公路隧道設(shè)計與施工技術(shù)探究

摘要：近年來，隨著我國對公路隧道建設(shè)越加重視，在制度上提出了設(shè)計施工一體化，可見隧道設(shè)計與施工技術(shù)之間有著非常密切的聯(lián)系。施工技術(shù)的進展是在設(shè)計的基礎(chǔ)上開展的，設(shè)計也會隨著施工的實際情況而存在變更的可能。因此，為了促進我國公路隧道設(shè)計與施工技術(shù)的一體化發(fā)展，需結(jié)合相關(guān)理論知識與實際工程概況展開研究。

關(guān)鍵詞：公路隧道；隧道設(shè)計；隧道施工；隧道建設(shè)；地質(zhì)環(huán)境 文獻標(biāo)識碼：A

中圖分類號：U456 文章編號：1009-2374（2016）07-0078-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.07.040

近十年來我國的公路隧道建設(shè)得到了迅猛的發(fā)展，每年以60萬延米的速度不斷增長，因此對隧道的設(shè)計也提出了更高的要求?？v觀國內(nèi)外隧道設(shè)計的研究成果是十分豐富的，因此國內(nèi)公路隧道設(shè)計的理論體系也非常多。目前，我國公路隧道設(shè)計已經(jīng)與國際水平接軌，并且在施工技術(shù)方面的成就也有了很大的進步。我國國土面積之大，不同地區(qū)的地質(zhì)環(huán)境會有所不同，所以在隧道建設(shè)中采用的施工技術(shù)也各不相同。本文以福建A公路為例，對其隧道設(shè)計與施工技術(shù)進行深入分析，旨在促進我國公路隧道設(shè)計與施工技術(shù)的共同發(fā)展，并打造高質(zhì)量的隧道工程。

1 工程概況

A公路隧道處于地勢西北高東南低的福建省境內(nèi)，因福建省復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造特征，該工程隧道地質(zhì)特征也比較復(fù)雜。該公路隧道進口段主要被花崗巖覆蓋，分布不均，其他為砂土填充，砂層厚度超過2m，屬于V級圍巖。隧道出口鄰近U字形溝槽，溝槽內(nèi)常年積水。對該工程造成影響的地質(zhì)因素主要是隧道進口多塊石堆積層，經(jīng)雨水沖刷容易在洞門外淤積。

2 A公路隧道設(shè)計

2.1 設(shè)計原則

（1）遵循《公路工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（JTG D70-2013）和《公路隧道設(shè)計規(guī)范》（JTG D70-2013）中的相關(guān)規(guī)定；（2）洞口要設(shè)置洞門，洞門結(jié)構(gòu)可以是柱式、端墻式、臺階式等，洞門結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)洞口的具體地質(zhì)情況和施工特點進行設(shè)計；（3）當(dāng)隧道中線和隧道洞口地形的等高線斜交時，洞門結(jié)構(gòu)宜采用斜交式，線路中線和端墻的交角應(yīng)大于45度；（4）隧道內(nèi)部輪廓的設(shè)計除了要符合隧道建設(shè)規(guī)定，同時要保證洞內(nèi)設(shè)備齊全，比如洞內(nèi)的排水設(shè)施、通風(fēng)、檢修道、照明以及運營管理等設(shè)施；（5）公路隧道施工圖的設(shè)計遵照《公路隧道設(shè)計規(guī)范》（JTG D70-2013）中推薦的隧道內(nèi)輪廓建設(shè)；（6）位于風(fēng)景區(qū)、城鎮(zhèn)、車站附近的隧道洞門設(shè)計要符合建筑美觀要求，與城市建設(shè)和環(huán)境保護相協(xié)調(diào)；（7）注重隧道“監(jiān)控量測”以及“地質(zhì)超前預(yù)報”。

2.2 洞門設(shè)計

為了保證周圍環(huán)境不受到過大的破壞，本隧道洞口應(yīng)結(jié)合福建的地貌地形進行整體設(shè)計，并且在洞口周圍種植與地形特征相符的綠色植物。

2.3 隧道襯砌設(shè)計

本路段隧道襯砌結(jié)構(gòu)主要根據(jù)圍巖的地質(zhì)條件及施工條件分為淺埋和深埋段復(fù)合式襯砌、明洞襯砌。除Ⅴ級圍巖土質(zhì)的隧道可以使用礦山法原理進行設(shè)計以外，其他襯砌均使用新奧法原理進行設(shè)計施工；通過工程類比等計算方法確定襯砌設(shè)計支護參數(shù)；在圍巖比較差的地段，其襯砌應(yīng)向圍巖較好的地段延長10m左右，并且在主洞與車行橫通道交叉地段設(shè)置加強段襯砌，襯砌材料均使用鋼筋凝土；明洞襯砌的拱墻、仰拱鋼筋混凝土強度為C25。

2.4 通風(fēng)與照明設(shè)計

一方面，根據(jù)相關(guān)設(shè)計規(guī)范并結(jié)合當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境，本隧道通風(fēng)設(shè)計為射流風(fēng)機誘導(dǎo)式通風(fēng)；另一方面，本隧道考慮到其長度應(yīng)設(shè)置電纜槽。隧道內(nèi)供電采用380/220V的三相四線系統(tǒng)以及380V動力設(shè)備。

2.5 防排水設(shè)計

（1）洞內(nèi)防排水。為了能夠有效將襯砌背后的積水排出，本隧道內(nèi)沿著巖面環(huán)向設(shè)置透水管，透水管和墻底部縱向排水管（Φ10Omm）相連，并且每30m布設(shè)一處橫向引水管，把縱向排水管里的水引入到側(cè)溝內(nèi)，再由側(cè)溝從引水道排向隧道外；（2）洞外防排水。在隧道進口端洞外的側(cè)溝布設(shè)5%的反坡排水，并且在距洞口外1～2m處地面設(shè)一處深3m、寬4m的橫向盲溝來攔截路面水；（3）明洞防排水。明洞采用黏土隔水層及外貼式防水層；（4）隧道防排水。隧道防排水采用“防、截、排、堵”相結(jié)合的防滲方案。在施工前根據(jù)掌握的資料結(jié)合地形對地下出水情況進行分析和水量計算，制定最佳的排水措施。除此之外要對該公路隧道內(nèi)部的出水位置、水量大小、變化規(guī)律以及水質(zhì)成分等做好相關(guān)的勘測與記錄，達到邊墻和拱部不滲水、道床不冒水不積水的效果。

3 A公路隧道施工技術(shù)與方法

3.1 施工測量

（1）測量隊組織隧道控制測量，繪出隧道以及隧道內(nèi)各設(shè)備位置示意圖和線路樁點。沿隧道方向每100m處設(shè)臨時水準(zhǔn)基點，每150m處設(shè)導(dǎo)線控制點，同時核對線路的中線是否準(zhǔn)確；（2）施工現(xiàn)場的所有測量儀器標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一并派專人保管維護。如果在測量中儀器參數(shù)不符合規(guī)范要及時校準(zhǔn)或更換，保證測量數(shù)據(jù)無誤；（3）記錄各項測量數(shù)據(jù)并匯報給監(jiān)理部門；（4）得到批復(fù)后開始進行洞口邊的仰坡施工的放樣測量。

3.2 隧道開挖

（1）開挖方法與進尺控制。隧道進出口的開挖方法均采用正臺階法。上部臺階長為5m，先對上半段面施工并做好支護工作，使用風(fēng)鉆進行鉆孔，下部開挖使用鉆孔臺架風(fēng)鉆進行鉆眼，兩者每循環(huán)進尺不超過1m。遇到Ⅲ級圍巖開挖則采用全斷面法，鉆眼使用液壓鑿巖臺車，循環(huán)進尺控制在3m以內(nèi)；（2）爆破作業(yè)。該段工程使用非電導(dǎo)爆系統(tǒng)。每個鉆孔區(qū)域由專人負責(zé)，裝藥也由專門的爆破技術(shù)人員負責(zé)。在這一過程中，技術(shù)人員必須對爆破技術(shù)非常熟練，能夠正確使用炸藥的用量以及雷管的段數(shù)。在鉆孔之前要確定開挖斷面的中線以及水平輪廓，鉆孔要以“準(zhǔn)、平、直、齊”為標(biāo)準(zhǔn)并滿足相關(guān)精度要求（各孔誤差均已不超過3cm為準(zhǔn)）。完成鉆孔以后對符合標(biāo)準(zhǔn)的孔填裝炸藥，不符合標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)重新鉆孔方可開始裝藥爆破。在填裝炸藥前要將炮孔清理干凈，以免爆破受到其他物質(zhì)的影響。隧道進出口根據(jù)設(shè)計做好相關(guān)加固工作后，Ⅴ級圍巖使用微臺階法開挖，錨、噴、網(wǎng)及型鋼支護。待開挖完畢初噴混凝土4cm厚度，然后布設(shè)錨桿及掛網(wǎng)，最后架立鋼架并噴射15cm厚的混凝土，尤其是鋼架處要加厚噴層，確保鋼架穩(wěn)定和整體受力。

3.3 支護作業(yè)

支護作業(yè)是隧道施工中的重要環(huán)節(jié)，其中分兩次噴射混凝土，每完成一次爆破要及時清理圍巖并采用濕噴機開展初噴作業(yè)，在最短的時間內(nèi)將開挖面封閉以防止圍巖變形。下一步是出碴作業(yè)，出碴完成后是鉆爆車進場，要先對錨桿進行鉆孔，錨桿鉆孔的深度誤差控制在20cm內(nèi)。然后針對出噴不合格的地方進行混凝土補噴，新噴混凝土要根據(jù)要求進行灑水維護。需要注意的是在Ⅴ級圍巖地段安裝錨桿時也要安裝鋼型鋼架，以此確保隧道施工的安全與質(zhì)量。支護作業(yè)應(yīng)遵照工程施工標(biāo)準(zhǔn)實施，相關(guān)人員負責(zé)全程監(jiān)控與指導(dǎo)。

3.4 隧道襯砌

該隧道的襯砌形式是整體式襯砌，所以使用襯砌臺車對拱墻一次襯砌。襯砌模型使用樣式簡單接縫嚴密的金屬大模板。根據(jù)設(shè)計制作定擋頭板。灌注則使用混凝土輸送泵。施工當(dāng)中，拱墻兩側(cè)同時進行灌注，兩側(cè)高度誤差控制在1m內(nèi)。隧道Ⅴ級圍巖需要考慮防震因素，所以全斷面襯砌要使用鋼筋混凝土，其他位置可以使用素混凝土。鋼筋的安裝與使用要按照設(shè)計和標(biāo)準(zhǔn)嚴格實施，另外還需要注意以下三點：（1）低溫混凝土配合比和用量都要符合設(shè)計與施工標(biāo)準(zhǔn)；（2）隧道基底的虛碴、積水和雜質(zhì)必須及時清理干凈，尤其是混凝土不得導(dǎo)入積水基坑；（3）達到一定時間后拆除模板，對襯砌進行養(yǎng)護，養(yǎng)護時間為兩周。

3.5 隧道防排水

第一，洞內(nèi)施工排水。因為采用的是仰拱，所以要在洞內(nèi)集水坑然后將水匯入到這些坑內(nèi)，最后采用泥漿泵將水排到洞外。

第二，隧道防排水。使用多種防排方案，實現(xiàn)“防、排、堵、截”相結(jié)合。其中防水板的施工技術(shù)如下：（1）安裝防水板之前要安裝好軟式透水管盲溝。檢查防水板的質(zhì)量，禁止將有色變、刀痕、小孔等問題的防水板帶入施工場地。在防水板邊緣10cm處做搭接線記號，邊墻、拱部分段鋪設(shè)防水板，在拱部畫出中心線，卷起備用。然后接通電源，切割鋼絲網(wǎng)露頭做好各項材料的準(zhǔn)備工作。（2）固定防水板。鋪設(shè)防水板時，拱部防水板的中線要與隧道中線重合，在防水板邊緣5cm處開始錨定，間距0.5m，板邊固定點距邊緣5cm，間距為1m，以此向下展開。（3）以搭接寬度10cm為標(biāo)準(zhǔn)黏接防水板接縫。黏縫若不符合質(zhì)量要求要及時修補。

3.6 隧道監(jiān)控量測要點

在施工中，除了高效發(fā)揮以上施工技術(shù)，監(jiān)控量測作為隧道施工中的重要組成部分，其作用是非常巨大的。因此根據(jù)隧道設(shè)計，進行監(jiān)控量測要注意以下九點：（1）監(jiān)控量測貫穿整個隧道施工過程。主要是通過收集測量數(shù)據(jù)以及分析結(jié)果掌握各項施工技術(shù)的可行性，從而起到預(yù)防施工風(fēng)險以及保證施工質(zhì)量的作用；（2）在施工前，對承包商進行控制點復(fù)測與審核，尤其是周邊收斂、位移量測、拱頂下沉量測、錨桿內(nèi)力抗拔、掌子面地質(zhì)素描等；（3）明洞工程開挖前，要測量放線及仰坡頂截水溝和洞口段的排水系統(tǒng)檢驗合格后才能實施。開挖之后尺寸與邊仰坡坡率要實現(xiàn)設(shè)計要求；（4）洞身開挖中必須嚴格對爆破設(shè)計進行監(jiān)控，尤其是巖石最小抵抗線及周邊眼間距的測量以及起爆位置的確定要進行嚴格控制；（5）隧道開挖遇到煤層時，應(yīng)嚴格測量瓦斯?jié)舛?，并防止煤層瓦斯逸入坑道；?）嚴格控制超欠挖，采用激光斷面儀測量凈空斷面，每隔5～10m檢測一個斷面，當(dāng)發(fā)現(xiàn)超欠挖時立即調(diào)整鉆爆參數(shù)；（7）隧道初期支護的監(jiān)控量測必須根據(jù)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)做好錨桿支護、鋼筋網(wǎng)支護、噴射混凝土支護等技術(shù)的監(jiān)控量測，其中噴射砼施工中對噴射距離、角度要進行嚴格測量和控制；（8）隧道二次襯砌要以砼強度、厚度、鋼拱架間距、空洞情況的檢測作為監(jiān)控量測的重點；（9）隧道防排水監(jiān)控量測中，洞內(nèi)順坡排水的坡度與線路坡度要一致，此外要加強防水板的監(jiān)控量測。

4 結(jié)語

隨著社會經(jīng)濟的進步，公路隧道在設(shè)計及施工和運營管理方面都日益成熟，但是與此同時，新技術(shù)、新材料以及新工藝的研究與應(yīng)用也層出不窮，使得設(shè)計與施工在一定程度上難以同步發(fā)展，所以為了有效解決這一問題，在今后的公路建設(shè)中需要不斷地完善與改進。本文針對福建某公路隧道建設(shè)進行了分析，希望能夠為公路隧道的建設(shè)起到積極的促進作用。

參考文獻

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作者簡介：田永志（1978-），男，河南平輿人，廈門合誠水運工程監(jiān)理有限公司中級工程師，研究方向：工程建設(shè)施工監(jiān)理。

（責(zé)任編輯：王 波）