工難度和安全隱患，同時也會對當地居民的生活產生干擾。為此，我們需要通過觀測沉降而進一步對我們的施工技術和方案進行調整。
地表沉降的具體觀測方法。首先，施工之前，在施工過程中可能產生沉降的地點固定埋設標記物（鋼筋頭），并記錄標高。接下來，在施工過程中定期測量該點的標高，并再次記錄數據。最后，將施工前后的標高數據進行對比分析，得到地表沉降數據，分析施工對工作區域周圍地表的擾動程度，指導下一步的施工進程。
4.2 施工過程振動和噪音的檢測
為保證附近居民的生活不被干擾，我們需要對施工過程中產生的振動和噪音進行必要的測量。進而采取措施，控制在施工過程中產生過大的振動和噪音。
振動和噪音的測量。我們通過振動測量儀和噪音測量儀收集振動和噪音數據。通過數據分析，了解我們的施工所產生的干擾程度。進而通過調整工作時間和改進方案來降低所產生的干擾。
（四）斜交45°橫通道進左主洞
斜交45°橫通道主要目的是在左主洞增加一個工作面，起到縮短工期，降低施工成本的作用。下圖為施工方案圖
（五）塌方處理
在隧道施工中，雖然采取各種措施預防塌方，但是在實際施工中，由于各種原因，此類事件還是防不勝防，難以杜絕。一直以來九號隧道出口巖層較差，施工難度大，在發生塌方事故時我們將采取以下措施。
1、應急措施
（1）現場施工人員立即撤離到安全地帶，工班長負責清點人數，并將情況立即報告現場管理人員以及現場工程師和監理工程師。
（2）機械設備有條件轉移時，在保證安全的前提下，由現場值班人員指揮快速轉移到安全地帶。
（3）待坍方處于相對穩定時，由電工檢查線路，恢復該地段安全應急照明，確保用電安全。
（4）如有水涌出時，應根據水量的大小，立即組織人員進行應急處理，原則是：堵、排、引結合。待施工方案確定后進行根治。
（5）現場工程師采取攝影、錄像等方式記錄坍方情況。同時，項目部應急領導小組會同現場監理、設計院配合組共同會勘，分析、確定坍方的性質、規模及其后果，并根據初步判斷結果按下列分級程序處理：
如為C級（小型坍方，<50m3）：根據現場會勘結論及施工方案、措施，直接由現場工程師配合施工隊組織實施。
如為B級（中型坍方，50-100m3）：現場工程師應立即通知項目部以及監理參加現場會勘，分析發展趨勢，制定施工方案、措施，由項目部立即安排實施。應急預案處于預警狀態。
如為A級（大型坍方，>100m3）：現場工程師應立即通知項目部啟動應急預案，并在8小時內將詳細情況書面報監理單位，聯合現場辦公，評估事件的嚴重程度，分析發展趨勢，采取一切措施控制事態的發展，減小事件對施工造成的影響和損失。
2、塌方的整治
（1）隧道發生塌方，應及時迅速處理，不得隨意拖延時間。處理前，必須仔細觀察塌方的范圍、形狀、數量大小及坍體的地質狀況、地下水的分布、活動情況等，分析塌方發生的原因，研究制定處理方案。
（2）隧道塌方應根據發生的部位、規模及地質條件、采取“治塌先治水、治塌先加強”的原則，采取噴錨支護、注漿、管棚、加強二次襯砌、設置護拱等技術措施，不失時機、不留隱患地進行處理：
（3）現在九號出口圍巖級別為V級，巖體以風化的巖層為主，節理發育，坍體呈碎石狀，黏土的含量較高，現今采用“短進尺、強支護”的施工理念，針對此類圍巖當發生塌方是我們將采取以下具體措施：
①在保證安全的情況下先利用機械清除塌體。
②利用圍巖暫時的基本穩定狀態，抓緊時間對塌面采用噴錨支護技術加固未塌的巖層，噴漿時為確保安全，先用破碎錘配合噴漿頭進行噴射，厚度在5cm-10cm，使巖層處于封閉狀態。
③對靠近塌方段初支面進行加固處理。
④在對塌方段立拱架支護過程中，預留注漿管，待初支完成后施做地拱，最后對塌方區域進行注漿，以保證在二襯未到達前發生不必要的二次事故。
（六）錨段施工
九號隧道屬于長大隧道，左主洞設計有六個加高段，右主洞設計有五個加高段，正常段過度到加高段及加高段過度到正常段，都設計有一個錨段。這里主要說一下錨段襯砌的施工，錨段襯砌采用的是拱架與二襯臺車相結合的施工方法，這種方法不僅施工快，而且不影響掌子面正常施工。施工方案圖見下圖。
三、隧道施工成本控制
隧道施工是一項工序復雜難度較大的工作，涉及到大量的機械、材料和人員。管理不善極易造成工序的的混亂和材料的浪費，進而導致事倍功半，高成本低效率的現象。相反，合理的工序銜接和機械調配以及人員安排，不僅可以提高工程的進度和質量，而且能夠以最低的成本獲取最大的產值。T9隧道開工至今，已經有五年了。通過對長期隧道施工狀況的分析和總結，我們得出了重要的結論，要實現節約創效，必須以員工管理為核心，以機械材料控制為關鍵，相互協調，穩步前進。
人員的管理主要包括合理的分工機制，明確的責任劃分和公平的獎罰制度。
合理的分工機制。首先，根據生產任務劃分班組，再具體到每一個人工作崗位的劃分。每個人的精力和時間都是有限的，管的太多容易混亂，而且什么都做不好，影響整體的工作開展。比如各班組的劃分，值班人員和技術人員的劃分，不僅使每個人都處在自己最適合的崗位上，而且工作難度也相應降低，提高了崗位的專業化程度。分工之后，每個人都會明確工作的內容，做好本職工作，少操心，多干事，勞逸結合效率自然就高。
明確責任劃分，就是指不同層次的管理人員要負起相應的責任。比如負責值班的人，要熟悉洞內作業情況，做好各工序的銜接和各機械的調度工作。事實證明，工序銜接的好壞與否，直接影響到施工循環的時間長短。再比如技術管理人員，要及時檢測現場初支收斂情況，判斷巖層類型，再根據巖層類型調整拱架斷面預留大小，以此避免因拱架預留太大而導致混凝土的浪費和因拱架預留過小而導致返工換拱。而洞內的安全員，需要時刻監督隧道生產工作，及時排除安全隱患，確保工人的人身安全?？傊?，明確責任后，就能督促工作人員嚴格要求自己，各司其職，避免因為疏忽大意而造成工作失誤。
公平的獎罰制度。獎罰制度可以有效地刺激員工工作的積極性。公平的獎罰制度就像一把尺子，它讓努力工作的人得到一定的物質和精神獎勵，促使其繼續保持和發揚這種精神，同時讓懈怠的人受到一定的處罰，從而意志堅定，迎頭趕上。同樣的100塊錢花費在材料上和獎勵給員工其帶來效果是截然不同的，所以員工的獎勵工作是極其重要的。我們規定每個月20%的工資與當月的工作質量、效率及施工進度掛鉤，其浮動幅度為工資的-20%~30%。每月根據每位員工完成工作情況及完成進度情況進行考核，成績優秀的予以獎勵，工作懈怠的加以懲戒，以此來調動員工的工作積極性。
除此之外，在人員管理過程中，一個特別需要我們注意的問題就是和當地人的溝通。因為語言障礙和文化差異，我們的一些管理制度，當地人不一定能夠理解和接受，這就要求我們要想方設法使得當地人服從管理，統一工作步伐。比如，對于路遠的工人，提前通知上班。對待在工作中飲酒和滋事的人員，耐心的闡明利害，嚴肅的說服教育，對于頑固不化屢教不改的，予以開除，懲前毖后。同時，應該加強對本地人進行安全教育和技術培養，增強安全意識，提高防護能力和工作能力。與中國工人人工費用相比，當地工人的人工費較低，在不影響工作的條件下，增加當地員工，提高外籍員工比例，這也是一個降低施工成本的重要措施。在工作中提高當地員工的安全意識和工作技術的同時，發揮中國員工的骨干帶頭作用。這既是員工管理的一個重要課題，也是控制節約成本的一項行之有效的方法。
機械和材料的控制。包括機械的管理調度和維修保養，材料的出庫管理和用量節約。
機械的管理調度有兩個方面，管理指機械和人員的相互配合，調度是指各工作段機械的使用情況。在機械使用過程中，駕駛員或者操作員，必須充分了解機械的性能和現實狀況，在使用前和使用后都清查一遍，出現問題，及時檢修，避免使用過程中發生故障影響工作。在機械調度中，應先近后遠，避免來回轉移機械造成的無功損耗。機械的維修保養。在平時使用過程中細心愛護，時常清洗，定期維護。并對操作人員進行培訓，增強其應對突發機械事故的能力，進一步提高操作者的綜合業務素養。
材料的出庫管理和用量節約。材料的出庫采取登記制度，并根據平均使用情況對相應的人員采取獎罰措施。比如對同一班組的每個成員間的對比，同一班組的不同月份的使用總量加以對比，獎功罰過。貫徹培養全體員工的節約創效意識，須知材料用量的節約需要全體人員的密切配合，比如開挖班對超欠挖的控制，二襯班對仰拱二襯厚度的把握，測量人員對于立架位置的確定，技術人員對于拱架預留的設計以及駕駛員對車輛的愛護等都與材料節約是分不開的。但是，節約一定要合理，不能盲目減少人員機械和材料用量，因為表面上的節省，或許在綜合效益面上考慮卻是浪費的。比如，噴錨時速凝劑的把握，假如噴錨時多用了速凝劑，但節約施工時間，提高了施工進度，同時也節約了人工費用，這樣綜合起來考慮，是物盡其用適得其所的。所以，合理的節約應該建立在不影響施工進度和質量，并且在不增加隱性成本的前提下，減少材料投入。
根據以上幾點原則，結合隧道實際工作情況。認真貫徹實施，并在工作實踐中不斷總結和完善，努力實現節約創效的目標。