关于T9隧道的施工报告——作者：郭攀峰
一、工程概况
格鲁吉亚现代化铁路T9隧道位于Karagauli和Khashuri接壤地段，原设计为单线隧道，右线起讫里程KM23+450～KM31+745，长度8295m，该隧道线路坡度为12.0‰～13.3‰，均为上坡。设计时速80km/h，轨距1520mm。左线设置平行导坑作为辅助救援坑道，为以后预留二线。大变更后，左线平导洞改为左主洞，起讫里程KM23+445～KM31+712.67，长度8267.67m，其中隧道出口位于Kvishkheti村，洞口附近有大量居民，居民居住较为集中，隧道最小埋深小于5m，最大埋深约550m。
隧道出口位于直线段，隧道洞身纵向设计为单面坡，从隧道进口往出口基本上为13.6‰上坡。该地区地形陡峭，斜坡多阶段且多岩石，深入切割的峡谷的截面呈V型，纵剖面陡峭且没有贫化。当深成的腐蚀先于侧面腐蚀时，频繁的水域和湍流在形成过程中地形保持稳定。Kvishkheti村庄地区被调查区域被后始新世沉淀物所覆盖。根据其岩性，这些沉淀物主要表现为长石砂岩、薄厚度的泥灰岩、粘土、多砾石和砾岩。铁路主干线Kvishketi-Moliti部分出现的较多的含水岩层。岩性为凝灰岩，凝灰岩-角砾岩、层凝灰岩、凝灰岩-砂岩和凝灰岩-泥板岩。这些沉积岩外表裸露，极易受到物理侵蚀作用，因此常出现第二次断裂现象。此区域地下水资源丰富，植被发育，同一山坡上两处出水口相距较近。在同一岩层附近，由于侵蚀作用形成了岩屑和岩石碎片。含水岩层的排水速度从0.1/s到4.0l/s。特别值得一提的是从Kvishkheti和Tashiskari村交界处涌出的泉水。水流量为1.5 l/s，水温8.5℃。上面覆盖着永久混凝土盆地结构。平均水温为8℃至15℃。
原设计
变更后
二、施工技术
本隧道施工方法采用新奥法施工。
新奥法：是新奥地利隧道施工方法的简称，它是从岩石力学的观点出发而提出的一种合理的施工方法，是采用喷锚技术，监控量测等并于岩石力学理论构成的一个体系，形成的一种新的工程施工方法，新奥法的基本原则为:“少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭”。
（一）超前导管进洞
本隧道平导洞改左主洞进洞方式采用超前导管进洞。
原平导洞变更后改为与右洞相同断面，平导洞已开挖594m，原设计平导洞断面27m3,变更后断面为76m3,左侧需要扩1.0m（大里程方向）,右侧需要扩2.2m,拱顶加高3.0米，从实拍图上可以看由于洞口埋深最浅处只有7米，洞顶还有一条村路，因为岩层较破碎，洞顶埋深较浅，因此采用全断面短进尺施工，开挖采用弱爆破与破碎锤相结合的方式。为保证施工安全，进洞方式采用超前导管进洞，超前导管进洞不仅降低了成本，同时还节约了工期。拱架间距为0.6m每榀，每榀拱架都需要做一次超前小导管，导管长为3.0米，导管直径为5cm,小导管外插角3°~5°左右，相邻两次超前小导管重叠1米，最多处将有三层导管，保证承载力强度。为巩固已完成的初支结构，初支每完成6米后需做一次仰拱，为提高仰拱的强度，需做地拱并铺设双层钢筋，施工要严格按照设计要求。而20米之后原平导洞只有初支，埋深渐渐增大，岩层多为泥质灰岩，拆除和扩挖宜采用爆破方式。初期支护采用I18工字钢，每榀拱架间距不超过1m,如现场实际情况与预期不符，可增设超前导管。方案见下图
（二）弱爆破施工技术
在线路中线左右50m范围内有当地居民达500多户，大部分房屋均是年久失修，房屋质量很差。
根据浅孔爆破频率和房屋评估结果，爆破频率为40Hz～100 Hz，在此频率下当地的房屋的安全允许振速为不超过2.7～3.0cm/sec。为了尽可能减少对岩体的扰动和对地面房屋的振动冲击，主要采取三点措施。首先，在浅埋段采用机械为主爆破为辅的开挖方式，弱爆破或者无爆破开挖。其次，缩短每循环的进尺长度。第三，调整爆破方式，减少单孔装药量，同时增加孔数；调整起爆时间，增大不同部位起爆时间的区分度；设置虚孔，多打孔，少装药，同时适当“只打孔，不装药”。加强地面沉降和振动监测，及时反馈监测数据，调整施工方案。其中，爆破方案的选择是决定性的。
1、低振爆破方案主要技术参数选择
爆破震动的危害,一般用质点振动速度值(v)来评估。对于爆破震动质点振动速度与炸药(Q)成正比,而与距爆破中心的距离(R)成反比,此外还受起爆与爆破方法以及爆破点与测点之间地质条件的影响。振速与其主要影响因素之间的关系一般可用下式表示:
v= K(Q1/3/ R)α
式中: v为质点振动速度,cm/s;Q为最大一段允许炸药量,kg;R为距爆破点的距离,m;K、α是和炸药种类、爆破方法、地质条件等因素有关的系数。
1.1控制最大一段药量和单孔药量
以地面建筑物基础底部至爆源中心的距离R为安全控制半径,以质点振速限值[ v] = 2cm/s为控制标准,通过上式反算各开挖部分允许的最大一段药量。炮孔按浅、密原则布置,控制单孔药量,使一次爆破的药量均匀地分布在被爆岩体中,同时采用毫秒雷管进行微差爆破,以减小爆破地震动强度。
1.2选择合理的爆破方式
针对本工程的施工条件,岩石强度较小,为了减小爆破的地震动强度，适宜采用弱爆破，每个循环进尺应控制在3m左右。同时增加炮眼个数，减小每个炮眼装药量。适当增加未填充炸药的炮眼，缓冲爆炸瞬间冲击力。
1.3选用合理的周边孔爆破形式
一般情况下,采用弱爆破,周边孔间距为60cm,特别困难地段(例如隧道上方为抗震性差的楼房或者围岩特别差)采用预裂爆破,预裂孔间距为50cm,这样既可以最大限度地减少对围岩的破坏,又可以达到减震的目的。
1.4选择合理的段间隔时差
有关资料表明,在软岩中爆破,振动频率比较低,一般在100Hz以下,振动持续时间纵向比横向大时,可达到200ms左右,垂直向可达到100ms左右。为避免振动强度的叠加作用,采用1～18段雷管跳段使用，并通过不同段位雷管的组合，使爆破间隔时差多层次，从而减小爆破振动。起爆顺序先拱低，再中间，再两侧，最后拱顶。
1.5合适的爆破器材
炸药和雷管也是影响爆破震动的因素。根据爆轰理论,炸药爆轰速度直接影响质点振动速度,故应选用低爆速炸药。
根据施工设备规格和围岩情况，爆破主要技术参数选择如下：
孔径d――炮孔直径，随钻孔机械变化而变化，一般为：d＝（38～48）mm；本隧道选择d=42mm和d=50mm两种炮孔直径。
孔距E――周边眼间距，E＝（10～15）d，取E＝（40～70）cm；
最小抵抗线W――爆破层厚度，即周边眼与最近掘进辅助眼间的最短距离，一般应根据爆破漏斗试验来确定，经验数值计算为：W=E/k，K为爆破孔密集系数，取0.6～0.8；
线装药密度q――单位炮眼长度装药量，取q=(150-250)g/m.
装药不耦合系数λ――炮眼直径与药卷直径比值，λ＝d/φ，取1.1～1.4；
单位耗药量k――爆破单位体积岩石的炸药平均消耗量，0.6～1.2kg/m3；
炮孔利用率η――实际开挖进尺与炮眼钻眼长度之比。
1.6炮孔布置
炮孔布置遵循以下几个原则(炮孔布置图见下图)：
炮眼布置图
①.辅助眼的作用是将槽腔进一步扩大，为后续炮眼的爆破提供良好的临空面条件，为保证爆破效果辅助眼应适当加密；
②.内圈眼装药量过大或过于集中，均会引起对围岩的破坏，设计原则应使炸药量能在内圈眼均匀分布，减少对围岩的爆破破坏；
③.由内向外，逐层均匀布置，分部逐层起爆，逐步接近开挖断面轮廓形状。
④.为了减少爆破震动峰值，全断面分成左右两个爆破区，两个区间利用延时雷管串连，共采用了1~18段电毫秒雷管。
2、地表沉降和振动监测
因为隧道出口处的埋深较浅，加上岩层较差，所以在施工过程中难免会产生地表沉降，增加施工难度和安全隐患，同时也会对当地居民的生活产生干扰。为此，我们需要通过观测沉降而进一步对我们的施工技术和方案进行调整。
地表沉降的具体观测方法。首先，施工之前，在施工过程中可能产生沉降的地点固定埋设标记物（钢筋头），并记录标高。接下来，在施工过程中定期测量该点的标高，并再次记录数据。最后，将施工前后的标高数据进行对比分析，得到地表沉降数据，分析施工对工作区域周围地表的扰动程度，指导下一步的施工进程。
为保证附近居民的生活不被干扰，同时指导下一步工作计划。我们需要对施工过程中产生的振动进行必要的测量。从而而采取措施，控制在施工过程中产生过大的振动。
振动的测量。通过振动测量仪收集振动和数据。通过数据分析，了解我们的施工所产生的干扰程度。进而通过调整工作时间和改进方案来降低所产生的干扰。
3、总结
通过调整爆破方案和开挖方式，保证了在浅埋段的顺利施工。同时也为复杂地质条件下的施工积累了宝贵的经验。使用尽可能多的毫秒雷管段位，采用分部爆破的方法，控制好各段位之间延迟时间，合理的布置炮孔，经过平导扩主洞300m实际施工证明该爆破方案能把爆破影响控制到了最低，满足了爆破规范要求。经过反复论证，隧道开挖采用爆破法得到了业主和监理认可。
（三）平导洞已完成工程量拆除方案
截止2015年6月平导坑完成初支及底板594米，完成二衬20米。
平导洞扩为第二条隧道（主洞）拆除已经施工完成的初支、二衬、铺底时需循环进行，拆除支护时候采用全环拆除，每次拆除1米，拆除完成后进行隧道扩大施工。拆除顺序为：平导二衬拆除→初期支护拆除→扩洞支护施工→拆除平导铺底。
1、平导二衬拆除方法
平导二衬拆除时采用爆破拆除，人工、机械配合清除爆破后的钢筋及杂物。爆破拆除时遵循“多打眼，少装药，先拱后墙”的起爆顺序，尽量减少对围岩和未拆换段的扰动。在进行爆破拆除前先进行洞口导管施工，然后开始拆除洞口段二衬，衬砌砼拆除采用弱爆破的方式进行，局部采用风镐清理。钻孔深度为衬砌砼厚度的2/3（以开槽及每循环爆破揭示厚度为准），炮眼间距为50cm×50cm（环×纵），
采用φ32乳化炸药，单孔装药量为100-200g，装药后必须堵孔，增强爆破效果并且可减少对相邻段落衬砌砼的扰动。二衬拆除完成后进行初期支护拆除。隧道拆除支护爆破施工工艺流程如图：
2、初期支护拆除方案
初期支护拆除前，首先对要拆除的支护进行监控量测，并按照扩洞后的断面进行超前支护的施工。支护采用爆破拆除，人工、机械清理钢爆破后残渣，岩层松软的地方采用破碎锤开挖。拆除的纵向长度为1.0-1.5米，环向为全环，炮眼间距为40～50cm，采用TY28型风枪钻孔，钻孔深度为初支厚度，采用φ32乳化炸药，单孔装药量为60～100g，装药后封堵孔口，增强爆破效果。初期支护的拆除与二衬拆除相类似。爆破完成后，应及时清理，并尽早对扩洞隧道进行开挖支护。据T9第一隧道的施工经验，第二隧道（主洞）开挖采用破碎锤开挖，开挖完成即在扩洞后的掌子面进行喷射混凝土封闭，封闭厚度不少于5cm。初喷结束后立即进行初期支护。第二隧道（主洞）开挖至60米后仰拱及二衬要及时跟进。
3、底板拆除
仰拱及铺底拆除采用破碎机破碎后直接清除，清除完成后进行第二隧道（主洞）仰拱施工。
4、施工过程中的数据采集和技术控制
为了确保工程建设的顺利进行，尽可能减少对当地居民产生干扰，我们需要对附近地区的地表沉降、振动和噪音进行检测，随即调整施工方案并采取相应改进措施。
4.1施工过程中地表沉降的观测
因为隧道出口处的埋深较浅，加上岩层较差，所以在施工过程中难免会产生地表沉降，增加施工难度和安全隐患，同时也会对当地居民的生活产生干扰。为此，我们需要通过观测沉降而进一步对我们的施工技术和方案进行调整。
地表沉降的具体观测方法。首先，施工之前，在施工过程中可能产生沉降的地点固定埋设标记物（钢筋头），并记录标高。接下来，在施工过程中定期测量该点的标高，并再次记录数据。最后，将施工前后的标高数据进行对比分析，得到地表沉降数据，分析施工对工作区域周围地表的扰动程度，指导下一步的施工进程。
4.2 施工过程振动和噪音的检测
为保证附近居民的生活不被干扰，我们需要对施工过程中产生的振动和噪音进行必要的测量。进而采取措施，控制在施工过程中产生过大的振动和噪音。
振动和噪音的测量。我们通过振动测量仪和噪音测量仪收集振动和噪音数据。通过数据分析，了解我们的施工所产生的干扰程度。进而通过调整工作时间和改进方案来降低所产生的干扰。
（四）斜交45°横通道进左主洞
斜交45°横通道主要目的是在左主洞增加一个工作面，起到缩短工期，降低施工成本的作用。下图为施工方案图
（五）塌方处理
在隧道施工中，虽然采取各种措施预防塌方，但是在实际施工中，由于各种原因，此类事件还是防不胜防，难以杜绝。一直以来九号隧道出口岩层较差，施工难度大，在发生塌方事故时我们将采取以下措施。
1、应急措施
（1）现场施工人员立即撤离到安全地带，工班长负责清点人数，并将情况立即报告现场管理人员以及现场工程师和监理工程师。
（2）机械设备有条件转移时，在保证安全的前提下，由现场值班人员指挥快速转移到安全地带。
（3）待坍方处于相对稳定时，由电工检查线路，恢复该地段安全应急照明，确保用电安全。
（4）如有水涌出时，应根据水量的大小，立即组织人员进行应急处理，原则是：堵、排、引结合。待施工方案确定后进行根治。
（5）现场工程师采取摄影、录像等方式记录坍方情况。同时，项目部应急领导小组会同现场监理、设计院配合组共同会勘，分析、确定坍方的性质、规模及其后果，并根据初步判断结果按下列分级程序处理：
如为C级（小型坍方，<50m3）：根据现场会勘结论及施工方案、措施，直接由现场工程师配合施工队组织实施。
如为B级（中型坍方，50-100m3）：现场工程师应立即通知项目部以及监理参加现场会勘，分析发展趋势，制定施工方案、措施，由项目部立即安排实施。应急预案处于预警状态。
如为A级（大型坍方，>100m3）：现场工程师应立即通知项目部启动应急预案，并在8小时内将详细情况书面报监理单位，联合现场办公，评估事件的严重程度，分析发展趋势，采取一切措施控制事态的发展，减小事件对施工造成的影响和损失。
2、塌方的整治
（1）隧道发生塌方，应及时迅速处理，不得随意拖延时间。处理前，必须仔细观察塌方的范围、形状、数量大小及坍体的地质状况、地下水的分布、活动情况等，分析塌方发生的原因，研究制定处理方案。
（2）隧道塌方应根据发生的部位、规模及地质条件、采取“治塌先治水、治塌先加强”的原则，采取喷锚支护、注浆、管棚、加强二次衬砌、设置护拱等技术措施，不失时机、不留隐患地进行处理：
（3）现在九号出口围岩级别为V级，岩体以风化的岩层为主，节理发育，坍体呈碎石状，黏土的含量较高，现今采用“短进尺、强支护”的施工理念，针对此类围岩当发生塌方是我们将采取以下具体措施：
①在保证安全的情况下先利用机械清除塌体。
②利用围岩暂时的基本稳定状态，抓紧时间对塌面采用喷锚支护技术加固未塌的岩层，喷浆时为确保安全，先用破碎锤配合喷浆头进行喷射，厚度在5cm-10cm，使岩层处于封闭状态。
③对靠近塌方段初支面进行加固处理。
④在对塌方段立拱架支护过程中，预留注浆管，待初支完成后施做地拱，最后对塌方区域进行注浆，以保证在二衬未到达前发生不必要的二次事故。
（六）锚段施工
九号隧道属于长大隧道，左主洞设计有六个加高段，右主洞设计有五个加高段，正常段过度到加高段及加高段过度到正常段，都设计有一个锚段。这里主要说一下锚段衬砌的施工，锚段衬砌采用的是拱架与二衬台车相结合的施工方法，这种方法不仅施工快，而且不影响掌子面正常施工。施工方案图见下图。
三、隧道施工成本控制
隧道施工是一项工序复杂难度较大的工作，涉及到大量的机械、材料和人员。管理不善极易造成工序的的混乱和材料的浪费，进而导致事倍功半，高成本低效率的现象。相反，合理的工序衔接和机械调配以及人员安排，不仅可以提高工程的进度和质量，而且能够以最低的成本获取最大的产值。T9隧道开工至今，已经有五年了。通过对长期隧道施工状况的分析和总结，我们得出了重要的结论，要实现节约创效，必须以员工管理为核心，以机械材料控制为关键，相互协调，稳步前进。
人员的管理主要包括合理的分工机制，明确的责任划分和公平的奖罚制度。
合理的分工机制。首先，根据生产任务划分班组，再具体到每一个人工作岗位的划分。每个人的精力和时间都是有限的，管的太多容易混乱，而且什么都做不好，影响整体的工作开展。比如各班组的划分，值班人员和技术人员的划分，不仅使每个人都处在自己最适合的岗位上，而且工作难度也相应降低，提高了岗位的专业化程度。分工之后，每个人都会明确工作的内容，做好本职工作，少操心，多干事，劳逸结合效率自然就高。
明确责任划分，就是指不同层次的管理人员要负起相应的责任。比如负责值班的人，要熟悉洞内作业情况，做好各工序的衔接和各机械的调度工作。事实证明，工序衔接的好坏与否，直接影响到施工循环的时间长短。再比如技术管理人员，要及时检测现场初支收敛情况，判断岩层类型，再根据岩层类型调整拱架断面预留大小，以此避免因拱架预留太大而导致混凝土的浪费和因拱架预留过小而导致返工换拱。而洞内的安全员，需要时刻监督隧道生产工作，及时排除安全隐患，确保工人的人身安全。总之，明确责任后，就能督促工作人员严格要求自己，各司其职，避免因为疏忽大意而造成工作失误。
公平的奖罚制度。奖罚制度可以有效地刺激员工工作的积极性。公平的奖罚制度就像一把尺子，它让努力工作的人得到一定的物质和精神奖励，促使其继续保持和发扬这种精神，同时让懈怠的人受到一定的处罚，从而意志坚定，迎头赶上。同样的100块钱花费在材料上和奖励给员工其带来效果是截然不同的，所以员工的奖励工作是极其重要的。我们规定每个月20%的工资与当月的工作质量、效率及施工进度挂钩，其浮动幅度为工资的-20%~30%。每月根据每位员工完成工作情况及完成进度情况进行考核，成绩优秀的予以奖励，工作懈怠的加以惩戒，以此来调动员工的工作积极性。
除此之外，在人员管理过程中，一个特别需要我们注意的问题就是和当地人的沟通。因为语言障碍和文化差异，我们的一些管理制度，当地人不一定能够理解和接受，这就要求我们要想方设法使得当地人服从管理，统一工作步伐。比如，对于路远的工人，提前通知上班。对待在工作中饮酒和滋事的人员，耐心的阐明利害，严肃的说服教育，对于顽固不化屡教不改的，予以开除，惩前毖后。同时，应该加强对本地人进行安全教育和技术培养，增强安全意识，提高防护能力和工作能力。与中国工人人工费用相比，当地工人的人工费较低，在不影响工作的条件下，增加当地员工，提高外籍员工比例，这也是一个降低施工成本的重要措施。在工作中提高当地员工的安全意识和工作技术的同时，发挥中国员工的骨干带头作用。这既是员工管理的一个重要课题，也是控制节约成本的一项行之有效的方法。
机械和材料的控制。包括机械的管理调度和维修保养，材料的出库管理和用量节约。
机械的管理调度有两个方面，管理指机械和人员的相互配合，调度是指各工作段机械的使用情况。在机械使用过程中，驾驶员或者操作员，必须充分了解机械的性能和现实状况，在使用前和使用后都清查一遍，出现问题，及时检修，避免使用过程中发生故障影响工作。在机械调度中，应先近后远，避免来回转移机械造成的无功损耗。机械的维修保养。在平时使用过程中细心爱护，时常清洗，定期维护。并对操作人员进行培训，增强其应对突发机械事故的能力，进一步提高操作者的综合业务素养。
材料的出库管理和用量节约。材料的出库采取登记制度，并根据平均使用情况对相应的人员采取奖罚措施。比如对同一班组的每个成员间的对比，同一班组的不同月份的使用总量加以对比，奖功罚过。贯彻培养全体员工的节约创效意识，须知材料用量的节约需要全体人员的密切配合，比如开挖班对超欠挖的控制，二衬班对仰拱二衬厚度的把握，测量人员对于立架位置的确定，技术人员对于拱架预留的设计以及驾驶员对车辆的爱护等都与材料节约是分不开的。但是，节约一定要合理，不能盲目减少人员机械和材料用量，因为表面上的节省，或许在综合效益面上考虑却是浪费的。比如，喷锚时速凝剂的把握，假如喷锚时多用了速凝剂，但节约施工时间，提高了施工进度，同时也节约了人工费用，这样综合起来考虑，是物尽其用适得其所的。所以，合理的节约应该建立在不影响施工进度和质量，并且在不增加隐性成本的前提下，减少材料投入。
根据以上几点原则，结合隧道实际工作情况。认真贯彻实施，并在工作实践中不断总结和完善，努力实现节约创效的目标。