長大隧道施工技術分析

馬飛

（張石高速公路張家口管理處，河北 張家口075000）

長大隧道施工技術分析

馬飛

（張石高速公路張家口管理處，河北 張家口075000）

以大河灣長大隧道施工工程作為實例，分析了該工程的總體施工方式，以及應用到的相關技術（其中包括有TSP地質情況報告技術、TSP探測技術、GPS全球衛星定位系統）等，希望能給相關施工行業的從業者提供一些幫助，并期待這些先進技術能更多用于長大隧道的工程施工當中。

長大隧道;施工;技術分析

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.07.045

大河灣長大隧是道位于金沙江洛渡水電站之外的外界通車定制公路“2道1橋”的重大工程項目之一。其中，隧道的起始里程為K1+414～k4+530。本文以大河灣長大隧道修建為例展開討論。

1 工程簡介

大河灣隧道的長度為3116m，根據我國的隧道長度劃分規定，該隧道屬于特長公路隧道，隧道內要求的最低空間為10.7m（寬）×7.25m（高），原定計劃是設計成可上下通行的雙車道雙向道。隧道當中，單車道的寬為9m，隧道的縱切面積為103m2,在隧道當中共計建有9個緊急減速帶，減速帶的寬度為12m,隧道開挖截面面積為137m2,隧道中還建有兩個回車路，其路面寬度達到20m。回車路的挖掘斷面面積達223m2,在行業當中屬于大型隧道斷面與超大型隧道斷面。大河灣隧道橫穿金沙江背面的一座山體，在進入山體之前，山體十分陡峭，與所修隧道制定的高度差超過了300m。在該山體最深處，隧道離山頂的距離超過了800m，大河灣隧道處于第三沉降帶之中，該沉降帶中的巖層主要由砂巖和碎石土構成。隧道周圍的巖石較為松散，屬于不良地質，很容易在施工過程中發生塌方等突發事件。

2 整體施工方式

大河灣隧道的整體施工方式采用雙口挖掘模式，使用噴錨構件法開展對隧道的施工工作，在挖掘隧道之前，先使用相關技術，對前方的地質狀況進行監控，并使用自創的簡易鉆孔支架與YT-28風槍鉆機設備進行鉆孔處理。在隧道挖掘伊始，先對山體進行光面爆破處理，并使用自行卸載式貨車利用無軌運輸的方法，將山體中多余的渣運送出山體，整體鋼化車襯砌，利用罐車進行混凝土的運送工作。混凝土運送到相關泵車，泵車將混凝土澆筑建模。在整個隧道之中，使用到的混凝土全部都在隧道之外的兩個攪拌點進行集中制造，然后運往

隧道中，對隧道中的洞口進行混凝土澆筑工作。

2.1 風力、電力、水力的供給

在隧道的兩個入口處，分別建設1座壓縮空氣制造站，每個制造站當中安裝5個30m3的電動空氣壓縮機。除此之外，再配置2臺30m3的內燃空氣壓縮機，以備不時之需。抗高壓風管使用半徑為80mm的鋼管，并將該導管引導進隧道之中。在隧道的進出口，都使用遠距離單頭壓縮式通風裝置，并且各安置1臺天津制造的DT-125型號的大型橫軸式通風設備，半徑為0.8m的橡膠材料軟管對隧道進行風力的運送。在隧道的所有進出口建設1座變電站，其變電的大小為700kV·A。除此之外，還需要配置1臺200kV·A的運動變壓器將電力資源安全運往隧道口之中，在山體隧道的每一個洞口之中各修建1個150m3的高位水坑，其高度應高于隧道洞口高度70m以上，它的入口利用了水往低處流的特點，出口是金沙江，并且經過4層過濾。

2.2 超前支護方式

在大河灣隧道口的出口，針對1類脆弱圍巖巖層利用R25N自動錨桿組成預先短管棚，桿長約為6m，其中,錨桿每2.4m會出現1個循環節，所有循環節打進4m長的R25N自動錨桿201根。它的縱切面的水平連接長度不低于1.5m，支護方式的有效控制距離為隧道拱部到隧道墻體之間的最大橫跨距離。

2.3 隧道挖掘辦法

針對山體中的1類巖層，使用上臺留內核土質法，2類巖層使用短臺階法，3類巖層使用臺階法，4、5類巖層使用完全截斷法。1、2類巖層在進行施工的過程中，都使用挖掘機設備進行隧道挖掘，一些少數的零散石塊利用爆破的方式，最大程度降低巖層的松動，同時提前對山體開展封閉工作。對于山體的數據變化，進行多方面測量，以此為基礎開展對大河灣隧道的挖掘工作。3、4、5類的巖層直接運用爆破的方式，隧道的回車路都是屬于5類巖層之中，在開展相關的挖掘工作時，首先針對普通的斷層截面進行挖掘工作，再進行較為簡易的支護施工，緊接著再開始相關的挖掘工作。這樣做既可以讓先頭施工部隊的工作不被延誤，同時也可以增強后續維護人員的安全性，相關檢測人員需要加強對山體狀況的檢測，一旦出現山體變動，需要立即撤出，確保相關人員的施工安全。

3 相關施工技術介紹

3.1 TSP地質情況報告技術

在與其他地質技術相比較的過程中，筆者發現，更為先進的TSP地質情況報告技術用于檢測范圍廣，檢測準確率高，受到電磁干擾時對數據無影響等優點。且相關的技術設備十分便于攜帶，所以，先進的TSP地質情況報告技術是在長大隧道挖掘過程中一項值得大力推廣的技術

3.2 TSP檢測程序

3.2.1 在檢測開始前的準備工作

大體有兩點準備工作，首先是震源布置，依照長大隧道的已經挖掘地面的現有狀況與該片已挖掘區域所處的巖層帶，在離挖掘機工作處10m左右的地方鉆設一爆破點，直徑約為40mm，爆破點的深度約為10m，和隧道底部之間的距離大約在1m左右。并且與隧道軸之間呈現出90°的夾角，按照這個規律，每1.5m左右向隧道洞口之外設置20個震源引爆點，并且每個引爆點當中放置40g TNT炸藥，用雷管進行相互連接。第二步就是安裝接受傳感裝置，在距離隧道施工挖掘點50m左右的地方，安裝最后一個爆炸點，在山體隧道中對稱安裝2個傳感器點，每個點位的深度約為2m，每個傳感器點孔的半徑約為20mm。并且，在離隧道底部1m左右的位置，朝下往隧道洞口偏斜15°左右。在安裝完所有的爆破點之后，使用固定裝置將每一個爆破點填滿，之后再插入相關的接收設備。需要注意的是，接收裝置的安裝必須要保證巖層與雷管之間不存在有縫隙，才可以真正保證傳感器所接受到的相關信息準確無誤。

3.2.2 現場監控

首先把隧道挖掘過程中的相關數據包括該工程的名字、修建時間、修建全長等以及測量的數據即接收器和爆破點的具體坐標位置輸入計算機當中。接下來將傳感器每一個都插進相應的管套至之中，確定連接完畢，檢查信號無誤。再把挖掘過程中其他設備的電線等連接妥當，開啟數據記錄設備，并對計算機進行噪聲檢測與線路故障檢測。最后，在離傳感器設備最近的一個爆破孔當中注入清水封死爆破口，并拉動引爆裝置，引爆該爆破孔。對于爆破產生的振幅與震波進行數據采集，并以上述動作作為循環，開始完成所有爆破孔的數據采集。

3.2.3 分析數據

在現場數據采集工作完畢之后，相關檢測人員利用

電腦所記錄下的相關數據開始對施工地段地質狀況開始加以分析。依照計算機繪出的該隧道的相關圖像和數據的分析，結合現場初步調查所采集的數據樣本，解讀在接下來的挖掘工作中可能會出現的巖層的狀況、位置，還有規模大小。

3.3 使用GPS系統用于隧道挖掘工程中的數據測量

大河灣隧道在進行挖掘工作時，在入口的山體與地面呈現的夾角接近90°，并且與隧道之間的高度差達到了300m以上。所以，在挖掘隧道的過程中，想要對隧道內的數據監測往往有很大的難度，若采用傳統的布網方式進行數據監測，那么，所布網的長度將會接近有20km。如此長的網，控制精度會出現極大的困難，針對這種狀況，運用到了先進的GPS衛星定位導航就可以很輕松解決這個問題。在大河灣隧道挖掘期間，工程隊在進行隧道挖掘的過程中，運用了GPS技術，并使用了其他相關監控技術給予輔助。結果表明，GPS技術用于大河灣隧道的挖掘工作，所給出的數據誤差極小，完全滿足施工方對大河灣隧道施工所提出的要求，其在進行測量中，主要表現出以下幾個優點。

1）不需要建立多個測量站臺，節約了測量站臺在建立過程中的花費。

2）給出的數據準確度較高，降低了因為大河灣隧道在進行挖掘工作時因為復雜的地理條件的限制而產生的數據精度偏低的現象。

3）測量數據的耗時較短，大量降低了人力資源的消耗，若采用傳統方法進行定位或數據測量，往往需要9d甚至更長的時間。但是，使用GPS數據僅僅需要傳統方法一半的時間就可以得到比原有數據更為精準的數據，大大降低了人力資源的使用，節省的施工企業的成本。

4）操作方便。GPS衛星定位設備具有極高的自動化程度，在進行位置監控和數據采集時，相關測量人員只需要安裝裝置的相應開關，測量海拔高度和控制相關儀器的正常運行就可以了，因此,GPS系統操作極為簡單。

5）可全天工作，使用GPS系統，可以不受到天氣的影響，在任何地點都能夠自由運行。

4 結語

在對大河灣隧道這樣的大長隧道進行施工挖掘的工程當中，因為山體地質欠佳，所以，使用傳統的數據監控手段以及施工技術就很有可能會造成在該工程修建過程中出現嚴重的問題。因此，施工單位大膽使用TSP技術和GPS全球衛星定位導航技術來增強獲取數據的準確性，也讓該工程在開展時，安全系數大幅度提升，有效地降低了施工成本，使得大長隧道施工質量有了保證。

【1】徐婷,曹世理,周偉,王元慶.長大隧道施工人員定位跟蹤系統設計研究[J].公路,2014（2）:113-117.

【2】張文元.解析長大隧道施工地質超前預報工作[J].低碳世界, 2014（7）:191-192.

【3】鄧勇.我國長大隧道施工發展趨勢探討[J].鐵道建筑技術,2009（11）:72-75.

Analysis on the Construction Technology of Long Tunnel

MA Fei
(ZhangShiZhangjiakouHighwayManagementOffice,Zhangjiakou 075000,China)

Thispaper to the riverbaygrewup tunnel construction project asan example,analyzed the overall construction method,and appliedtotherelatedtechnology(includingtheTSPgeologicaltechnicalreport,TSPdetectiontechnology,GPSglobalsatellitepositioning system),hopecangiverelevantconstructionindustrypractitionerstoprovidesomehelp,andlookforwardtotheadvancedtechnologycanbe moreforlongtunnelconstruction.

longtunnel；construction；technologyanalysis

U455

A

1007-9467（2016）07-0166-03

2016-01-19

馬飛（1981～），男，吉林四平人，工程師，從事公路工程項目管理，（電子信箱）736089088@qq.com。