談隧道設計及施工工藝

朱 啟 韜

(云南省交通規劃設計研究院，云南 昆明 650011)

談隧道設計及施工工藝

朱 啟 韜

(云南省交通規劃設計研究院，云南 昆明 650011)

介紹了隧道的作用及類型，對隧道設計及施工工藝進行了研究，探討了隧道平面布置、埋置深度、橫斷面尺寸形狀的確定依據，對科學合理地設計與施工隧道具有重要的意義。

隧道，施工，圍巖，長度，設計

隧即洞，道即路。隧道在古代，或天然形成，或人工挖掘形成，或動物掏成。在山中、地下、水下均有隧道，用于行走或棲身。用以車行，人走最多。動物掏之者叫做洞，只能動物藏行。為人類需要而創造，人類挖掘的隧道能行車行人，過水，管線通過，藏人藏物，取礦藏，或作為軍事用途。

本文單就人工挖掘隧道而論，古代，人行車行隧道很少，現代隧道行人行車用途較多而難論。現代主要分為：鐵路隧道、公路隧道、人行隧道，在山中有、地下有、水下亦有；長、短、高、矮、寬、窄、彎、直盡有，其平面布置、埋置深度、橫斷面尺寸、形狀均依用途要求而確定。隧道挖掘有難有易，難者居多，易者較少。鐵路隧道火車獨行，可謂獨來獨往“唯我獨大”。公路隧道可車行、人行，其功能多而適用。

公路隧道(有分離式、小凈距、連拱隧道之分)與鐵路隧道挖掘都有規有矩，有規范可遵行。設計則依標準、地形、地質而設計。其長度有短有長：公路隧道將其長度L>3 000 m稱為特長隧道、長度1 000 m

公路隧道與鐵路隧道施工都是大同小異,不同者為使用的對象。隧道施工則依地形、地質、水文而采用不同的施工方法,施工設備。公路隧道將其所在位置的地質稱為圍巖，并分為六級。一至六級圍巖依次為：堅巖、硬巖→完整巖→破碎巖→軟巖→硬土→軟塑土與泥砂(詳解見公路隧道設計規范)。

隧道施工方法依據設計的斷面，圍巖級別而選擇。隧道施工方法多而復雜，常見隧道施工方法有：鉆爆法(又謂礦山法)、淺埋暗挖法、盾構法、頂管法、明挖法、地下連續墻法、TBM法等；在此等探索積累施工方法的基礎之上，20世紀80年代新奧法設計施工理論傳入中國,新奧法則集設計、施工、隧道結構(體系)、隧道使用狀態(結果)等被廣泛應用。新奧法則能從巖體力學的觀點出發，并結合支護設計與施工,將隧道的圍巖結構(圍巖級別)和各種支護結構作為一個完整體系的支護理論與施工方法謂之新奧法(有人又稱之為噴錨構筑法)。

隧道的結構依圍巖級別與滲、排水的需要而設計。常見的則有：排水網管、錨桿、鋼筋網噴混凝土，鋼筋混凝土支護，石砌支護等。

隧道的出現對穿越地形障礙，縮短路線長度，并兼有防空軍事和不占地面等優點。對公路與鐵路而言：則有穿山越嶺、避冰雪之患、縮短里程、降低縱坡，是無可替代的地下建筑物。隨著科學技術的發展，隧道的掘進機械化程度也有了極大的進步，使隧道的掘進速度取得了長足的進步。隧道發展和利用是當今與未來人類解決異地往來集科技之大成的理想建筑物。其發展也日新月異。

現代的公路與鐵路隧道修建是建立在理論與實踐的基礎之上，并制定有公路、鐵路《隧道設計規范》和《隧道施工技術規范》，在《隧道設計規范》和《隧道施工技術規范》指導之下，使設計和施工人員有章可循，有規可遵。

設計人員可根據設計規范和相應的地質資料進行設計，在隧道設計過程中；設計人員須具備相應的隧道理論和地質知識，才能進行設計，隧道的設計須根椐相應的地質資料進行各專項設計，如：洞口形式、隧道的幾何尺寸(隧道形狀)擬定、襯砌厚度及類型、排水、供電、通風、照明、標志等專項設計。設計人員設計的只是在圖紙上將隧道形象化,要使設計變為實實在在的行車隧道或專用隧道,還需要專業的建設隊伍進行施工建造才能將設計圖紙變成可用之隧道,隧道在施工過程中需要對隧道的圍巖級別進行甄別，以確定其施工方案及襯砌厚度及防護措施，由于隧道在掘進過程中圍巖級別千變萬化，為了準確的判斷圍巖級別，借助先進的科學儀器超聲波—地質雷達進行圍巖級別的預測判定，地質雷達的操作需要對整個掘進工作面進行全面的網點布置才能對圍巖級別準確預測(但準確的探測深度局限在一定范圍內)，故需要在施工過程中結合實踐經驗進行判別才能確定施工的方案和防護措施，即根據不同的圍巖級別采取不同的設計和不同的掘進方法(也可叫隧道動態設計法和隧道動態施工法)。

隨著社會的進步，科技的發展，隧道掘進設備也隨著科技的發展在不斷更新，日掘進的速度也在不斷提高。特別是：近30多年來“盾構隧道掘進機”的發展，越來越受到隧道建設者的青睞,“盾構隧道掘進機”在城市的地下，水底下，山嶺區的長隧道施工越來越普及。而且也發揮了其優越性和先進性，這對發展城市交通，加快公路、鐵路建設有著較大的推動作用。由于“盾構隧道掘進機”在城市的地下施工過程中，地面上不用大面積拆遷，不阻斷交通，施工無噪聲，地面不沉降，不影響居民的正常生活，且施工功效與常規的施工工藝相比較可提高5倍～8倍,而得到了建設者的喜愛，但若應用在短隧道中施工成本會有所提高(因盾構機較龐大,重量較重(400 t以上),搬遷費用較高)，故在施工前需作成本方案比較。隧道的功能在公路、鐵路中起到了不可缺少的重要作用,對發揮社會效益和推動社會經濟發展有著重要意義。

隨著社會的進步，人們精神、物質需求的增長,隧道的設計建設將會更趨科學、先進，給社會經濟增長,市場繁榮帶來無限光明的前景,對實現中國夢有著一定的積極作用。

通過對隧道設計施工工藝的概述，以通俗的語言文字將隧道的設計、建設、施工、隧道的功能、應用范疇、盾構隧道掘進機的應用等作了一定的表達，對了解隧道的基本常識，起到了拋磚引玉的作用，并可通過本序論中的隧道專業術語去了解更多的關于隧道設計，施工，機械，設備等知識。對設計，施工人員如何掌握相關知識，做到對設計施工的更科學、合理的要求，提供了一定幫助。

[1] JTG D70—2004，公路隧道設計規范[S].

[2] JTG D20—2006，公路路線設計規范[S].

[3] 鄭明偉.公路隧道結構防排水探討[J].山西建筑，2014,40(17):188-189.

[4] JTG B01—2014，公路工程技術標準[S].

Discussion on tunnel design and construction technology

Zhu Qitao

(YunnanCommunicationsPlanningandDesignInstitute,Kunming650011,China)

This paper introduced the tunnel function and type, researched the tunnel design and construction technology, discussed the tunnel layout, embedded depth, the determination basis of cross section size and shape, had significance scientific and reasonable design and the construction of the tunnel.

tunnel, construction, surrounding rock, length, design

2015-01-12

朱啟韜(1981- )，女，工程碩士，工程師

1009-6825(2015)09-0170-02

U455

A