公路隧道施工技術(shù)與質(zhì)量控制研究

（浙江交工國際工程有限公司，浙江杭州 310051）

1 公路隧道工程施工方法

1.1 明挖法

明挖法隧道施工是挖開地面進(jìn)行隧道主體結(jié)構(gòu)建設(shè)，再回填基坑恢復(fù)地面。明挖法施工主要施工流程包括圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工、內(nèi)部土方開挖和結(jié)構(gòu)施工、防水施工以及管線施工。圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工是重點(diǎn)，常見的圍護(hù)類型包括地下連續(xù)墻和水泥攪拌樁，其中，連續(xù)墻施工是利用挖槽機(jī)械在地下挖出溝槽，再澆筑相應(yīng)的材料形成具有防水、擋土和承重功能的連續(xù)地下墻體。

1.2 暗挖法

隧道工程暗挖法施工中包含礦山法、盾構(gòu)法和隧道掘進(jìn)機(jī)法。其中，礦山法是一種比較傳統(tǒng)的施工方式，其基本原理是隧道開挖后受到爆破的影響使巖體破裂形成松弛狀態(tài)后形成了巖土坍落的現(xiàn)象。目前，較常用的是淺埋礦山法，即使用錨噴支護(hù)，將襯砌和圍巖當(dāng)作相互作用的整體，可有效發(fā)揮圍巖自身的承重功能，可使錨噴襯砌起到加固圍巖的作用。該方法主要施工流程包括人工或機(jī)械、爆破開挖，錨桿初期支護(hù)，防水板注漿施工和二次襯砌施工。

盾構(gòu)法采用盾構(gòu)機(jī)具進(jìn)行開挖施工。盾構(gòu)是一種圓形鋼結(jié)構(gòu)的機(jī)械，在開挖過程中利用該機(jī)械的切口環(huán)部切入地層，再利用其支撐環(huán)部分承受主要施工荷載，設(shè)置多臺(tái)推進(jìn)盾構(gòu)千斤頂和其他機(jī)械進(jìn)行輔助推進(jìn)，最后盾尾部分進(jìn)行鑄鐵管片安裝和鋼筋混凝土管片安裝保護(hù)。盾構(gòu)法施工主要適合用在松軟地層中，具有施工簡(jiǎn)便、對(duì)地層的影響較小且安全可靠的優(yōu)勢(shì)，能準(zhǔn)確控制周圍巖層變化，減少超欠挖的現(xiàn)象。隧道掘進(jìn)機(jī)法施工是在整個(gè)隧道斷面上，采用連續(xù)掘進(jìn)的方式，利用掘進(jìn)機(jī)械的強(qiáng)大旋轉(zhuǎn)力度和掘進(jìn)力度對(duì)地層進(jìn)行切割，再將碎石通過鏟斗鏟入皮帶運(yùn)輸機(jī)上運(yùn)輸出去。機(jī)械本身帶有可伸縮的支撐結(jié)構(gòu)，在切割地層的過程中可以實(shí)現(xiàn)對(duì)周圍巖層的支撐，減少巖層擾動(dòng)。該掘進(jìn)方法的優(yōu)勢(shì)是對(duì)巖層擾動(dòng)少，可以準(zhǔn)確控制掘進(jìn)斷面，減少超挖的現(xiàn)象且操作速度較快，對(duì)操作人員的要求較少，可改善作業(yè)施工的環(huán)境，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，有利于維護(hù)一線人員的人身安全，同時(shí)還可縮短工期、提高工程效率和效益。但該方法成本較高，需要大量大型設(shè)備的配合，且占地較大，不適合用在短隧道和曲線半徑較小的隧道掘進(jìn)施工中。

2 公路隧道工程施工技術(shù)要點(diǎn)

2.1 隧道洞口施工

在隧道洞口段施工時(shí)，應(yīng)遵循減少對(duì)巖體擾動(dòng)的原則提升洞口段巖體和邊坡的穩(wěn)定性，盡可能避免大挖、大刷，及時(shí)設(shè)置洞門和排水系統(tǒng)。在爆破時(shí)需嚴(yán)格控制藥量，控制超欠挖，減少對(duì)圍巖結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)。在開挖斷面尺寸符合設(shè)計(jì)要求后，及時(shí)完成初期支護(hù)，控制其中圍巖的變形量和速度，對(duì)存在的異常情況應(yīng)及時(shí)處理。同時(shí)可采用地表預(yù)加固、圍巖預(yù)加固的措施，提高洞口的穩(wěn)定性和質(zhì)量。

2.2 洞身開挖施工

公路隧道工程施工斷面較大，對(duì)圍巖擾動(dòng)較大，采用扁平斷面形式滿足公路對(duì)界線的要求，圍巖經(jīng)常處在不利的受力狀態(tài)中，洞身的開挖難度較大，須采取必要的質(zhì)量控制措施。比如，控制開挖斷面的規(guī)整度、控制斷面尺寸、超欠挖等方式確保隧道洞身的開挖質(zhì)量。其中，隧道開挖斷面尺寸應(yīng)根據(jù)圍巖的情況設(shè)置，應(yīng)當(dāng)符合設(shè)計(jì)的要求，如果圍巖較軟且受力較大時(shí)，圍巖變形增大，應(yīng)根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)預(yù)留圍巖變形量和支撐沉落量。

2.3 初期支護(hù)

初期支護(hù)包括系統(tǒng)錨桿安裝、工字鋼安裝及噴射混凝土支護(hù)等。

根據(jù)錨桿類型、規(guī)格及圍巖情況選擇拱部專用錨桿機(jī)鉆孔，側(cè)墻及拱腰部位采用一般氣腿式鑿巖機(jī)鉆孔。鉆孔應(yīng)圓而直，孔口巖面應(yīng)整平，使巖面與鉆孔方向垂直。所有錨桿須安裝墊板，當(dāng)錨桿不垂直巖面時(shí)可用墊片調(diào)整，墊板密貼巖面，錨桿安裝后外露長(zhǎng)度不得超過100 mm。錨桿應(yīng)有錨頭、墊板、螺母、止?jié){塞等配件。

螺母應(yīng)在砂漿初凝后擰緊，使墊板與噴射混凝土面緊密接觸。錨桿施工28 d后按總數(shù)的1%，且不少于3根做拉拔力試驗(yàn)，拉拔力不小于180 kN。

鋼拱架按設(shè)計(jì)要求加工，弧形圓順。為保證各節(jié)鋼架在全環(huán)封閉之前置于穩(wěn)固的地基上，安裝前應(yīng)清除各節(jié)鋼架底腳下的虛渣及雜物。每側(cè)安設(shè)2根鎖腳錨桿將其鎖定，底部開挖完成后，底部初期支護(hù)及時(shí)跟進(jìn)，將鋼架全環(huán)封閉。鋼架按設(shè)計(jì)位置安設(shè)。在安設(shè)過程中，當(dāng)鋼架和初噴層之間有較大間隙應(yīng)用混凝土預(yù)制塊楔緊，鋼架背后用噴混凝土填充密實(shí)。鋼架縱向連接采用鋼筋，環(huán)向間距按設(shè)計(jì)要求，鋼架落地接長(zhǎng)在單邊交錯(cuò)進(jìn)行，接長(zhǎng)鋼架和上部鋼架通過墊板用螺栓牢固準(zhǔn)確連接。

洞內(nèi)噴射混凝土支護(hù)，一般是分初噴和復(fù)噴前后共2次進(jìn)行，所有噴射混凝土均應(yīng)采用濕噴。初噴是在開挖（或部分開挖）完成后立即進(jìn)行，緊跟掌子面，盡早封閉巖體面表層，防止暴露在空氣中風(fēng)化剝落，初噴厚度不小于4 cm。復(fù)噴支護(hù)混凝土在錨桿、掛網(wǎng)和鋼架安裝后進(jìn)行，盡快形成錨噴支護(hù)受力層，以抑制圍巖有限變形鋼拱架安裝后應(yīng)盡快進(jìn)行噴混凝土作業(yè)，以使鋼架與噴混凝土共同受力。噴射混凝土應(yīng)保證混凝土強(qiáng)度，所有原材料必須檢測(cè)合格，噴射結(jié)束后及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于7 d。

2.4 二次襯砌施工

在二襯施工中，首先，作業(yè)應(yīng)在有效開挖的基礎(chǔ)上做好各種材料的制備，尤其是鋼筋材料，使用的二襯鋼筋材料應(yīng)綁扎好再預(yù)埋在左右洞仰拱中。在隧道洞身的內(nèi)部合理設(shè)置排水管和排水盲管。其次，要求使用大塊鋼模板再確定模的長(zhǎng)度，根據(jù)隧道的實(shí)際選擇規(guī)格。此外，在進(jìn)行頂部和中部洞室支護(hù)施工時(shí)，須確保接觸緊密確保支護(hù)的質(zhì)量，洞身二次襯砌施工，還應(yīng)對(duì)初期支護(hù)作業(yè)遺留的問題進(jìn)行解決，并進(jìn)行環(huán)向排水管施工。

2.5 隧道防排水施工

公路隧道一般在山地地區(qū)，其地形崎嶇、地勢(shì)較陡，且面臨較為復(fù)雜的地下環(huán)境，因此，在施工時(shí)易出現(xiàn)隧道滲水的問題。

如何將施工廢水和地下水有效排除是隧道施工質(zhì)量控制的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一。根據(jù)山地地形地勢(shì)條件，可采用“疏、排、堵、截”等多種處理措施降低地表水對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的影響，鋪設(shè)復(fù)合防水板、設(shè)置抗?jié)B能力較強(qiáng)的防水混凝土、在施工縫上設(shè)置橡膠止水帶等，提高隧道防排水的能力。

3 公路隧道工程施工質(zhì)量控制措施探究

3.1 對(duì)施工原材料的質(zhì)量控制

在原材料控制上應(yīng)確保施工所用的材料來源和運(yùn)輸成本。隧道施工使用的鋼材、水泥和防水板等均與高等級(jí)公路建設(shè)規(guī)定的材料等級(jí)相同，應(yīng)選擇優(yōu)質(zhì)的石灰?guī)r作為粗骨料，細(xì)骨料則使用堅(jiān)固性和耐力較好的中粗砂?；炷羾娚涫┕に玫耐饧觿┮话阋龊退嗟南嗳菪栽囼?yàn)，要求外加劑最佳添加量應(yīng)控制在水泥重量的2%左右，混凝土噴射施工所用的骨料級(jí)配須控制在合理范圍。其次在進(jìn)場(chǎng)前必須做好質(zhì)量檢測(cè)工作，禁止不符合施工質(zhì)量要求的和不合格的材料進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)。比如，對(duì)鋼筋的要求是表面無裂紋不能有凸起或油污，對(duì)水泥的要求是其穩(wěn)定性、氧化鎂和三氧化硫初終凝的時(shí)間必須符合要求，應(yīng)控制進(jìn)場(chǎng)水泥的質(zhì)量。此外，還應(yīng)采取分類管理的措施強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)對(duì)材料的保管，做好防潮防火等措施，確保材料的完整性。

3.2 加強(qiáng)施工過程監(jiān)測(cè)工作

在監(jiān)測(cè)時(shí)要求快速埋測(cè)量點(diǎn)并盡量靠近工作面，測(cè)試元件應(yīng)具有較好的防震防沖擊波的能力。測(cè)量的數(shù)據(jù)應(yīng)確保準(zhǔn)確可靠和直觀，以便于計(jì)算。測(cè)試的元件須有足夠的精確性，能準(zhǔn)確測(cè)量開挖、支護(hù)等方法以及支護(hù)結(jié)構(gòu)剛度對(duì)圍巖產(chǎn)生的影響，做好物理力學(xué)分析，確保圍巖結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定。

在施工過程中應(yīng)注意：首先，應(yīng)以完善的監(jiān)管制度和組織機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ)開展管理工作，在管理中不斷提升監(jiān)測(cè)水平，采取科學(xué)合理的監(jiān)控技術(shù)措施，盡可能實(shí)現(xiàn)每一個(gè)項(xiàng)目目標(biāo)。其次，應(yīng)采取動(dòng)態(tài)化的監(jiān)管手段，做好對(duì)公路隧道工程施工全方位、全過程、全要素的監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)各類安全隱患問題并采取措施加以解決。

3.3 做好技術(shù)要點(diǎn)把控

第一，提高測(cè)量放線的精確性，精準(zhǔn)判斷明洞和仰坡頂線的位置，精準(zhǔn)判斷截水溝應(yīng)設(shè)置的位置。第二，采取分層施工的做法做好挖掘工作，按照從上至下的順序逐層開挖。第三，應(yīng)根據(jù)隧道工程實(shí)際做好支護(hù)施工，進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整。第四，在施工前應(yīng)詳細(xì)調(diào)查，分析隧道施工對(duì)周圍環(huán)境的影響，針對(duì)施工中可能出現(xiàn)的問題提前制定方案，控制施工中各種不利因素，以保證公路隧道的施工質(zhì)量和安全。第五，在每一道工序完成后須做好檢查，確保其達(dá)到要求后再進(jìn)行下一道工序的施工。

3.4 對(duì)不良地質(zhì)地段隧道以及隧道塌方問題的處理

對(duì)水文地質(zhì)復(fù)雜且地下水豐富的施工地段，為確保隧道正常施工作業(yè)，須提前對(duì)圍巖水文地質(zhì)進(jìn)行分析預(yù)測(cè)，再選擇科學(xué)合理的開挖與支護(hù)方式。為避免塌方和冒頂?shù)膯栴}應(yīng)提前預(yù)測(cè)，根據(jù)預(yù)測(cè)的結(jié)果制定解決方案避免問題擴(kuò)大造成安全事故。對(duì)破碎松散的和流沙軟弱地層，應(yīng)制定預(yù)防措施并做好迎接設(shè)備、材料準(zhǔn)備。在不良地段進(jìn)行隧道施工最關(guān)鍵的是要治理地下水以預(yù)防涌水現(xiàn)象，注意觀察地形地質(zhì)和地下水的變化，仔細(xì)檢查支護(hù)和襯砌結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，對(duì)異常情況及早處理。如果已經(jīng)出現(xiàn)了塌方事故則需立即采取緊急措施，對(duì)沒有塌方的地段加固以免影響擴(kuò)大。應(yīng)檢查防水和排水的工作，檢查塌方范圍和形狀，分析原因并及早處理。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)與隧道施工技術(shù)的快速發(fā)展，公路隧道工程取得了較大進(jìn)步，但其特殊的地下環(huán)境決定了隧道工程施工難度較大，為了確保工程的質(zhì)量，需要對(duì)復(fù)雜的地形地質(zhì)條件進(jìn)行分析，再采用先進(jìn)的施工技術(shù)進(jìn)行改良和施工防護(hù)，采取科學(xué)合理的施工方案和技術(shù)方法，確保公路隧道工程的質(zhì)量和效益。