高陵高速公路隧道設(shè)計(jì)與施工技術(shù)問(wèn)題探討

霍三勝

（高陵高速公路有限公司，山西 陵川 046300）

0 引言

隨著我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和中西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，發(fā)展山區(qū)高速公路勢(shì)在必行。山區(qū)高速公路長(zhǎng)隧道不斷增加、隧道所占比例不斷提高，目前，僅山西省已通車的近5 000 km高速公路，隧道長(zhǎng)度就達(dá)到300余公里。具體到高陵高速公路，全長(zhǎng)63 km，隧道就有9.21 km/13座，隧道長(zhǎng)度占到路線長(zhǎng)度的15%左右。存在問(wèn)題主要有：郭家川1號(hào)隧道存在陷落體；郭家川2號(hào)隧道穿越小硫磺礦煤系地層采空區(qū)；鄭家?guī)X1、2號(hào)鳳凰掌隧道群，隧道間隔100～300 m；圍掌小凈距連拱隧道還穿越大溶洞；王莽嶺特長(zhǎng)隧道跨越晉豫兩省，全長(zhǎng)3 900 m，兩省各占一半。且大都地質(zhì)復(fù)雜、施工技術(shù)難度大。現(xiàn)就高陵高速公路隧道施工中遇到的問(wèn)題和采取的施工措施作一介紹，與同行們共同討論，以期為今后隧道設(shè)計(jì)施工積累經(jīng)驗(yàn)。

1 隧道設(shè)計(jì)與施工存在的主要問(wèn)題

1.1 地質(zhì)勘測(cè)方面

勘測(cè)深度不夠，對(duì)地質(zhì)構(gòu)造調(diào)查不夠準(zhǔn)確，象斷層、滑坡、溶洞等特殊地質(zhì)構(gòu)造調(diào)查不夠徹底，圍巖分類不準(zhǔn)確，造成隧道設(shè)計(jì)缺陷多，施工過(guò)程中因地質(zhì)變化變更頻繁，直接影響到施工安全及高速公路的造價(jià)。

1.2 設(shè)計(jì)方面

a）隧道群設(shè)計(jì)，對(duì)隧道洞口間隔小于100 m時(shí)的隧道群相互不連接，造成行車時(shí)光線亮度變換頻繁，致使駕駛員產(chǎn)生“黑洞”感覺，不利于行車安全。

b）小近距連拱隧道，在圍巖強(qiáng)度好于更換后的混凝土強(qiáng)度時(shí)，仍然設(shè)計(jì)中導(dǎo)洞，使得整體性差，造成工期延長(zhǎng)，造價(jià)等多方面浪費(fèi)。

c）隧道內(nèi)設(shè)置的凸型豎曲線半徑小，未能滿足小車快速通過(guò)時(shí)的視距規(guī)范要求。

d）排水形式單一，不分水量大小，統(tǒng)一采用在隧道中央設(shè)縱向排水溝，致使養(yǎng)護(hù)維修極不方便。單坡隧道排水設(shè)計(jì)不合理，如郭家川2號(hào)隧道即出現(xiàn)了路基水倒灌；王莽嶺隧道僅4 km長(zhǎng)，單坡排水設(shè)計(jì)不完善。

e）特長(zhǎng)隧道設(shè)計(jì)未考慮石渣綜合利用。如王莽嶺特長(zhǎng)隧道，全長(zhǎng)3 800多米，其中山西省境內(nèi)1 900 m，全部為可利用巖石，開挖量達(dá)30余萬(wàn)m3，綜合利用可節(jié)約造價(jià)千萬(wàn)余元。

f）隧道內(nèi)混凝土路面設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單落后，未考慮具體情況。致使隧道內(nèi)伸縮縫多，行車極不舒服，噪聲大。

1.3 施工技術(shù)方面

a）隧道支護(hù)不切實(shí)際，錨桿選用死套路。整體性好的巖石無(wú)需支護(hù)，強(qiáng)度高、巖石破碎的地段，可用砂漿錨桿代替中空錨桿。

b）隧道掘進(jìn)方法較落后，特別對(duì)軟弱巖層缺乏具體施工安全措施，技術(shù)落后，存在冒險(xiǎn)作業(yè)現(xiàn)象，安全隱患大。

c）穿越采空區(qū)隧道設(shè)計(jì)采用邊開挖、邊注漿，不科學(xué)、造價(jià)高，給施工帶來(lái)了極大安全隱患。

2 隧道設(shè)計(jì)與施工主要采取的技術(shù)措施

2.1 勘測(cè)地質(zhì)資料調(diào)查

在路線走廊帶確定之后，地質(zhì)構(gòu)造必須詳細(xì)調(diào)查，涉及到的斷層、陷落體、滑坡、溶洞、地下水，巖體的性能等都要有準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。具體做法是，在施工過(guò)程中，勘測(cè)設(shè)計(jì)人員應(yīng)深入到施工現(xiàn)場(chǎng)，及時(shí)變更、調(diào)整設(shè)計(jì)資料，跟蹤服務(wù)，完善相關(guān)數(shù)據(jù)，按實(shí)際確定圍巖類別及施工方案。滑坡、塌方、冒頂?shù)忍厥獾刭|(zhì)災(zāi)害關(guān)系到隧道設(shè)計(jì)方案的成敗、直接影響施工安全和工程進(jìn)度、工程造價(jià)。

2.2 設(shè)計(jì)方面

堅(jiān)持動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)理念，細(xì)化圍巖類別，動(dòng)態(tài)調(diào)整，增加過(guò)渡段支護(hù)。根據(jù)客觀實(shí)際確定圍巖類別和支護(hù)參數(shù)這是隧道施工的精髓。地質(zhì)勘察看大面——粗放性，實(shí)際鉆探看局部——局限性，只有施工時(shí)開挖出掌子面，現(xiàn)場(chǎng)判斷才最真實(shí)、最準(zhǔn)確。現(xiàn)場(chǎng)判斷掌子面的圍巖，變更支護(hù)方案，在介于Ⅲ級(jí)和Ⅳ級(jí)有仰拱圍巖之間增設(shè)過(guò)渡段支護(hù)，符合實(shí)際，利于安全，節(jié)約費(fèi)用。

2.3 施工方面

根據(jù)實(shí)際情況和地質(zhì)圍巖變化，及時(shí)采取切實(shí)可行的技術(shù)方案和施工措施，是隧道施工的關(guān)鍵所在。要消除一切僥幸心理，注重細(xì)節(jié)，科學(xué)施工，把問(wèn)題消除在施工中，把隱患消滅在完工前。

2.3.1 隧道穿越煤系地層（采空區(qū)）處治方法

郭家川2號(hào)隧道，全長(zhǎng)450 m，設(shè)計(jì)時(shí)正好穿越小硫磺礦采空區(qū)。施工中采取的主要處治方法：

a）在軟弱破碎圍巖隧道進(jìn)洞時(shí)增加洞口段聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，加強(qiáng)初期支護(hù)鋼拱架之間的縱向連接，有效減少洞口段初期支護(hù)的變形量。

b）實(shí)行仰拱三幅施工法，達(dá)到了拱腳開挖量小，擾動(dòng)小，時(shí)間短、及時(shí)成環(huán)的較好效果。

c）采用“地表封水、洞內(nèi)成環(huán)，侵界調(diào)坡”對(duì)初期支護(hù)變形處理方案，靈活應(yīng)用新奧法，充分發(fā)揮圍巖的承載力。

d）回填壓實(shí)自穩(wěn)后，實(shí)行大管棚掘進(jìn)、小導(dǎo)管注漿、加密拱架，以強(qiáng)支護(hù)、短進(jìn)尺，抽換套拱穩(wěn)步推進(jìn)，處治冒頂塌方。

2.3.2 細(xì)化圍巖類別、注漿和錨桿支護(hù)

a）在Ⅲ級(jí)和Ⅳ級(jí)無(wú)仰拱之間增加Ⅲ-1和Ⅲ-2支護(hù)過(guò)渡段，根據(jù)開挖后圍巖變化選擇不同的支護(hù)方式，延米造價(jià)可節(jié)約5 000元左右。

b）對(duì)松散地層進(jìn)行注漿，改變地層松散性，使隧道頂部及側(cè)面增加抗壓強(qiáng)度和黏結(jié)性，提高圍巖的承載力，使圍巖受力均勻，對(duì)巖體裂隙多和砂礫地層會(huì)更為有效。

c）錨桿支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用，很大程度依賴于工程技術(shù)人員運(yùn)用的合理性，以及對(duì)地質(zhì)條件、巖石狀況的預(yù)判是否準(zhǔn)確，發(fā)揮現(xiàn)場(chǎng)施工人員的經(jīng)驗(yàn)尤為重要。

2.3.3 隧道穿越溶洞處治

K55+800處圍掌隧道，在施工過(guò)程中右洞鄰近出洞口時(shí)，發(fā)現(xiàn)一個(gè)直徑30 m、深30 m的大溶洞。溶洞位于隧道右側(cè)下方，侵占隧道1/3凈空。為處治該溶洞，建設(shè)單位經(jīng)與地方政府旅游部門會(huì)商，認(rèn)為溶洞發(fā)育不完善，利用價(jià)值不高，決定采用石渣回填增設(shè)混凝土墻通過(guò)。經(jīng)過(guò)3年?duì)I運(yùn)，溶洞處未發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象。

2.3.4 防排水施工措施

進(jìn)洞前，要首先充分了解隧道軸線范圍內(nèi)的地表水來(lái)源及補(bǔ)給方式，徹底解決好地表水的防排。其次，進(jìn)洞時(shí)，應(yīng)對(duì)開挖面出現(xiàn)的滲水進(jìn)行分析，找準(zhǔn)原因，以防、排、堵、截等多種方式綜合處治。

3 隧道設(shè)計(jì)優(yōu)化和施工措施的建議

a）對(duì)隧道內(nèi)路面中央排水管道位置設(shè)置要靈活應(yīng)用，直徑可采用變截面形式，科學(xué)計(jì)算合理確定。

b）隧道內(nèi)路面設(shè)計(jì)。對(duì)長(zhǎng)度小于1 500 m的隧道，即實(shí)際水泥混凝土路面長(zhǎng)度不足1 000 m的隧道，全部采用復(fù)合路面，長(zhǎng)度大于1 500 m的隧道，中間設(shè)水泥混凝土路面。

c）小凈距連拱隧道的施工。位于K55+800圍掌隧道設(shè)計(jì)為連拱隧道，圍巖很好，巖石強(qiáng)度R＞80 MPa，但設(shè)計(jì)延米造價(jià)卻很高。分析其原因，主要是因?yàn)橹袑?dǎo)洞墻的更換。更換中導(dǎo)洞墻，其強(qiáng)度并不比原圍巖強(qiáng)度高。筆者認(rèn)為，在雙洞間距不滿足隧道規(guī)定的最小凈距時(shí)，當(dāng)圍巖整體性好、強(qiáng)度大于更換的混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)，雙洞間距應(yīng)不受此限制，而應(yīng)采用獨(dú)立雙洞設(shè)計(jì)和施工。

d）特長(zhǎng)隧道排水、通風(fēng)、消防及救援通道設(shè)置。省界王莽嶺隧道全長(zhǎng)3 800 m，屬特長(zhǎng)隧道，往河南方向一路下坡，坡度達(dá)1.35%～2.5%，交界在隧道正中間，由于施工不同步，所以在河南方向未貫通前，需增加集水池和排水設(shè)施；因中間又無(wú)斜井通道，對(duì)通風(fēng)、消防、救援等極為不利。為此建議，對(duì)此特殊情況隧道，兩省應(yīng)相互溝通，采取特殊聯(lián)合設(shè)計(jì)。

e）要改變變更層層請(qǐng)示繁瑣的程序，實(shí)行相關(guān)人員現(xiàn)場(chǎng)確定、共同簽認(rèn)、及時(shí)實(shí)施以免隧道完工后，出現(xiàn)因設(shè)計(jì)不到位而引起的缺陷問(wèn)題。像山西省某高速公路隧道，通車不到一年，就因下沉變形而封閉交通，至今都無(wú)法使用。

f）對(duì)特殊軟弱圍巖掘進(jìn)，可采用直徑1.5～2.0 m鋼波紋管簡(jiǎn)易盾構(gòu)掘進(jìn)施工技術(shù)，有利于消除安全隱患。

4 結(jié)論

a）堅(jiān)持用動(dòng)態(tài)的理念實(shí)施隧道施工，確定圍巖類別，調(diào)整圍巖支護(hù)參數(shù)，完善設(shè)計(jì)圖紙。

b）用科學(xué)的方法和先進(jìn)的技術(shù)施工，探討隧道穿越軟弱巖層（采空區(qū)）施工簡(jiǎn)易盾構(gòu)新方法，有利于保證安全。

c）完善特定環(huán)境下連拱隧道中導(dǎo)洞、省界特殊隧道排水和隧道群及棚洞的設(shè)計(jì)和施工措施。

d）采用新型鋼筋焊接網(wǎng)連續(xù)配筋水泥混凝土路面，減少接縫，降低噪聲，提高行車舒適性。

e）綜合利用隧道棄渣，節(jié)約造價(jià)。