隧道洞身施工技術(shù)難點分析與對策

摘要 隧道洞身施工是地下工程中的關(guān)鍵部分，涉及多個技術(shù)難點和挑戰(zhàn)。文章首先分析了隧道洞身施工中常見的技術(shù)難點，如二次襯砌、光面爆破等，然后針對這些難點對實踐工程的重點施工技術(shù)及參數(shù)進(jìn)行了研究。通過實際應(yīng)用案例的分析，旨在為隧道洞身施工提供理論支持和實踐指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞 隧道工程；洞身施工；技術(shù)難點

中圖分類號 U415 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）17-0171-03

0 引言

隧道洞身作為隧道工程的主體部分，其施工技術(shù)難度尤為突出。在實際施工中，隧道洞身面臨著復(fù)雜多變的地質(zhì)條件、嚴(yán)苛的施工環(huán)境、嚴(yán)格的安全標(biāo)準(zhǔn)等多重挑戰(zhàn)。這些技術(shù)難點不僅影響施工效率，更直接關(guān)系工程質(zhì)量和人員安全。因此，對隧道洞身施工技術(shù)的難點進(jìn)行深入分析并提出有效對策，對于保障同項目中隧道工程的順利進(jìn)行具有參考價值。

1 工程概況

該項目位于涼山州鹽源縣棉椏鎮(zhèn)中心村，全線包含超特長隧道一座；隧道洞身分別穿越棉椏、霍兒坪、麥架坪斷層破碎帶，總計長度為3 576.3 m；隧道最大埋深1 470.431 m；Ⅲ級圍巖開挖過程中易出現(xiàn)輕微～中等巖爆。隧道巖性主要為白云巖、灰?guī)r，由于巖溶地下水的補給、徑流、賦存主要受巖性、構(gòu)造、地形地貌、巖溶發(fā)育特征等控制，隧道涌、突水位置主要位于可溶巖與非可溶巖接觸帶、構(gòu)造發(fā)育帶以及巖溶發(fā)育帶等部位。隧道穿越地層巖性以灰?guī)r（灰?guī)r夾白云巖）為主。溶蝕強烈地段、巖性變化接觸帶附近發(fā)生突水突泥的可能性較大，在灰?guī)r遇巖溶發(fā)育區(qū)、地下水富集段將可能出現(xiàn)突水突泥。

2 施工工藝技術(shù)

棉椏隧道施工以雙向掘進(jìn)的方式開挖，采用鉆爆法（光面爆破）開挖；隧道主要工序采用機械化作業(yè)，隧道出渣采用無軌運輸方式，施工中采用三臂鑿巖臺車（具有鉆孔速度快，打鉆時安全風(fēng)險低、自動化測量、炮孔精確定位等特點）、智能拱錨一體化臺車（具有抓手靈活、3榀鋼架整體安裝、立架速度快、安全風(fēng)險低等特點）、液壓棧橋、濕噴臺車、裝載機、自卸汽車、挖掘機、襯砌模板臺車為主要特征的大型配套機械設(shè)備，組成鉆爆、裝運、噴錨支護(hù)、襯砌等機械化施工。開挖采用三臂鑿巖臺車鉆孔施工，立架采用智能拱錨一體化臺車進(jìn)行施工，環(huán)境污染少、安全系數(shù)較高，比傳統(tǒng)的隧道施工開挖、立架工法具有顯著優(yōu)勢，是一種較為經(jīng)濟(jì)、先進(jìn)的施工工藝。

3 難點施工技術(shù)

3.1 二次襯砌

二次襯砌施作時初期支護(hù)變形應(yīng)滿足下列條件：（1）各測試項目所顯示的位移率明顯減緩并已基本穩(wěn)定。（2）已產(chǎn)生的各項位移已達(dá)預(yù)計位移量的80%～90%。（3）周邊位移速率小于0.1～0.2 mm/d，或者拱頂下沉速率小于0.07～0.15 mm/d。當(dāng)上述條件滿足時，則應(yīng)盡快施作二次襯砌。二次襯砌施工前，應(yīng)做好防排水施工，當(dāng)防排水系統(tǒng)經(jīng)檢查符合要求后，方可進(jìn)行二次襯砌的施工。

3.1.1 襯砌鋼筋

二襯鋼筋安裝需搭設(shè)簡易活動作業(yè)平臺，要求平臺輕便、移動方便，每層作業(yè)平臺需設(shè)高度不小于1 m的防護(hù)欄。根據(jù)仰拱及小邊墻位置計算所需連接的鋼筋長度，要求計算準(zhǔn)確。在不確定的情況下，鋼筋宜長不宜短。

根據(jù)實測設(shè)計的鋼筋長度按1∶1的大樣進(jìn)行下料，應(yīng)完成鋼筋的加工且將中間鋼筋連接處焊接好。焊縫質(zhì)量及焊接長度應(yīng)符合規(guī)范要求。

利用安裝平臺，根據(jù)所需鋼筋長度逐根焊接安裝。在鋼筋焊接時，特別是靠近圍巖側(cè)的鋼筋焊接，必須采取措施對防水板進(jìn)行保護(hù)。在焊接時，可在接頭處設(shè)一保護(hù)鋼筋的木塊，嚴(yán)禁在焊接時燒壞防水板。鋼筋安裝時，應(yīng)注意移動鋼筋不能刺穿防水板，若刺穿應(yīng)及時進(jìn)行修補。

3.1.2 模板安裝

根據(jù)測量的隧道中線及標(biāo)高，鋪設(shè)臺車的運行軌道。臺車運行軌道中心應(yīng)與隧道中心線一致，其誤差不得大于3 cm。將鋼模臺車運行至待澆混凝土地段，緊貼矮邊墻調(diào)整就位。當(dāng)鋼模臺車就位后，應(yīng)鎖定卡軌器，交替啟動垂直油缸和側(cè)向油缸，使模板立于設(shè)計要求位置。調(diào)整基腳千斤頂使其支頂在墊木和木楔上，然后安裝并固定基腳模板。檢查模板的位置，如發(fā)現(xiàn)有偏差，應(yīng)采用千斤頂進(jìn)行調(diào)整，如偏差過大則需移走臺車，再重新定位運行軌道，并重新立模。安裝并固定堵頭板和接縫模板。在安放基腳模板時，下部應(yīng)緊靠基腳千斤頂下的墊木外側(cè)，上部則用木撐使其與邊墻模板密貼。

3.1.3 施工縫、沉降縫及抗震縫施工

施工縫：環(huán)向施工縫及兩側(cè)邊墻縱向施工縫應(yīng)采用中埋式橡膠止水帶和排水式止水槽。

沉降縫：采用中埋式橡膠止水帶+外貼式止水帶。在不設(shè)明洞的洞口段襯砌距離洞口5～12 m處、襯砌結(jié)構(gòu)變化處、連續(xù)V級圍巖段，每間距約48 m設(shè)一道沉降縫。

抗震縫：采用中埋式鋼邊橡膠止水帶+外貼式止水帶。在洞口明洞暗洞交界面、覆蓋層與基巖交界面、軟硬巖交界面、淺埋和深埋交界面、淺埋段地表地形突變處、洞身V級圍巖較差段（Z5a型襯砌設(shè)置間距為12 m/道）各設(shè)一道抗震縫。

3.2 光面爆破

3.2.1 洞內(nèi)爆破點

該工程隧道主洞Ⅴ級圍巖洞口淺埋段（Z5a型襯砌）選用CD法開挖，機械開挖為主，爆破為輔，機械開挖確實困難需爆破，則只能采用弱爆破；主洞Ⅲ級圍巖（Z3a型襯砌）、人行橫洞（R4型襯砌）采用全斷面法開挖；主洞Ⅳ級圍巖（Z4b型襯砌）、緊急停車帶（T4型襯砌）、車行橫洞（C4a型襯砌）圍巖采用臺階法開挖；主洞V級圍巖深埋段（Z5b型襯砌）采用三臺階法開挖。在隧道開挖作業(yè)時，必須采取控制爆破，確保施工安全；周邊孔采用光面爆破技術(shù)，以保證開挖輪廓面的平整。該方案Ⅲ級圍巖循環(huán)進(jìn)尺控制在4 m以內(nèi)，Ⅳ級圍巖循環(huán)進(jìn)尺控制在2.5 m以內(nèi)，V類圍巖循環(huán)進(jìn)尺控制在1.5 m以內(nèi)。

3.2.2 周邊孔光面爆破參數(shù)設(shè)計

（1）光爆孔的孔距

光爆孔的孔距與炮孔直徑、巖性和節(jié)理裂隙發(fā)育程度等因素有關(guān)。孔距過大，難以爆出平整壁面，而孔距過小又增加鉆孔費用。光爆孔的孔距通?？砂磁诳字睆竭x?。?/p>

a光=（10～18）d （1）

式中，a光——光爆孔孔距（m）；d——光爆孔孔徑（m）。

隧道巖體主要為Ⅲ～V級圍巖，孔距隨圍巖等級提高逐步增大，光爆孔孔距暫按Ⅲ級圍巖46～50 cm、Ⅳ級圍巖44～48 cm、Ⅴ級圍巖42～46 cm進(jìn)行選取（爆破施工過程中應(yīng)根據(jù)每次爆破的效果進(jìn)行調(diào)整，直至達(dá)到最優(yōu)）。

（2）光爆孔的最小抵抗線W

光爆孔最小抵抗線（最后一圈掘進(jìn)孔與周邊孔的距離）多為光面爆破孔孔距的1.2～1.8倍，巖石破碎、軟弱時則取較小值?？紤]隧道圍巖等級，設(shè)計選取光爆孔的最小抵抗線為0.5～0.7 m（爆破施工過程中應(yīng)根據(jù)每次爆破的效果進(jìn)行調(diào)整，直至達(dá)到最優(yōu)）。

（3）光爆孔的線裝藥密度q線

根據(jù)隧道圍巖情況，當(dāng)采用2號巖石乳化炸藥時，暫選取光爆孔的線裝藥密度0.1～0.25 kg/m（爆破施工過程中應(yīng)根據(jù)每次爆破的效果進(jìn)行調(diào)整，直至達(dá)到最優(yōu)）。

（4）光面爆破的單孔裝藥量

光面爆破的單孔裝藥量按照線裝藥密度進(jìn)行計算，由式（2）給出：

Q光=q線×L光 （2）

式中，Q光——光爆孔單孔裝藥量（kg）；q線——光爆孔線裝藥密度（kg/m）；L光——光爆孔長度（m）。

3.2.3 重點爆破參數(shù)

（1） Ⅲ圍巖主洞

Ⅲ級圍巖選取Z3a型襯砌斷面進(jìn)行設(shè)計，采用全斷面法開挖。由于受地質(zhì)條件多變等因素影響，施工中應(yīng)根據(jù)爆破效果及有害效應(yīng)對孔網(wǎng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。炮孔直徑：42 mm；循環(huán)進(jìn)尺設(shè)計：3 m；炮孔利用率：一般為0.85～0.95，取0.91。炮孔長度：掏槽孔為4 m，輔助掏槽孔為3.8 m，周邊孔為3.3 m，底板孔為3.3 m，掘進(jìn)孔為3.3～3.4 m，崩落孔為3.3 m；掏槽方式：楔形掏槽；周邊孔布置：在開挖輪廓線上，并向外傾斜，孔底在輪廓線外10 cm處。

炮孔布置剖面見圖1所示：

（2）Ⅳ圍巖主洞

Ⅳ級圍巖選取Z4b型襯砌斷面進(jìn)行設(shè)計，采用臺階法開挖。為方便施工，下臺階分左、右幅進(jìn)行分部開挖。由于受地質(zhì)條件多變等因素影響，施工中應(yīng)根據(jù)爆破效果及有害效應(yīng)對孔網(wǎng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。炮孔直徑：42 mm；循環(huán)進(jìn)尺設(shè)計：2.5 m；炮孔利用率：一般為0.85～0.95，取0.925。炮孔長度：掏槽孔為3.5 m，輔助掏槽孔為3.15 m，周邊孔為2.7 m，底板孔為2.7 m，掘進(jìn)孔為2.7～2.8 m，崩落孔為2.7 m；掏槽方式：楔形掏槽；周邊孔布置：在開挖輪廓線上，并向外傾斜，孔底在輪廓線外10 cm處。

（3）Ⅴ圍巖主洞（淺埋段）

Ⅴ級圍巖主洞洞口淺埋段選取Z5a型襯砌斷面進(jìn)行設(shè)計，采用CD法開挖，共分為7部分（開挖順序：左上-左中-左下-右上-右中-右下-仰拱），以機械開挖為主，爆破為輔，機械開挖困難確需爆破，則采用弱松動爆破方式。由于受地質(zhì)條件多變等因素的影響，施工中應(yīng)根據(jù)爆破效果及有害效應(yīng)對孔網(wǎng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。炮孔直徑：42 mm；循環(huán)進(jìn)尺設(shè)計：0.8 m；炮孔利用率：一般為0.8～0.95，取0.8。炮孔長度：掏槽孔為1.35 m，其余孔為1 m；掏槽方式：楔形掏槽；周邊孔布置：在開挖輪廓線上，并向外傾斜，孔底在輪廓線外10 cm處。部分參數(shù)見表1所示：

導(dǎo)爆索用量：32×1.5+17=65 m（左上部周邊孔Ⅰ和右上部周邊孔，每孔導(dǎo)爆索用量取1.5 m，主線與每個炮孔之間連接的導(dǎo)爆索取17 m）。

備注：①左上部周邊孔和右上部周邊孔使用Φ32 mm-300 mm-300 g的藥卷，分2段裝藥，底部裝0.1 kg、頂部裝0.05 kg，每段間隔0.35 m。

②其余炮孔使用Φ32 mm-300 mm-300 g的藥卷連續(xù)裝藥。

③左上部分爆破方量為13.248 m3，平均炸藥單耗約為0.717 kg/m3；右上部分爆破方量為19.512 m3，平均炸藥單耗約為

0.574 kg/m3。

④左上部分單循環(huán)民用爆炸物品使用量：炸藥9.5 kg、導(dǎo)爆索25 m、數(shù)碼電子雷管31發(fā)（周邊孔按照2發(fā)計算）。

⑤右上部分單循環(huán)民用爆炸物品使用量：炸藥11.2 kg、導(dǎo)爆索40 m、數(shù)碼電子雷管32發(fā)（周邊孔按照2發(fā)計算）。

（4）Ⅴ圍巖主洞（深埋段）

Ⅴ級圍巖主洞深埋段選取Z5b型襯砌斷面進(jìn)行設(shè)計，采用三臺階法開挖。為方便施工，中下臺階分左、右幅進(jìn)行分部開挖。由于受地質(zhì)條件多變等因素的影響，施工中應(yīng)根據(jù)爆破效果及有害效應(yīng)對孔網(wǎng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。炮孔直徑：42 mm；循環(huán)進(jìn)尺設(shè)計：1.5 m；炮孔利用率：一般為0.85～0.95，取0.88；炮孔長度：掏槽孔為2.7 m，輔助掏槽孔為2.4 m，周邊孔為1.7 m，底板孔為1.7 m，掘進(jìn)孔為1.7～2.0 m，崩落孔為1.7 m；掏槽方式：楔形掏槽；周邊孔布置：布置在開挖輪廓線上，并向外傾斜，孔底在輪廓線外10 cm處。

（5）緊急停車帶

緊急停車帶選取T4型襯砌斷面進(jìn)行設(shè)計，采用臺階法開挖。為方便施工，下臺階分左、右幅分部開挖。由于受地質(zhì)條件多變等因素的影響，施工中應(yīng)根據(jù)爆破效果及有害效應(yīng)對孔網(wǎng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。炮孔直徑：42 mm；循環(huán)進(jìn)尺設(shè)計：3.0 m；炮孔利用率：一般為0.85～0.95，取0.93。炮孔長度：掏槽孔為4 m，輔助掏槽孔為3.7 m，周邊孔為3.2 m，底板孔為3.2 m，掘進(jìn)孔為3.2～3.35 m，崩落孔為3.2 m；掏槽方式：楔形掏槽；周邊孔布置：布置在開挖輪廓線上，并向外傾斜，孔底在輪廓線外10 cm處。

4 結(jié)論

隧道洞身施工技術(shù)的難點眾多，涵蓋了地質(zhì)條件、施工環(huán)境、安全風(fēng)險控制等多個方面。通過對二次襯砌、光面爆破等難點的深入分析，這些數(shù)據(jù)及施工重點參數(shù)能夠有效應(yīng)對隧道洞身施工中面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)，提高施工效率，保證工程質(zhì)量，并降低安全風(fēng)險。隧道洞身施工技術(shù)難點的解決需要綜合考慮多個因素，采取綜合性的對策和措施。

參考文獻(xiàn)

[1]趙旭.淺埋偏壓隧道洞身施工技術(shù)探討[J].交通世界，2019（8）：108-109+112.