公路隧道設(shè)計(jì)與施工要點(diǎn)控制

朱登滔

（中鐵二院工程集團(tuán)有限公司，四川 成都 610000）

0 引言

近年來，我國公路隧道建設(shè)長度及建設(shè)規(guī)模不斷刷新，隧道的施工技術(shù)與施工理念也不斷創(chuàng)新發(fā)展，目前，公路隧道施工人員已經(jīng)積累了豐富的施工經(jīng)驗(yàn)。然而，在公路隧道設(shè)計(jì)和施工中，涉及的技術(shù)要點(diǎn)較多，需要在工程實(shí)踐中嚴(yán)格落實(shí)和不斷完善施工方案，確保隧道施工工作的順利實(shí)施。本文將對公路隧道的設(shè)計(jì)及施工過程中的一些要點(diǎn)環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制進(jìn)行分析，以供參考。

1 公路隧道設(shè)計(jì)的控制要點(diǎn)

1.1 選線定點(diǎn)控制原則

在公路隧道工程中，首先面臨的主要問題就是選線定點(diǎn)，只有做好選線定點(diǎn)工作，才能夠順利開展工程施工，把握好工程的進(jìn)度和投資。選線定點(diǎn)的原則:

（1）在選線過程中，須詳細(xì)勘測施工現(xiàn)場的水文地質(zhì)情況和工程地質(zhì)情況，了解其對于工程建設(shè)所產(chǎn)生的影響。有些地區(qū)地質(zhì)情況比較特殊，要設(shè)法繞過這一區(qū)域。

（2）選線時(shí)要密切注意選線與各種基礎(chǔ)建設(shè)的協(xié)調(diào)配合，避免大量占用耕地。

（3）路線設(shè)計(jì)要保障行車安全性，且能夠?yàn)楣こ淌┕ず秃笃诘酿B(yǎng)護(hù)創(chuàng)造良好的條件。

（4）選線定點(diǎn)需要對洞口的拆遷量、工程地質(zhì)水文條件等進(jìn)行充分的分析和考慮，做好現(xiàn)有道路與隧道之間的銜接。

（5）在確定好路線的始終點(diǎn)后，要細(xì)致研究路線方案，做好方案的比選，選擇最為合理的路線方案。影響選線的因素有多種，只經(jīng)過一次很難選出最佳的方案,需要加強(qiáng)測試，反復(fù)比選確定最為合理的方案。

1.2 定線的控制要點(diǎn)

具體定線時(shí)，需要對路線方案和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)展開深入的研究，結(jié)合現(xiàn)有條件，綜合性地設(shè)計(jì)走線地帶的各個(gè)方向并確定好中線。定線的步驟如下：

（1）首先將路線的相關(guān)方案資料收集好，把握好項(xiàng)目建設(shè)條件及地質(zhì)、水文等情況，明確計(jì)劃、規(guī)劃，

（2）結(jié)合已經(jīng)確定好的路線起終點(diǎn)和公路的等級，繪制地形圖，并結(jié)合所收集的資料，對各種可能的路線走向展開研究。

（3）結(jié)合初步的研究，提出明確的方案，并展開實(shí)地調(diào)查。主要針對項(xiàng)目相關(guān)的公路交通特點(diǎn)展開調(diào)查并對交通量進(jìn)行預(yù)測，同時(shí)，需詳細(xì)調(diào)查地質(zhì)、地形等方面的情況。

1.3 作好地質(zhì)勘察，優(yōu)化設(shè)計(jì)

首先根據(jù)地表勘察資料，確定好物探的位置，使其與設(shè)計(jì)要求相符合,然后對區(qū)域的地質(zhì)情況展開全面的勘測，并繪制地質(zhì)結(jié)構(gòu)剖面圖，并加強(qiáng)物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)，明確巖體的抗壓強(qiáng)度及物理參數(shù),做好水文及地質(zhì)資料的收集，科學(xué)分類圍巖。對區(qū)域地勢及地形起伏情況等進(jìn)行全面分析，了解水文地質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造形跡等各方面的情況，尤其要特別關(guān)注孔隙性含水層和裂隙性含水層，根據(jù)實(shí)際情況，科學(xué)合理地進(jìn)行隧道施工建設(shè)方案設(shè)計(jì)。

2 公路隧道施工的控制要點(diǎn)

2.1 隧道掘進(jìn)的施工控制要點(diǎn)

隧道工程建設(shè)過程中，隧道掘進(jìn)要嚴(yán)格按相關(guān)規(guī)范執(zhí)行，支護(hù)與開挖工作應(yīng)同步開展[1]。開挖分為明挖和暗挖兩種方式，明挖方式，從隧道外可直接觀測到開挖面，一般應(yīng)用于山嶺隧道明洞段及城市超淺埋隧道施工中；暗挖方式，不能對開挖面進(jìn)行直接地觀測，一般在山嶺隧道施工中應(yīng)用最多。隧道掘進(jìn)過程中，應(yīng)作好以下幾個(gè)施工要點(diǎn)的控制。

2.1.1 掘進(jìn)過程作好地質(zhì)預(yù)報(bào)

在隧道掘進(jìn)過程中，需要做好公路隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)，確保整個(gè)工程建設(shè)處于被監(jiān)控之中，準(zhǔn)確把握好掘進(jìn)過程中可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)，采取針對性的方式防范風(fēng)險(xiǎn)[2]。在開挖中，隨著掘進(jìn)工作的陸續(xù)開展，很容易出現(xiàn)一些突發(fā)情況，可以運(yùn)用地震波法等方式進(jìn)行地質(zhì)預(yù)報(bào)，結(jié)合地質(zhì)專家的相關(guān)建議，準(zhǔn)確判斷地質(zhì)構(gòu)造特征，為施工工作的開展提供正確的指導(dǎo)。

2.1.2 中線及高程控制

在隧道開挖打通后，根據(jù)施工圖紙要求，明確隧道的測點(diǎn)并對主要尺寸進(jìn)行測量。隧道高程數(shù)據(jù)與建設(shè)規(guī)模之間具有一定的關(guān)系，根據(jù)隧道距離的長短，合理選擇不同類型的水平儀，保證測量的精準(zhǔn)性。在準(zhǔn)確了解隧道偏差數(shù)據(jù)后，再對公路隧道中線進(jìn)行測量并計(jì)算極限誤差，應(yīng)將高程貫通極限誤差控制在合理的范圍內(nèi)[2]。在開挖隧道的過程中，要嚴(yán)格控制項(xiàng)目的施工進(jìn)度，對隧道縱向坡度和方向偏離有準(zhǔn)確的了解，有效控制隧道掘進(jìn)狀態(tài)[6]。

2.1.3 掘進(jìn)方式的選擇

公路隧道大多采用礦山法施工，少部分隧道采用TBM 和盾構(gòu)掘進(jìn)，TBM 一般適用于硬巖且完整性較好的地層，盾構(gòu)一般適用于軟土和地質(zhì)較差的地層。針對礦山法施工來說，需要多次開挖才能完成設(shè)計(jì)斷面，在鉆眼時(shí)使用鉆孔臺(tái)車，然后將藥裝好，準(zhǔn)確連接線路，在引爆炸藥之前，退出鉆孔臺(tái)車，開挖出整個(gè)隧道的斷面輪廓；將所有危石全部排除，必要時(shí)安裝拱部錨桿，將第一層混凝土噴射好；將石碴裝入裝碴機(jī)，并將其運(yùn)出洞外。TBM 和盾構(gòu)掘進(jìn)，能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鉆爆法，地質(zhì)條件適用的條件下，其掘進(jìn)速度高于常規(guī)鉆爆法的5～10 倍。

2.2 隧道支護(hù)施工的控制要點(diǎn)

2.2.1 復(fù)合式襯砌施工要點(diǎn)

初期支護(hù)使用噴錨網(wǎng)，二次襯砌需要合理泵送混凝土形成拱圈，將噴錨網(wǎng)支護(hù)與混凝土襯砌結(jié)合在一起形成復(fù)合式襯砌[4]。為保證隧道排水效果，將防水板及排水管鋪掛在初支與二次襯砌之間，建立防水層。襯砌結(jié)構(gòu)方式的選擇，將直接影響隧道襯砌設(shè)計(jì)的質(zhì)量與效果。隧道襯砌的結(jié)構(gòu)主要包括2 種形式：一種是明洞襯砌、淺埋式襯砌；另一種是深埋斷復(fù)合式襯砌。在選擇具體襯砌方式時(shí)，需根據(jù)當(dāng)?shù)貒鷰r地質(zhì)條件及施工的實(shí)際需求，通過綜合考量進(jìn)行選擇，對于圍巖地質(zhì)較差的地段，在設(shè)計(jì)時(shí)還需要將襯砌進(jìn)行適當(dāng)?shù)难娱L。目前，基本都采用新奧法進(jìn)行隧道襯砌結(jié)構(gòu)施工。

2.2.2 噴錨施工要點(diǎn)

錨桿具有多元化的種類，在施工過程中需要結(jié)合圍巖設(shè)計(jì)要求，合理選擇噴錨方式，為支護(hù)的穩(wěn)定性提供保障[5]。噴錨方式有干濕兩種，無論選擇哪種方式，都需要將混凝土配合比確定好，以水泥、粗集料等為噴射的主要材料，以滿足強(qiáng)度及噴射要求。在施工前全面清理噴巖面，確保噴射混凝土與巖面緊密貼合，嚴(yán)格控制混凝土厚度，使厚度與設(shè)計(jì)要求相統(tǒng)一，錨桿、鋼筋網(wǎng)等都要有保護(hù)層，及時(shí)補(bǔ)噴掉落的位置。

2.3 混凝土噴射技術(shù)的控制要點(diǎn)

在噴射混凝土?xí)r，需要注意以下幾點(diǎn)：

（1）開挖斷面必須保持清潔的狀態(tài)，不能有任何的雜質(zhì)，然后才能進(jìn)行后續(xù)的施工，以強(qiáng)化混凝土的黏聚性，使混凝土能充分發(fā)揮性能優(yōu)勢，提升工程質(zhì)量。

（2）進(jìn)行混凝土配比進(jìn)，須結(jié)合具體情況，控制外加劑的使用，避免大量使用外加劑,并保證混凝土的規(guī)格和性能符合施工要求。

（3）施工時(shí)根據(jù)施工方案要求，針對性地調(diào)整混凝土的噴射方式，確保混凝土能夠順利噴出。同時(shí)，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際，合理選擇噴射機(jī)，確保能夠連續(xù)噴射混凝土，保證施工順利進(jìn)行。

3 提升隧道設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量的策略

3.1 隧道施工圖紙的優(yōu)化設(shè)計(jì)

公路隧道設(shè)計(jì)與公路隧道勘查通常由設(shè)計(jì)單位與勘查單位2 個(gè)不同的部門各自進(jìn)行。一些設(shè)計(jì)人員與勘察人員缺乏溝通，在沒有認(rèn)真研究勘察資料的情況下，憑借經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，導(dǎo)致圖紙出現(xiàn)偏差問題，或者設(shè)計(jì)方法不科學(xué)，設(shè)計(jì)出的圖紙標(biāo)準(zhǔn)過高，缺乏可操作性，在實(shí)際施工過程中難以實(shí)現(xiàn)等問題。

在條件允許的情況下，設(shè)計(jì)人員應(yīng)使用人工智能、大數(shù)據(jù)技術(shù)對勘查資料進(jìn)行詳細(xì)分析研究，綜合考慮各種不確定因素和意外情況，并主動(dòng)學(xué)習(xí)發(fā)達(dá)國家公路隧道設(shè)計(jì)的各種方法(如收斂約束法、CUR.MUIR WOOD 法)，并嘗試應(yīng)用這些方法，對公路隧道進(jìn)行計(jì)算與設(shè)計(jì)，以設(shè)計(jì)出科學(xué)合理、實(shí)操性強(qiáng)的施工方案。

3.2 隧道施工技術(shù)及設(shè)備的改進(jìn)

當(dāng)前，我國高速公路隧道建設(shè)的地形大多相對復(fù)雜，大多數(shù)傳統(tǒng)的施工技術(shù)已不能滿足工程不斷發(fā)展的要求。因此，需要不斷研究新工藝，新技術(shù)，全面改善隧道的施工質(zhì)量。

近年來，為了提升隧道施工質(zhì)量與施工質(zhì)量，在隧道掘進(jìn)施工中，逐步應(yīng)用了三臂鑿眼臺(tái)車、立拱臺(tái)車及混凝土濕噴機(jī)械手等機(jī)械設(shè)備，通過采用現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)備進(jìn)行施工，有效提升鉆孔、立拱、噴射混凝土的效率，極大地改善了隧道的施工環(huán)境，強(qiáng)化了施工安全。但目前我們所使用的一些先進(jìn)機(jī)械設(shè)備，多數(shù)還需進(jìn)口，且價(jià)格比較高，不具備較強(qiáng)的適用性，因此，需要結(jié)合我國路橋工程的發(fā)展實(shí)際，加強(qiáng)液壓巖鑿機(jī)及其配套設(shè)備的研發(fā)，以更好地適應(yīng)我國的地質(zhì)環(huán)境。

3.3 隧道工程施工管理工作落實(shí)到位

隧道工程所涉及的工作內(nèi)容比較廣泛，管理人員需要合理統(tǒng)籌，準(zhǔn)確把握好工程的進(jìn)度。目前，隧道工程施工過程中，存在質(zhì)量及安全管理體系不完善，施工人員在施工之前沒有接受過相應(yīng)的培訓(xùn)，不能明確工作的重點(diǎn)，無法采取正確的、系統(tǒng)的方式管理好施工過程，這不僅會(huì)使施工質(zhì)量得不到保證，也會(huì)延誤工程進(jìn)度。因此，為了保證工程的順利實(shí)施，施工單位要建立科學(xué)的質(zhì)量管理體系及安全管理制度,并嚴(yán)格執(zhí)行，落實(shí)到位，確保整個(gè)工程處于有序的管理之中。

4 結(jié)束語

公路隧道工程施工涉及的人員眾多，施工周期長，施工環(huán)境復(fù)雜，需要把握好設(shè)計(jì)要點(diǎn)，結(jié)合施工現(xiàn)場的實(shí)際情況，制定科學(xué)合理的施工方案，并嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行隧道施工，控制好關(guān)鍵環(huán)節(jié)的施工質(zhì)量，確保公路隧道工程的施工質(zhì)量及施工安全。