公路螺旋隧道施工難點(diǎn)及技術(shù)探討

文 西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院 徐嘯 肖清華 薛凱峰 韓翔宇

公路螺旋隧道具有輪廓不對稱的特點(diǎn)，隧道施工相對于普通公路隧道更復(fù)雜，易產(chǎn)生超欠挖等施工問題。若未采用合理的施工方法，不僅會影響隧道施工質(zhì)量，甚至?xí){到施工人員的生命安全，不利于螺旋隧道施工的順利進(jìn)行。本文根據(jù)隧道工程地質(zhì)條件及螺旋隧道輪廓不對稱的特點(diǎn)提出相應(yīng)的螺旋隧道施工技術(shù)，對螺旋隧道的施工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析和研究，并在隧道施工中根據(jù)實(shí)際施工效果對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，以期在螺旋隧道的施工中達(dá)到理想效果。

金家莊螺旋隧道路線設(shè)計圖

螺旋隧道研究現(xiàn)狀

隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展及國家對公路建設(shè)的大力推進(jìn)，山嶺隧道的建設(shè)越來越多，但是修建隧道面臨著嚴(yán)酷的地質(zhì)環(huán)境、惡劣的氣候條件等難題，特別是一些進(jìn)出口高差較大但是設(shè)計長度不能滿足坡度上升的隧道，難度較大。因此，為了解決隧道進(jìn)出口高差較大的問題，近年來相關(guān)人員提出了螺旋甚至雙螺旋隧道的展線形式。盡管目前已存在諸多螺旋隧道的建設(shè)案例，但螺旋隧道在爆破開挖中仍普遍存在嚴(yán)重的超欠挖等問題，如何根據(jù)螺旋隧道特點(diǎn)制定合理的施工方法成為了一項棘手的問題。

近年來，眾多學(xué)者對公路隧道施工技術(shù)及螺旋隧道開展了大量研究。但對于螺旋隧道來說，由于在一個進(jìn)尺內(nèi)的隧道輪廓線并非筆直向前，而是有一定的彎曲度，鑒于其地質(zhì)、隧道斷面、螺旋隧道空間展布，以及相應(yīng)的施工方法等都具有較強(qiáng)的特殊性，常規(guī)的隧道施工設(shè)計難以克服爆破后隧道輪廓參差不齊、隧道壁面巖石破碎及超欠挖等問題。

在螺旋隧道方面，中電建路橋有限公司張超等通過分析雙線螺旋隧道及其圍巖在不同線曲率下的力學(xué)行為，得到螺旋隧道曲率對雙線隧道施工穩(wěn)定性的影響規(guī)律。中電建路橋有限公司方志斌等采用有限元數(shù)值方法研究了在不同的爆破施工參數(shù)下圍巖的變形和動力振動響應(yīng)，為小半徑螺旋隧道爆破施工中的圍巖動態(tài)提供參考。但目前對于螺旋隧道具體施工技術(shù)方法的研究比較匱乏，需要進(jìn)一步深入研究。

螺旋隧道施工難點(diǎn)

爆破質(zhì)量難以控制因?yàn)槁菪淼涝谝粋€進(jìn)尺內(nèi)隧道輪廓是彎曲的，隧道的地質(zhì)條件、斷面形式、隧道展線等不同于普通隧道，故常規(guī)的隧道爆破設(shè)計不能很好地控制隧道爆破超欠挖等開挖問題。

施工風(fēng)險隱患多在隧道情況特殊、爆破質(zhì)量不能很好控制的前提下，易導(dǎo)致塌方事故，影響隧道施工質(zhì)量，對施工人員造成安全隱患。

隧道施工影響因素較多螺旋隧道與普通隧道施工相比，施工周期長、施工流程復(fù)雜，所以螺旋隧道的施工更容易受到地質(zhì)條件、天氣等因素的影響。同時，由于螺旋隧道的特殊性，在施工過程中會使用到多種儀器設(shè)備，如果協(xié)調(diào)不到位，將會影響項目的施工周期和成本。

對隧道施工質(zhì)量要求高與常規(guī)公路隧道的施工不同，螺旋隧道在施工期間由于進(jìn)尺的特殊性，受圍巖條件、水文地質(zhì)環(huán)境的影響較大，在開挖時對隧道擾動會產(chǎn)生質(zhì)量問題，要進(jìn)一步提升施工技術(shù)，保障隧道的質(zhì)量。

隱蔽工程多由于螺旋隧道施工的各步驟環(huán)環(huán)相扣，施工時會有一些隱蔽工程，因?yàn)椴荒芴崆爸獣?，所以在施工時具有突然性，難以及時制定相應(yīng)的應(yīng)對措施，從而造成隧道的施工質(zhì)量達(dá)不到預(yù)期效果。

螺旋隧道施工關(guān)鍵技術(shù)

螺旋隧道控制超欠挖施工技術(shù)

首先根據(jù)設(shè)計的循環(huán)進(jìn)尺來確定合適的隧道曲線半徑，由此設(shè)置掌子面內(nèi)、外側(cè)的不同進(jìn)尺深度，通過不同的進(jìn)尺深度來保證開挖面能夠在圓心所在的平面上，并確保掌子面平整，讓下一次的開挖施工更加準(zhǔn)確。

光面爆破中周邊孔通常采用一定的外插角設(shè)計來獲得更好的施工效果，在螺旋隧道的曲線段爆破設(shè)計中，外插角需要根據(jù)周邊孔所在位置的區(qū)別而選用不同的角度。

在對螺旋隧道的爆破設(shè)計中，周邊眼使用長短孔組合來改善隧道的超欠挖，在開挖的過程中結(jié)合上一循環(huán)的爆破效果對下一次爆破施工的炮孔長度及周邊孔的外插角角度進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，使隧道的爆破開挖達(dá)到理想效果。

隧道洞口、明洞、邊仰坡開挖技術(shù)

在隧道進(jìn)行施工前，首先要對隧道洞口和洞口附近的地質(zhì)條件進(jìn)行詳細(xì)的勘察，盡可能全面了解其對于隧道施工造成影響的潛在因素，并提前做好對策，努力防范。此外，在對隧道的明洞及邊仰坡的施工時，其中重要的一個環(huán)節(jié)是測量放線，只有先確保測量的準(zhǔn)確性，才能使隧道施工滿足規(guī)范要求。在對隧道邊仰坡施工時，要堅持分層施工的原則，要遵循自上而下的施工步驟對隧道邊仰坡進(jìn)行開挖，并防止邊仰坡過度開挖，導(dǎo)致邊仰坡過長的暴露。施工時以機(jī)械開挖為主，人工進(jìn)行輔助施工，盡量不進(jìn)行爆破作業(yè)，減少對隧道的擾動，確保圍巖的穩(wěn)定性。

錨桿施作技術(shù)

在公路隧道施工中，錨桿施作技術(shù)是施工中重要的一環(huán)，需要給予足夠的關(guān)注。為了保證該技術(shù)的施工效果，在實(shí)際施工時，需要注意以下幾點(diǎn)：首先結(jié)合事先標(biāo)記的點(diǎn)位，使用鉆鑿機(jī)在預(yù)定的位置進(jìn)行鉆孔作業(yè)，在鉆鑿施工時清除油污、雜物等。其次，在錨桿施工時，為防止巖石碎屑對錨桿施工產(chǎn)生干擾，應(yīng)及時清理巖石碎屑，在錨桿放入孔洞前，須先把藥卷放入清理合格的孔洞內(nèi)，并將其固定在孔道中，避免產(chǎn)生泄露；此外，應(yīng)確保錨桿與鋼筋網(wǎng)的焊接效果，使其形成一體式結(jié)構(gòu)，并確保錨桿的施工滿足相應(yīng)的規(guī)范要求。在錨桿施工完成后對其進(jìn)行抽樣檢驗(yàn)，確保錨桿的抗拔能力滿足規(guī)范要求，保證施工的安全質(zhì)量。

混凝土噴射施工技術(shù)

在公路螺旋隧道工程中，混凝土噴射施工技術(shù)能夠有效為隧道內(nèi)部提供支護(hù)作用?；炷羾娚浼夹g(shù)的施工方法主要是：潮噴、濕噴和干噴。在隧道施工中，采用濕噴技術(shù)能夠很好地降低灰塵，改善現(xiàn)場施工環(huán)境，提升施工效率，從而減少成本預(yù)算。在進(jìn)行濕噴施工時，將原料混合速凝劑一起噴射，通過濕噴施工能夠有效加強(qiáng)噴錨支護(hù)性能，有效降低回彈量，提升隧道施工質(zhì)量。要使噴射混凝土達(dá)到理想的支護(hù)作用，可以從以下幾點(diǎn)入手：確保隧道開挖斷面的有效面積及斷面的整潔度；在噴射施工前，選擇最優(yōu)的配合比進(jìn)行拌和使用，由此提升混凝土的黏結(jié)效果；同時，混凝土原料的性能和質(zhì)量要滿足隧道施工要求，噴射時應(yīng)保證施工的連續(xù)性。

防水技術(shù)與排水技術(shù)

防排水問題是公路螺旋隧道施工中的一個重要部分，隧道施工由于水文地質(zhì)條件復(fù)雜，施工環(huán)境較差，在公路隧道施工過程中極易受到水文地質(zhì)的影響而產(chǎn)生內(nèi)部滲水，如果不能及時采取處理措施，很有可能產(chǎn)生隧道局部塌方等嚴(yán)重事故，對隧道施工質(zhì)量及施工人員的安全造成重大的安全隱患，保持隧道干燥的環(huán)境也是確保隧道整體結(jié)構(gòu)安全及后續(xù)運(yùn)營安全的重要手段。因此，隧道施工應(yīng)做好防排水的施工方案，結(jié)合實(shí)際的隧道施工環(huán)境采取適宜的防排水措施，保障隧道結(jié)構(gòu)安全與施工的正常進(jìn)行。

公路隧道防排水應(yīng)遵循“防、排、截、堵結(jié)合，因地制宜，綜合治理”的原則，需特別注意，挖溝排出封閉的積水；在洞口橫向設(shè)置截水設(shè)施，以防地表水流入隧道內(nèi)；在富水區(qū)段的隧道施工中可采用新型優(yōu)質(zhì)防排水材料來提升防水效果；隧道防水板焊接施工時，表面必須保證干凈無灰塵油脂。