談隧道設(shè)計(jì)及施工工藝

朱 啟 韜

(云南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，云南 昆明 650011)

談隧道設(shè)計(jì)及施工工藝

朱 啟 韜

(云南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，云南 昆明 650011)

介紹了隧道的作用及類型，對(duì)隧道設(shè)計(jì)及施工工藝進(jìn)行了研究，探討了隧道平面布置、埋置深度、橫斷面尺寸形狀的確定依據(jù)，對(duì)科學(xué)合理地設(shè)計(jì)與施工隧道具有重要的意義。

隧道，施工，圍巖，長度，設(shè)計(jì)

隧即洞，道即路。隧道在古代，或天然形成，或人工挖掘形成，或動(dòng)物掏成。在山中、地下、水下均有隧道，用于行走或棲身。用以車行，人走最多。動(dòng)物掏之者叫做洞，只能動(dòng)物藏行。為人類需要而創(chuàng)造，人類挖掘的隧道能行車行人，過水，管線通過，藏人藏物，取礦藏，或作為軍事用途。

本文單就人工挖掘隧道而論，古代，人行車行隧道很少，現(xiàn)代隧道行人行車用途較多而難論?，F(xiàn)代主要分為：鐵路隧道、公路隧道、人行隧道，在山中有、地下有、水下亦有；長、短、高、矮、寬、窄、彎、直盡有，其平面布置、埋置深度、橫斷面尺寸、形狀均依用途要求而確定。隧道挖掘有難有易，難者居多，易者較少。鐵路隧道火車獨(dú)行，可謂獨(dú)來獨(dú)往“唯我獨(dú)大”。公路隧道可車行、人行，其功能多而適用。

公路隧道(有分離式、小凈距、連拱隧道之分)與鐵路隧道挖掘都有規(guī)有矩，有規(guī)范可遵行。設(shè)計(jì)則依標(biāo)準(zhǔn)、地形、地質(zhì)而設(shè)計(jì)。其長度有短有長：公路隧道將其長度L>3 000 m稱為特長隧道、長度1 000 m

公路隧道與鐵路隧道施工都是大同小異,不同者為使用的對(duì)象。隧道施工則依地形、地質(zhì)、水文而采用不同的施工方法,施工設(shè)備。公路隧道將其所在位置的地質(zhì)稱為圍巖，并分為六級(jí)。一至六級(jí)圍巖依次為：堅(jiān)巖、硬巖→完整巖→破碎巖→軟巖→硬土→軟塑土與泥砂(詳解見公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范)。

隧道施工方法依據(jù)設(shè)計(jì)的斷面，圍巖級(jí)別而選擇。隧道施工方法多而復(fù)雜，常見隧道施工方法有：鉆爆法(又謂礦山法)、淺埋暗挖法、盾構(gòu)法、頂管法、明挖法、地下連續(xù)墻法、TBM法等；在此等探索積累施工方法的基礎(chǔ)之上，20世紀(jì)80年代新奧法設(shè)計(jì)施工理論傳入中國,新奧法則集設(shè)計(jì)、施工、隧道結(jié)構(gòu)(體系)、隧道使用狀態(tài)(結(jié)果)等被廣泛應(yīng)用。新奧法則能從巖體力學(xué)的觀點(diǎn)出發(fā)，并結(jié)合支護(hù)設(shè)計(jì)與施工,將隧道的圍巖結(jié)構(gòu)(圍巖級(jí)別)和各種支護(hù)結(jié)構(gòu)作為一個(gè)完整體系的支護(hù)理論與施工方法謂之新奧法(有人又稱之為噴錨構(gòu)筑法)。

隧道的結(jié)構(gòu)依圍巖級(jí)別與滲、排水的需要而設(shè)計(jì)。常見的則有：排水網(wǎng)管、錨桿、鋼筋網(wǎng)噴混凝土，鋼筋混凝土支護(hù)，石砌支護(hù)等。

隧道的出現(xiàn)對(duì)穿越地形障礙，縮短路線長度，并兼有防空軍事和不占地面等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)公路與鐵路而言：則有穿山越嶺、避冰雪之患、縮短里程、降低縱坡，是無可替代的地下建筑物。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，隧道的掘進(jìn)機(jī)械化程度也有了極大的進(jìn)步，使隧道的掘進(jìn)速度取得了長足的進(jìn)步。隧道發(fā)展和利用是當(dāng)今與未來人類解決異地往來集科技之大成的理想建筑物。其發(fā)展也日新月異。

現(xiàn)代的公路與鐵路隧道修建是建立在理論與實(shí)踐的基礎(chǔ)之上，并制定有公路、鐵路《隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》和《隧道施工技術(shù)規(guī)范》，在《隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》和《隧道施工技術(shù)規(guī)范》指導(dǎo)之下，使設(shè)計(jì)和施工人員有章可循，有規(guī)可遵。

設(shè)計(jì)人員可根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范和相應(yīng)的地質(zhì)資料進(jìn)行設(shè)計(jì)，在隧道設(shè)計(jì)過程中；設(shè)計(jì)人員須具備相應(yīng)的隧道理論和地質(zhì)知識(shí)，才能進(jìn)行設(shè)計(jì)，隧道的設(shè)計(jì)須根椐相應(yīng)的地質(zhì)資料進(jìn)行各專項(xiàng)設(shè)計(jì)，如：洞口形式、隧道的幾何尺寸(隧道形狀)擬定、襯砌厚度及類型、排水、供電、通風(fēng)、照明、標(biāo)志等專項(xiàng)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)的只是在圖紙上將隧道形象化,要使設(shè)計(jì)變?yōu)閷?shí)實(shí)在在的行車隧道或?qū)Ｓ盟淼?還需要專業(yè)的建設(shè)隊(duì)伍進(jìn)行施工建造才能將設(shè)計(jì)圖紙變成可用之隧道,隧道在施工過程中需要對(duì)隧道的圍巖級(jí)別進(jìn)行甄別，以確定其施工方案及襯砌厚度及防護(hù)措施，由于隧道在掘進(jìn)過程中圍巖級(jí)別千變?nèi)f化，為了準(zhǔn)確的判斷圍巖級(jí)別，借助先進(jìn)的科學(xué)儀器超聲波—地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行圍巖級(jí)別的預(yù)測判定，地質(zhì)雷達(dá)的操作需要對(duì)整個(gè)掘進(jìn)工作面進(jìn)行全面的網(wǎng)點(diǎn)布置才能對(duì)圍巖級(jí)別準(zhǔn)確預(yù)測(但準(zhǔn)確的探測深度局限在一定范圍內(nèi))，故需要在施工過程中結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判別才能確定施工的方案和防護(hù)措施，即根據(jù)不同的圍巖級(jí)別采取不同的設(shè)計(jì)和不同的掘進(jìn)方法(也可叫隧道動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)法和隧道動(dòng)態(tài)施工法)。

隨著社會(huì)的進(jìn)步，科技的發(fā)展，隧道掘進(jìn)設(shè)備也隨著科技的發(fā)展在不斷更新，日掘進(jìn)的速度也在不斷提高。特別是：近30多年來“盾構(gòu)隧道掘進(jìn)機(jī)”的發(fā)展，越來越受到隧道建設(shè)者的青睞,“盾構(gòu)隧道掘進(jìn)機(jī)”在城市的地下，水底下，山嶺區(qū)的長隧道施工越來越普及。而且也發(fā)揮了其優(yōu)越性和先進(jìn)性，這對(duì)發(fā)展城市交通，加快公路、鐵路建設(shè)有著較大的推動(dòng)作用。由于“盾構(gòu)隧道掘進(jìn)機(jī)”在城市的地下施工過程中，地面上不用大面積拆遷，不阻斷交通，施工無噪聲，地面不沉降，不影響居民的正常生活，且施工功效與常規(guī)的施工工藝相比較可提高5倍～8倍,而得到了建設(shè)者的喜愛，但若應(yīng)用在短隧道中施工成本會(huì)有所提高(因盾構(gòu)機(jī)較龐大,重量較重(400 t以上),搬遷費(fèi)用較高)，故在施工前需作成本方案比較。隧道的功能在公路、鐵路中起到了不可缺少的重要作用,對(duì)發(fā)揮社會(huì)效益和推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著重要意義。

隨著社會(huì)的進(jìn)步，人們精神、物質(zhì)需求的增長,隧道的設(shè)計(jì)建設(shè)將會(huì)更趨科學(xué)、先進(jìn)，給社會(huì)經(jīng)濟(jì)增長,市場繁榮帶來無限光明的前景,對(duì)實(shí)現(xiàn)中國夢(mèng)有著一定的積極作用。

通過對(duì)隧道設(shè)計(jì)施工工藝的概述，以通俗的語言文字將隧道的設(shè)計(jì)、建設(shè)、施工、隧道的功能、應(yīng)用范疇、盾構(gòu)隧道掘進(jìn)機(jī)的應(yīng)用等作了一定的表達(dá)，對(duì)了解隧道的基本常識(shí)，起到了拋磚引玉的作用，并可通過本序論中的隧道專業(yè)術(shù)語去了解更多的關(guān)于隧道設(shè)計(jì)，施工，機(jī)械，設(shè)備等知識(shí)。對(duì)設(shè)計(jì)，施工人員如何掌握相關(guān)知識(shí)，做到對(duì)設(shè)計(jì)施工的更科學(xué)、合理的要求，提供了一定幫助。

[1] JTG D70—2004，公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] JTG D20—2006，公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] 鄭明偉.公路隧道結(jié)構(gòu)防排水探討[J].山西建筑，2014,40(17):188-189.

[4] JTG B01—2014，公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].

Discussion on tunnel design and construction technology

Zhu Qitao

(YunnanCommunicationsPlanningandDesignInstitute,Kunming650011,China)

This paper introduced the tunnel function and type, researched the tunnel design and construction technology, discussed the tunnel layout, embedded depth, the determination basis of cross section size and shape, had significance scientific and reasonable design and the construction of the tunnel.

tunnel, construction, surrounding rock, length, design

2015-01-12

朱啟韜(1981- )，女，工程碩士，工程師

1009-6825(2015)09-0170-02

U455

A