高速公路隧道施工技術(shù)及控制要點(diǎn)分析

張建民

（山西振興公路監(jiān)理有限公司，山西 太原 030000）

0 引言

高速公路隧道施工的作業(yè)環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，在建設(shè)過程中極易受到現(xiàn)場環(huán)境以及各種外力因素的限制，并且在一些特殊地質(zhì)條件的影響下，還可能導(dǎo)致隧道坍塌事故的發(fā)生。為此，要求作業(yè)人員在施工過程中需要重點(diǎn)針對(duì)各類影響工程質(zhì)量的障礙因素進(jìn)行分析，同時(shí)制定合理的建設(shè)施工方案，以便于能夠有效解除相關(guān)問題，并確保隧道工程的順利開展。

1 工程概況

山西省離石至隰縣段是G59 呼北國家高速公路的重要組成部分，該項(xiàng)目LJ2 合同段全長3.0169km，起訖樁號(hào)為K15+000—K18+016.9，其中包含一座分離式長隧道項(xiàng)目，左線長為2.35km，右線長為2.398km。隧道左右線出口位置處于同一直線，洞口縱坡均為1.8%，采用端墻式洞門設(shè)計(jì)?，F(xiàn)圍繞隧道隰縣端左線1060m（ZK15+000—ZK16+060）、右 線1090m（K15+000—K6+090）部分的施工環(huán)節(jié)展開討論，隧道工程各主要工序進(jìn)度指標(biāo)如表1 所示。

表1 隧道隰縣端各主要工序進(jìn)度指標(biāo)

2 隧道施工的控制要點(diǎn)

2.1 洞口段爆破開挖施工

隧道出口段黃土濕陷等級(jí)為Ⅱ級(jí)（中等）自重濕陷，自重濕陷129mm，總濕陷量138mm。在洞口開挖期間需要首先對(duì)山體坡面的不穩(wěn)定巖石進(jìn)行清除，同時(shí)遵循“弱爆破、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、早閉合、襯砌緊跟”的原則，對(duì)洞口段進(jìn)行施工。為此，在作業(yè)開展期間的首要難點(diǎn)便是需要控制好洞口段的爆破施工。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，作業(yè)人員可以選在風(fēng)化以及微風(fēng)化巖結(jié)構(gòu)上展開爆破作業(yè)，同時(shí)在布孔定點(diǎn)的過程中，作業(yè)人員需要首先對(duì)現(xiàn)場地勢環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，充分利用臨空面特點(diǎn)合理布設(shè)爆破點(diǎn)，以此減少爆破作業(yè)帶來的各類影響。其中，炮眼間距布置可以參照以下公式進(jìn)行計(jì)算：

式（1）中：a 表示爆破點(diǎn)布置的間距，m；b 表示系數(shù)，根據(jù)項(xiàng)目所在的巖土特性，可取值為0.8～2.3；W 表示最小抵抗線，m，其取值通常為1.05m。

在實(shí)際進(jìn)行炮眼排距的過程中，通常需要保證取值范圍在間距的0.85 左右，同時(shí)為了避免爆破產(chǎn)生的振動(dòng)對(duì)周圍施工設(shè)施造成影響，作業(yè)人員可以采用縱向小臺(tái)階炮眼的施工模式控制振動(dòng)范圍，此外在對(duì)山體邊坡結(jié)構(gòu)實(shí)施爆破作業(yè)的過程中，可以采用光面爆破與多層防護(hù)相結(jié)合的方式展開施工[1]。同時(shí)，嚴(yán)格控制藥量，結(jié)合《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 3660—2020）將炸藥使用量限制在0.45～0.85kg/m3之間，并配合支護(hù)作業(yè)工序共同進(jìn)行。

2.2 長隧道施工通風(fēng)

隧道隰縣端左右線掘進(jìn)距離分別為1060m 和1090m，單頭掘進(jìn)距離過長，在考慮隧道施工通風(fēng)問題時(shí)，采用了在隧道縱坡結(jié)構(gòu)上單向布設(shè)通風(fēng)管道的處理方式，然而在實(shí)際施工過程中發(fā)現(xiàn)效果并不理想，因此導(dǎo)致出現(xiàn)了以下主要問題：

第一，施工期間采用無軌運(yùn)輸?shù)姆绞捷斔透黝愂┕げ牧?，而在此期間由于隧道通風(fēng)效果不理想，導(dǎo)致車輛尾氣對(duì)隧道內(nèi)部環(huán)境造成了極大影響，嚴(yán)重阻礙了施工開展進(jìn)程。

第二，作業(yè)現(xiàn)場的地勢環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，部分縱坡坡度較大的位置無法發(fā)揮出通風(fēng)口的排風(fēng)作用，因此導(dǎo)致污風(fēng)大量積聚。

第三，由于隧道單程掘進(jìn)距離過深，因此在進(jìn)入施工后期時(shí)排煙與通風(fēng)間距被大量延長，出現(xiàn)了風(fēng)阻問題。

針對(duì)以上問題，現(xiàn)場作業(yè)人員調(diào)整了原有的串聯(lián)風(fēng)機(jī)布置模式，而采用射流風(fēng)機(jī)與軸流風(fēng)機(jī)相結(jié)合的方式，將相鄰兩個(gè)排風(fēng)口設(shè)置為一個(gè)循環(huán)結(jié)構(gòu)，并充分發(fā)揮汽車橫洞的連接作用，使更多通風(fēng)口組合成一個(gè)完整的循環(huán)通風(fēng)體系，以此有效改善洞內(nèi)的通風(fēng)環(huán)境[2]。

2.3 隧道監(jiān)控量測

進(jìn)行洞身段施工的過程中，由于會(huì)涉及土方挖掘、混凝土輸送以及支護(hù)工程等作業(yè)環(huán)節(jié)，因此對(duì)土體環(huán)境造成的擾動(dòng)較大。作業(yè)人員需要根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際需求，對(duì)水平收斂、地表沉降、拱頂下沉、地質(zhì)及支護(hù)狀態(tài)等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行全場檢測，確保能夠及時(shí)掌握洞內(nèi)圍巖變化情況，保障施工的穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)將重要施工數(shù)據(jù)完整建檔歸案，以便能夠在隧道項(xiàng)目后期維護(hù)過程中起到一定參考作用。具體實(shí)施過程中，主要采用各類信息技術(shù)工具來實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道項(xiàng)目的全周期監(jiān)測，內(nèi)容包括對(duì)重要建筑構(gòu)件的變形和位移情況進(jìn)行判斷，從而精準(zhǔn)指導(dǎo)施工，并及時(shí)預(yù)報(bào)險(xiǎn)情，以此全面加強(qiáng)安全管理工作。

隧道監(jiān)測項(xiàng)目主要包括鋼架拱腳下沉、周邊位移及拱頂下沉、隧道爆破震動(dòng)試驗(yàn)、地表下沉等技術(shù)指標(biāo)。采用的方法為以位移監(jiān)測為主，輔以力、變監(jiān)測項(xiàng)目，按照固定周期持續(xù)采集工程數(shù)據(jù)后，采用回歸函數(shù)處理配合散點(diǎn)圖的形式對(duì)施工數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以便能夠精準(zhǔn)掌握現(xiàn)場施工動(dòng)態(tài)。同時(shí)在施工過程中，涉及的主要儀器包括聲波儀及配套探頭，鋼筋應(yīng)力計(jì)，測縫計(jì)，壓力盒，頻率計(jì)，單點(diǎn)、多點(diǎn)桿式或鋼絲式位移計(jì)等相關(guān)設(shè)備。測量期間全部數(shù)據(jù)由系統(tǒng)自動(dòng)采集管理，同時(shí)按照日?qǐng)?bào)、周報(bào)、月報(bào)的頻率分別向建設(shè)單位、監(jiān)理單位、設(shè)計(jì)勘察單位提供測點(diǎn)位移或力時(shí)態(tài)曲線圖，使相關(guān)部門能夠隨時(shí)掌握現(xiàn)場施工動(dòng)態(tài)，并根據(jù)實(shí)際檢測數(shù)據(jù)為隧道施工提供準(zhǔn)確參考意見。時(shí)間—位移關(guān)系如圖1 所示。

圖1 時(shí)間—位移關(guān)系圖

在獲取足夠的施工數(shù)據(jù)后，可以采用回歸函數(shù)的方式對(duì)某一觀測點(diǎn)的位移變化數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以便能夠確認(rèn)其在接下來的施工過程中是否會(huì)出現(xiàn)最大位移超過臨界值的問題，公式如下所示：

式（2）～（3）中：U——變形值（或力值）；

A、B——回歸系數(shù)；

t——測點(diǎn)的觀測時(shí)間（單位：天）。

3 高速公路隧道施工技術(shù)

3.1 初期支護(hù)施工

3.1.1 超前小導(dǎo)管施工技術(shù)。超前小導(dǎo)管技術(shù)是隧道施工中常用的一種加固技術(shù)，主要是針對(duì)一些松散、軟軟的圍巖部分進(jìn)行加固，并且通過混凝土注漿的方式改善洞內(nèi)圍巖的穩(wěn)定性，使洞內(nèi)原有的軟弱土質(zhì)或一些裂隙結(jié)構(gòu)能夠結(jié)成穩(wěn)定的整體。

在施工過程中，作業(yè)人員首先需要保障導(dǎo)管的材料質(zhì)量，控制其長度在500cm 左右，外徑數(shù)值不可低于50mm，同時(shí)選用壁厚為5mm 熱軋無縫鋼管進(jìn)行施工。在具體操作過程中，需要將導(dǎo)管一端設(shè)置為錐狀，另一端則采用鋼箍進(jìn)行連接固定，并根據(jù)注漿距離提前設(shè)置出400mm 左右的止?jié){段。隨后作業(yè)人員需要根據(jù)現(xiàn)場的地質(zhì)勘測報(bào)告找到對(duì)應(yīng)的注漿位置，并按照設(shè)計(jì)圖紙及規(guī)范要求設(shè)置孔位以及孔距。完成孔位設(shè)置后，工作人員需要進(jìn)行清空處理，將孔內(nèi)石渣泥土清空之后，使用牛角泵展開注漿作業(yè)。施工過程中需要控制好設(shè)備的壓力參數(shù)，使其穩(wěn)定維持在0.7～1.0MPa 之間，作業(yè)需要持續(xù)15min 以上才可停止施工[3]。

3.1.2 錨桿施工技術(shù)。隧道掌子面施工的過程中，可以采用φ22mm 螺紋鋼砂漿錨桿和φ25mm 中空注漿錨桿進(jìn)行加固。前者主要是使用套絲機(jī)將錨桿加工出12cm 的長螺紋，并在結(jié)束混凝土初噴之后，按照梅花形樁位設(shè)置錨桿，以此起到良好的加固作用。在鉆孔作業(yè)期間，作業(yè)人員需要控制好孔口的垂直度，防止孔位出現(xiàn)傾斜，同時(shí)利用高壓風(fēng)機(jī)等設(shè)備將孔內(nèi)殘?jiān)壳宄?，利用錨墊板與螺栓固定錨桿，錨墊板要緊貼巖面，防止后續(xù)注漿過程中造成錨桿移動(dòng)。而在對(duì)后者進(jìn)行施工的過程中，作業(yè)人員需要嚴(yán)格控制壓漿速度，調(diào)整設(shè)備的壓力參數(shù)在0.5～1.0MPa 之間，注漿密實(shí)，注漿量符合要求，并防止錨桿在施工期間受到損壞[4]。

3.1.3 鋼拱架施工。施工過程中可以按照1∶1胎模放置型鋼，以保證鋼架的連接性與穩(wěn)定性。型鋼的材料符合設(shè)計(jì)要求并檢驗(yàn)合格，將其按照設(shè)計(jì)規(guī)格分別放置在對(duì)應(yīng)的連接單元之后，使其形成一道完整的鋼拱架，并在拱腳處與平鋪槽鋼進(jìn)行連接，從而起到支撐加固效果。拱腳處槽鋼嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)加工安裝，置于牢固的基礎(chǔ)上，從而起到理想的加固效果。同時(shí)，各個(gè)連接單元的輪廓誤差應(yīng)控制在±3cm 以下，且在完成構(gòu)件試拼處理并在地面水平放置時(shí)，連接件各個(gè)部位的翹曲誤差不應(yīng)超過±2cm。

3.2 洞身開挖施工技術(shù)

明洞開挖、支護(hù)完成，邊仰坡穩(wěn)定后方可進(jìn)行暗洞施工。其中，明洞段施工過程中需要先清除坡面不穩(wěn)定碎巖，盡量在小范圍內(nèi)展開挖掘作業(yè)，必要時(shí)需要立刻對(duì)作業(yè)面周圍的不穩(wěn)定坡面采取加固措施，以便能夠順利開展后續(xù)施工作業(yè)。若作業(yè)面周圍巖體、坡面較為穩(wěn)定，可以一次性完成洞口、明洞以及回填作業(yè)，確保減少對(duì)仰坡面造成的擾動(dòng)。若施工過程中存在其他干擾因素，可以在暗洞展開作業(yè)30～40m后，對(duì)其洞口位置的1～2 模進(jìn)行二次襯砌。

暗洞作業(yè)期間采用了新奧法施工工藝，具體施工流程為：對(duì)洞身圍巖段進(jìn)行分級(jí)，根據(jù)每一級(jí)的不同情況分別制定合理的施工措施，如遭遇特殊情況需要對(duì)施工方案進(jìn)行特殊處理時(shí)，則應(yīng)先聯(lián)系設(shè)計(jì)單位與技術(shù)人員對(duì)洞身圍巖的力學(xué)特征進(jìn)行分析，隨后根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況做出相應(yīng)處理。其中，Ⅲ級(jí)圍巖段擬定的施工方案為全斷面或臺(tái)階法開挖。Ⅴ級(jí)圍巖段則采用弧形導(dǎo)洞留核心土或單側(cè)壁導(dǎo)坑法進(jìn)行開挖。施工前需要做好超前支護(hù)措施，并且需要根據(jù)作業(yè)面地質(zhì)情況，合理控制好上下斷面之間的距離。如深埋段斷面間距控制在8～10m，黃土淺埋段需要控制間距在3～5m，石質(zhì)淺埋段需要控制間距在5～10m。Ⅳ級(jí)圍巖段采用上下臺(tái)階或環(huán)形預(yù)留核心土開挖，具體做法為正式開挖后可以按照兩臺(tái)階開挖法施工，每級(jí)作業(yè)面長度大約控制在4m 左右，每完成上一級(jí)的施工后，需要對(duì)作業(yè)面做好支護(hù)處理，避免對(duì)下一級(jí)施工造成影響。同時(shí)，作業(yè)人員需要以0.5～1.2m 循環(huán)進(jìn)尺為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)挖掘面的縱向以及水平情況進(jìn)行測量，避免在施工過程中產(chǎn)生較大誤差。

3.3 二次襯砌施工

二次襯砌采用泵送混凝土和整體式模板臺(tái)車的機(jī)械化配套施工方案，施工之前需要對(duì)圍巖的變形情況進(jìn)行監(jiān)測，在確定其整體數(shù)值達(dá)到穩(wěn)定之后才可進(jìn)行施工。在施工期間同樣需要保證洞內(nèi)排水系統(tǒng)的設(shè)置，避免對(duì)施工帶來擾動(dòng)，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙使用EVA 防水板和土工布對(duì)洞內(nèi)展開進(jìn)一步的防水處理，以此確保能夠提高施工質(zhì)量，同時(shí)需要在此期間完成管線的預(yù)設(shè)與埋放施工。

整體式鋼模立模長度大約在12m 左右，拼裝完成后進(jìn)行驗(yàn)收，符合設(shè)計(jì)輪廓線要求，在其周圍設(shè)置環(huán)形排水盲溝以及縱向排水管，使洞內(nèi)積水能夠快速排出，從而為后續(xù)施工創(chuàng)造良好條件。隨后在進(jìn)行澆筑的過程中，作業(yè)人員需要保證一次性完成作業(yè)，避免期間產(chǎn)生較長間隔而影響施工質(zhì)量，同時(shí)采用外拉內(nèi)頂?shù)姆绞綄?duì)鋼模進(jìn)行固定處理，避免澆筑期間導(dǎo)致模板位置移動(dòng)。完成主體部分的澆筑作業(yè)后，工作人員需要進(jìn)一步對(duì)頂部以及臨時(shí)支護(hù)設(shè)備留下的縫隙進(jìn)行填筑，待混凝土整體強(qiáng)度達(dá)到2.5MPa 之后才可進(jìn)行拆模。

4 結(jié)語

本文討論了在高速公路隧道施工項(xiàng)目中相關(guān)的控制要點(diǎn)以及施工技術(shù)，強(qiáng)調(diào)施工單位需要正確認(rèn)識(shí)隧道施工的復(fù)雜性與風(fēng)險(xiǎn)性，同時(shí)嚴(yán)格按照行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)隧道工程的施工流程進(jìn)行全面把控，從而有效提高施工質(zhì)量，并減少隧道施工中的意外事故。