1.概  述

为了适应隧道复杂的施工环境，新奥法通过将锚杆和喷射混凝土组合在一起，运用围岩顶拱对荷载的自承能力，保证隧道内部的稳定性。施工工序的合理性对隧道施工进度、安全的影响巨大^[1]，通过合理的工序优化，可以直接节约工期，产生巨大的经济效益。故针对隧道新奥法施工工序优化的分析与研究是十分有必要的。

巴基斯坦某水电站工程，是一座位于巴基斯坦开伯尔-普赫图赫瓦省的昆哈尔河上高水头冲击式水力发电工程，配备4台冲击式水轮机，总装机容量884 MW。水电站由54.5m高堆石坝、溢洪道、动力进水口、22.6km引水隧洞、调压井、压力管道、地下厂房、尾水隧洞、出线洞、交通洞等组成，其中交通洞位于厂房区昆哈尔河右岸，横截面为倒“U”型自由截面，尺寸7.0m×9.0m，长697m，总开挖断面面积74.6m²，坡度约7.9%。

针对Q3类围岩，交通洞工程施工前三个月每月进尺分别为60.5m、52.5m、47m，每循环进尺平均3.0m，平均用时41个小时（不含二次支护）。由于爆破设计未优化，产生异常欠挖或超挖需要处理，施工组织不到位，造成工序衔接混乱，每循环耗时长，进尺非常不理想。为了提高施工效率，做好施工组织，优化各工序搭接，项目部开展了工序分析和优化。

2.围岩分类

本工程采用的围岩分类体系为合同约定的NGI-Q指标法，又称NGI隧道质量指标法，该方法是挪威的N.Barton等人在1974年根据对以往地下开挖工程稳定性的大量实例分析研究后提出的^[2]。分类指标Q值由下式确定：

式中：RQD—岩体质量指标；J_n—节理组数系数；J_r—节理面粗糙度系数；J_a—节理蚀变系数；J_w—节理含水折减系数；SRF—地应力影响折减系数。

合同具体的围岩等级划分见下表。整个交通洞Q2&2a类围岩占比约13.7%，Q3类围岩占比约56.6%，Q4类围岩占比约29.7%。

3.新奥法施工工序

本项目隧洞修建采用新奥法原理，根据项目围岩等级、周边环境与施工条件等合理选择开挖、支护方法^[3]。交通洞工程采用两台阶法或全断面法开挖，整个前期开挖支护主要包括：开挖面标记、钻孔、装药、爆破、通风、出渣、排险、测量、欠挖或超挖处理（如有）、地质素描、初喷、挂钢筋网（Q4、Q5、Q6类围岩安装钢格栅）、锚杆安装钻孔、锚杆安装、复喷等15道施工工序，后期第二次支护和封底^[4]待整个隧洞第一次支护完成后统一施工。

4.工序优化分析

4.1爆破标记与钻孔

根据现场施工记录，前期12-16个工人钻120-150个孔的标记和钻孔需要4-5个小时。现场供水和通风超过1个小时。交通洞人工采用气腿式钻机的钻孔速率大概在10-12分钟/4米，多臂钻车平均需要5分钟/4米，人工钻孔速率大大低于多臂钻车。具体采用如下措施优化钻孔和爆破时间：

(1) 增加钻孔工人，配置多臂钻；

(2) 保证掌子面足够和不间断的供气和供水；

(3) 做好施工组织，降低准备时间；

(4) 做好工序搭接，爆破标记的同时，进行锚杆安装。

通过以上优化，该工序节省40%~50%的时间。

4.2出渣

根据施工记录，出渣时使用的是2.3m³装载机和20t的自卸车，但是由于自卸车未设置挡板导致不能满载，极大的增加了出渣时间，出渣时间平均为7.5小时。为了解决缩短出渣耗时，专门做了可行性测算：每次循环方量约为74.6(断面面积)×3.5(循环长度)×1.3(松方系数) = 339.4 m³，自卸车每车满载18m³，从掌子面运送到洞口时间约为12分钟，故单次循环出渣时间为3.8小时，单次循环出渣目标时间控制在4小时以内可行。具体采用如下措施优化出渣时间：

(1) 设置后挡板增加自卸车装载能力，降低运输安全风险；

(2) 配置熟练的技工和司机降低机械的操纵时间；

(3) 通过增加自卸车省掉自卸车的等候时间；

(4) 随着隧洞长度的增加合理设置壁龛方便错车；

(5) 加强洞内和洞口外的交通管理；

(6) 出渣的同时，进行供料准备，确保及时初喷。

通过以上优化，该工序降低到4个小时。

4.3测量和地质素描

初期地质素描和测量活动同时进行，耗时70~90分钟。通过部署经验丰富的地质工程师，在各方共同见证的情况下可缩短地质素描和确定围岩类别的时间，可将整个工序耗时缩短至50分钟。此外，初喷的准备/组织可以与测量和地质素描同时进行。

4.4欠挖和超挖

前期爆破设计未有针对性，不同的围岩装药量一致，产生异常的欠挖和超挖，导致每循环耗时耗力。后期根据不同的地质条件控制装药量，优化爆破设计，降低超挖和欠挖概率，整体工序耗时将降低40%。较小的欠挖部分可采用手提钻代替爆破进行清理，较大的欠挖位置可在下一轮爆破中进行清理，尽量不占用本循环有效时间。

4.5初喷

喷射混凝土耗时太长，应该严格优化以减少循环的时间。主要原因有：超挖，混凝土供应不上，喷浆机械故障，粗骨料堵塞喷头，以及由于未设置排水孔引起渗漏而造成的混凝土脱落浪费。具体采用如下措施缩短初喷时间：

(1) 采用良好的爆破设计控制，避免消耗更多的混凝土；

(2) 严格控制骨料/混凝土质量以避免堵塞喷嘴，保证工料持续；

(3) 如果出现渗漏，立即安装排水孔进行排水以便减少混凝土浪费。

通过以上优化，该工序控制在1小时以内。

4.6锚杆钻孔和安装

锚杆钻孔、安装和注浆时间通过以下措施优化：

(1) 改用多臂钻，部署多臂钻以提高钻速；

(2) 灌浆准备应与岩石钻孔同时开展；

(3) 增加一个灌浆团队和灌浆设备，灌浆时间可缩短一半；

(4) Q4和其他较弱岩石的岩石锚固活动，同时进行下一轮爆破钻孔准备及钻孔。

通过以上优化，该工序时间从原来的8小时缩短为4小时。

4.7复喷

施工顺序应同步化，以便初喷和复喷总是保持滞后2或3个循环，从而使复喷工序不占用工序有效时间。通过现场和搅拌站之间良好的沟通，有助于缩短喷射混凝土运等待时间。

5.结语

文章介绍了巴基斯坦某水电站交通洞工程施工工序优化方案，通过爆破优化和工序搭接优化等措施，将每循环时间平均控制在20小时以内，月进尺突破100m目标。交通洞开挖支护的工序优化经验，为项目其他隧洞施工提供了技术和经验支持，所取得的经验对同类型隧洞施工具有较好的指导意义。

参考文献

[1] 苏燕中,张粒,曾文浩.特大断面隧道施工工序优化研究[J].交通节能与环保,2021,17(05):109-113.

[2] 吴章利,吴强.几种常用隧道围岩分类方法的综合运用[J].西部探矿工程,2011,23(09):214-216.

[3] 蒋帆,刘中文.隧道软弱围岩新奥法施工技术分析[J].工程技术研究,2020,5(20):55-57.

[4] 沈炎.新奥法施工在隧道中的应用与分析[J].科技创新导报,2020,17(06):10+12.