公路隧道施工工藝和方法探討

【摘 要】在公路工程中，由于受空間限制，隧道工程一直都是施工中的一個重點和難點。本文針對某高速公路隧道的實際情況，詳細論述了該隧道的施工工藝和方法，以拋磚引玉，引起共鳴。

【關鍵詞】公路隧道；施工工藝；方法

1 工程概況

某高速公路隧道全長13.8km，通過剝蝕低中山區、河谷階地、河流峽谷區等地貌單元，大部分穿行山前緩坡，地形起伏大，多數山坡基巖裸露，山地覆蓋新黃土或風積沙，溝谷發育多呈\"V\"型或\"U\"型，下切較深，溝壁陡峭，河道彎曲，水流湍急。

沿線所處區域蒸發量遠大于降水量，為貧水地區，地下水量一般不大且埋藏較深，局部地段有泉水出露。按其賦存條件可分基巖裂隙水、第四系孔隙潛水。地下水主要靠大氣降水補給，局部受地表水補給。其排泄路徑主要為蒸發。地下水及地表水對普通混凝土不具侵蝕性。

2 該隧道施工工藝及方法

由于隧道為單線設計，洞身Ⅳ級圍巖采用臺階法開挖，Ⅴ級圍巖采用短臺階法開挖，Ⅲ級圍巖采用全斷面法施工。

洞內因隧道斷面寬度較小，出碴自卸汽車、運料車和其他施工機械在洞內的錯車較困難，在設計的避車洞位置擴挖一部分（尺寸滿足錯車需要），在施工期間兼作會車或倒車洞；施工中及時施作隧道仰拱和鋪填底板，既有利于隧道的穩定，又能使洞內的施工通道得到改善。

進洞采用大管棚及小導管注漿超前支護、開挖后采用格柵鋼架噴射混凝土進行強支護。

2.1 Ⅴ級圍巖短臺階法開挖

Ⅴ級圍巖采用臺階法施工，開挖前先采用Φ42超前注漿小導管進行超前支護，小導管每根長3.5m，環向間距0.3m、縱向間距2.0m。待圍巖穩定后采用短臺階法開挖，臺階長度控制在3～5m。采用自制鑿巖臺架、YT-28風動鑿巖機鉆孔施工。

臺階法開挖施工時，上部開挖采用小型松動爆破，用挖掘機人工配合，開挖完成后，先初噴砼封閉開挖輪廓面，施作系統錨桿，架立上半斷面格柵鋼架，兩側拱腳增設鎖腳錨桿，錨噴混凝土支護；上半斷面采用挖掘機扒碴至下部用312隧道掘進出碴機裝碴，自卸汽車運輸出碴。下半斷面開挖后，格柵鋼架接長到底部，噴錨網聯合進行支護，底部仰拱緊跟，使支護及時封閉成環。仰拱開挖采用挖掘機開挖、人工清底；出碴采用312掘進出碴機裝碴，自卸汽車運至棄碴場。

Ⅴ級圍巖及加強段，拱部設置Φ42超前小導管預支護，小導管環向間距0.3m、縱向間距1.6m，長度3.5m；拱墻設1榀/0.8m的格柵鋼架，邊墻設Φ22砂漿系統錨桿、拱部設Φ25中空注漿系統錨桿。

2.2 Ⅳ級圍巖臺階法開挖

Ⅳ級圍巖采用臺階法施工，開挖前先采用ф25超前中空注漿錨桿進行超前支護，然后采用短臺階法開挖，臺階長度控制在3～5m。采用自制鑿巖臺架、YT-28風動鑿巖機鉆孔施工。

臺階法開挖施工時，上部開挖完成后，先初噴砼封閉開挖輪廓面，施作系統錨桿，掛網錨噴混凝土支護；上半斷面采用人工配合挖掘機扒碴至下部用312隧道掘進出碴機裝碴，自卸汽車運輸出碴。下半斷面開挖后，施作系統錨桿，并噴錨網聯合進行支護，仰拱緊跟，使支護及時封閉成環。出碴采用312隧道掘進出碴機裝碴，自卸汽車運至棄碴場。

2.3 Ⅱ、Ⅲ級圍巖全斷面法開挖

Ⅱ、Ⅲ級圍巖采用全斷面法開挖施工，采用自制鑿巖臺架、YT-28氣腿式風動鑿巖機濕式鉆孔施工。出碴采用312隧道掘進出碴機裝碴，自卸汽車運至棄碴場。

2.4二次襯砌

二次襯砌采用C30防水混凝土；正洞襯砌采用全斷面液壓鋼模襯砌臺車，采用自動計量攪拌站集中拌和混凝土，混凝土攪拌運輸車運輸，混凝土輸送泵泵送入模。

隧道噴射砼與模筑混凝土之間拱、墻部位設置復合防水板，板后設置縱環向盲管，環向盲管按5～10m一道設置。并在隧道量測泄水孔處設置貫穿全隧道的ф80縱向盲管，縱環向盲管的水由橫向泄水管引入兩側水溝。

防水板采用復合防水板，其厚度不小于1.2mm，且抗拉強度不小于12Mpa，土工布密度≥300g/m2；兩幅防水板的搭接寬度不小于150mm，接縫宜采用熱楔法焊接，為雙焊縫，焊縫寬不小于20mm，焊縫強度不小于本身強度的70%。

采用綜合超前探測，遠距離采用TSP-202/203地質探測儀，近距離超前探測采用地質雷達和紅外超前探水等物探手段。

3 風、水、電等系統配置

3.1 高壓供風系統

在隧道洞口適當位置修建一座空壓機房，空壓機房安裝5臺20m3/min電動空壓機供風，高壓風管采用Φ200的無縫鋼管，管道連接用法蘭盤和螺栓連接；高壓風管在洞內置于通風管一側的邊墻腳。

3.2 高壓供水系統

在隧道洞口附近的低洼處修建Φ2.0m保溫大口井1眼，井泵房采用半地下保溫式結構，采用無塔變頻恒壓供水系統向洞內供給施工用水，給水管路采取地埋進行保暖，水管深埋在當地凍結線以下0.2m。水管在與地埋交界處和洞內200m范圍內的管道采用巖棉保溫管包裹電熱絲進行水管保暖，確保供水設備不受季節影響正常供水。

3.3 供電系統

隧道用電利用既有線10KV貫通線，與供電部門聯系接出。在隧道洞口附近安裝一臺500KV變壓器；設置配電房，向洞內架設三相五線供電線路供施工用電。主要為312型隧道掘進出碴機及洞內各種用電設施提供電力供應；同時各洞口配置1臺250KW內燃發電機組，以供突然停電或電力供應不足時洞內通風、抽水、照明及混凝土澆筑等應急使用。輔助設施及生活用電從變壓器接出專用線路供電。

3.4 洞內通風系統

3.4.1 通風方式

采用壓入式送風為主、壓出廢氣為輔的循環通風方法，將新鮮空氣壓入洞內，再利用壓出通風機將洞內廢氣壓出洞外，以加快掌子面空氣循環。輔以水幕降塵，柴油添加劑來控制或減少洞內粉塵和廢氣。

3.4.2 通風設備的選擇和布置

（1）設備選擇

根據類似隧道施工經驗及通風量計算，確定隧道施工采用天津通風機廠生產的SDF（C）-NO11型（110KW×2）低噪聲軸流式通風機軸流式通風機，風量為12000m3/min，全壓4800Pa，功率為2×110KW。

風筒：選用洛陽機械廠生產的WSFG型雙抗柔性軟管，直徑為1200mm。

通過風量及掌子面進行演算，完全能夠滿足施工通風的需要。

（2）風管與風機的布置

風管的選用主要從風管出口處的風速和風量、風管的耐用性、風管裝拆的難易程度等方面考慮。在通風機性能確定的前提下，風管出口處的風速和風量主要和風壓損失、管道摩阻損失、漏風損失等因素有關，將這些損失降低到最小程度，保證工作面的風量。

①從降低風壓損失考慮

根據已有的經驗，管道通風的壓力損失與風管直徑的五次方成反比，即：實現大風量通風的最有效的技術措施是采用大直徑風管，這不僅可以減少通風機、延長送風距離，還可以成倍地降低通風能耗，在實際施工中，已有SDF（C）-NO11型（110KW×2）低噪聲軸流式通風機單機配大直徑柔性風管實現較長距離隧道施工通風的成功經驗，據此，確定SDF（C）-NO11型（110KW×2）低噪聲軸流式通風機配直徑1.2m的軟質風管。

②從降低管道摩阻損失考慮

引起管道摩阻損失的主要因素是管壁的光滑程度、管道接頭、管道的順直情況。為減少管道的摩阻損失因素，此工程選用軟質風管，這種風管具有風阻小、裝拆方便、耐用、易修補、防水阻燃、耐腐蝕、抗靜電等諸多優點。安裝時以50m為一節，減少接頭以降低風阻，便于裝拆。隧洞通風管設置在洞頂，安裝時要求整條管路穩、平、直、無扭曲、無褶皺，盡量減少風阻。為增加強度，接出風口的前50m長度采用帶箍混紡膠布風管。

③從降低管道漏風損失考慮

造成風管漏風損失的主要原因有：管道接頭漏風、管道縫紉針眼漏風、管道破損漏風，為減少管道接頭漏風損失，除增大管道節長以減少接頭外，還可采用新型剛性接頭，增強接頭的密封性。在接長風管時，采用對折縫紉法和在縫紉縫上涂刷膠粘劑的方法，減少縫紉針眼的漏風。對施工中出現的管道損壞，主要是靠加強現場管理，及時發現及時修補，避免造成漏風損失。

④通風機的現場布置

通過對上述因素的綜合考慮，從而確定：在隧道施工采用SDF（C）-NO11型（110KW×2）低噪聲軸流式通風機進行壓入式通風；同時隧道掘進超過0.5km后在掌子面設一臺軸流風機、將爆破后的廢棄排出洞外，與壓入新鮮空氣風機形成混合式循環通風。

參考文獻：

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