公路隧道設(shè)計(jì)與施工技術(shù)探究

摘要：近年來(lái)，隨著我國(guó)對(duì)公路隧道建設(shè)越加重視，在制度上提出了設(shè)計(jì)施工一體化，可見(jiàn)隧道設(shè)計(jì)與施工技術(shù)之間有著非常密切的聯(lián)系。施工技術(shù)的進(jìn)展是在設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上開(kāi)展的，設(shè)計(jì)也會(huì)隨著施工的實(shí)際情況而存在變更的可能。因此，為了促進(jìn)我國(guó)公路隧道設(shè)計(jì)與施工技術(shù)的一體化發(fā)展，需結(jié)合相關(guān)理論知識(shí)與實(shí)際工程概況展開(kāi)研究。

關(guān)鍵詞：公路隧道；隧道設(shè)計(jì)；隧道施工；隧道建設(shè)；地質(zhì)環(huán)境 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：U456 文章編號(hào)：1009-2374（2016）07-0078-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.07.040

近十年來(lái)我國(guó)的公路隧道建設(shè)得到了迅猛的發(fā)展，每年以60萬(wàn)延米的速度不斷增長(zhǎng)，因此對(duì)隧道的設(shè)計(jì)也提出了更高的要求。縱觀國(guó)內(nèi)外隧道設(shè)計(jì)的研究成果是十分豐富的，因此國(guó)內(nèi)公路隧道設(shè)計(jì)的理論體系也非常多。目前，我國(guó)公路隧道設(shè)計(jì)已經(jīng)與國(guó)際水平接軌，并且在施工技術(shù)方面的成就也有了很大的進(jìn)步。我國(guó)國(guó)土面積之大，不同地區(qū)的地質(zhì)環(huán)境會(huì)有所不同，所以在隧道建設(shè)中采用的施工技術(shù)也各不相同。本文以福建A公路為例，對(duì)其隧道設(shè)計(jì)與施工技術(shù)進(jìn)行深入分析，旨在促進(jìn)我國(guó)公路隧道設(shè)計(jì)與施工技術(shù)的共同發(fā)展，并打造高質(zhì)量的隧道工程。

1 工程概況

A公路隧道處于地勢(shì)西北高東南低的福建省境內(nèi)，因福建省復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造特征，該工程隧道地質(zhì)特征也比較復(fù)雜。該公路隧道進(jìn)口段主要被花崗巖覆蓋，分布不均，其他為砂土填充，砂層厚度超過(guò)2m，屬于V級(jí)圍巖。隧道出口鄰近U字形溝槽，溝槽內(nèi)常年積水。對(duì)該工程造成影響的地質(zhì)因素主要是隧道進(jìn)口多塊石堆積層，經(jīng)雨水沖刷容易在洞門外淤積。

2 A公路隧道設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)原則

（1）遵循《公路工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG D70-2013）和《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D70-2013）中的相關(guān)規(guī)定；（2）洞口要設(shè)置洞門，洞門結(jié)構(gòu)可以是柱式、端墻式、臺(tái)階式等，洞門結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)洞口的具體地質(zhì)情況和施工特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)；（3）當(dāng)隧道中線和隧道洞口地形的等高線斜交時(shí)，洞門結(jié)構(gòu)宜采用斜交式，線路中線和端墻的交角應(yīng)大于45度；（4）隧道內(nèi)部輪廓的設(shè)計(jì)除了要符合隧道建設(shè)規(guī)定，同時(shí)要保證洞內(nèi)設(shè)備齊全，比如洞內(nèi)的排水設(shè)施、通風(fēng)、檢修道、照明以及運(yùn)營(yíng)管理等設(shè)施；（5）公路隧道施工圖的設(shè)計(jì)遵照《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D70-2013）中推薦的隧道內(nèi)輪廓建設(shè)；（6）位于風(fēng)景區(qū)、城鎮(zhèn)、車站附近的隧道洞門設(shè)計(jì)要符合建筑美觀要求，與城市建設(shè)和環(huán)境保護(hù)相協(xié)調(diào)；（7）注重隧道“監(jiān)控量測(cè)”以及“地質(zhì)超前預(yù)報(bào)”。

2.2 洞門設(shè)計(jì)

為了保證周圍環(huán)境不受到過(guò)大的破壞，本隧道洞口應(yīng)結(jié)合福建的地貌地形進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，并且在洞口周圍種植與地形特征相符的綠色植物。

2.3 隧道襯砌設(shè)計(jì)

本路段隧道襯砌結(jié)構(gòu)主要根據(jù)圍巖的地質(zhì)條件及施工條件分為淺埋和深埋段復(fù)合式襯砌、明洞襯砌。除Ⅴ級(jí)圍巖土質(zhì)的隧道可以使用礦山法原理進(jìn)行設(shè)計(jì)以外，其他襯砌均使用新奧法原理進(jìn)行設(shè)計(jì)施工；通過(guò)工程類比等計(jì)算方法確定襯砌設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)；在圍巖比較差的地段，其襯砌應(yīng)向圍巖較好的地段延長(zhǎng)10m左右，并且在主洞與車行橫通道交叉地段設(shè)置加強(qiáng)段襯砌，襯砌材料均使用鋼筋凝土；明洞襯砌的拱墻、仰拱鋼筋混凝土強(qiáng)度為C25。

2.4 通風(fēng)與照明設(shè)計(jì)

一方面，根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范并結(jié)合當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境，本隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)為射流風(fēng)機(jī)誘導(dǎo)式通風(fēng)；另一方面，本隧道考慮到其長(zhǎng)度應(yīng)設(shè)置電纜槽。隧道內(nèi)供電采用380/220V的三相四線系統(tǒng)以及380V動(dòng)力設(shè)備。

2.5 防排水設(shè)計(jì)

（1）洞內(nèi)防排水。為了能夠有效將襯砌背后的積水排出，本隧道內(nèi)沿著巖面環(huán)向設(shè)置透水管，透水管和墻底部縱向排水管（Φ10Omm）相連，并且每30m布設(shè)一處橫向引水管，把縱向排水管里的水引入到側(cè)溝內(nèi)，再由側(cè)溝從引水道排向隧道外；（2）洞外防排水。在隧道進(jìn)口端洞外的側(cè)溝布設(shè)5%的反坡排水，并且在距洞口外1～2m處地面設(shè)一處深3m、寬4m的橫向盲溝來(lái)攔截路面水；（3）明洞防排水。明洞采用黏土隔水層及外貼式防水層；（4）隧道防排水。隧道防排水采用“防、截、排、堵”相結(jié)合的防滲方案。在施工前根據(jù)掌握的資料結(jié)合地形對(duì)地下出水情況進(jìn)行分析和水量計(jì)算，制定最佳的排水措施。除此之外要對(duì)該公路隧道內(nèi)部的出水位置、水量大小、變化規(guī)律以及水質(zhì)成分等做好相關(guān)的勘測(cè)與記錄，達(dá)到邊墻和拱部不滲水、道床不冒水不積水的效果。

3 A公路隧道施工技術(shù)與方法

3.1 施工測(cè)量

（1）測(cè)量隊(duì)組織隧道控制測(cè)量，繪出隧道以及隧道內(nèi)各設(shè)備位置示意圖和線路樁點(diǎn)。沿隧道方向每100m處設(shè)臨時(shí)水準(zhǔn)基點(diǎn)，每150m處設(shè)導(dǎo)線控制點(diǎn)，同時(shí)核對(duì)線路的中線是否準(zhǔn)確；（2）施工現(xiàn)場(chǎng)的所有測(cè)量?jī)x器標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一并派專人保管維護(hù)。如果在測(cè)量中儀器參數(shù)不符合規(guī)范要及時(shí)校準(zhǔn)或更換，保證測(cè)量數(shù)據(jù)無(wú)誤；（3）記錄各項(xiàng)測(cè)量數(shù)據(jù)并匯報(bào)給監(jiān)理部門；（4）得到批復(fù)后開(kāi)始進(jìn)行洞口邊的仰坡施工的放樣測(cè)量。

3.2 隧道開(kāi)挖

（1）開(kāi)挖方法與進(jìn)尺控制。隧道進(jìn)出口的開(kāi)挖方法均采用正臺(tái)階法。上部臺(tái)階長(zhǎng)為5m，先對(duì)上半段面施工并做好支護(hù)工作，使用風(fēng)鉆進(jìn)行鉆孔，下部開(kāi)挖使用鉆孔臺(tái)架風(fēng)鉆進(jìn)行鉆眼，兩者每循環(huán)進(jìn)尺不超過(guò)1m。遇到Ⅲ級(jí)圍巖開(kāi)挖則采用全斷面法，鉆眼使用液壓鑿巖臺(tái)車，循環(huán)進(jìn)尺控制在3m以內(nèi)；（2）爆破作業(yè)。該段工程使用非電導(dǎo)爆系統(tǒng)。每個(gè)鉆孔區(qū)域由專人負(fù)責(zé)，裝藥也由專門的爆破技術(shù)人員負(fù)責(zé)。在這一過(guò)程中，技術(shù)人員必須對(duì)爆破技術(shù)非常熟練，能夠正確使用炸藥的用量以及雷管的段數(shù)。在鉆孔之前要確定開(kāi)挖斷面的中線以及水平輪廓，鉆孔要以“準(zhǔn)、平、直、齊”為標(biāo)準(zhǔn)并滿足相關(guān)精度要求（各孔誤差均已不超過(guò)3cm為準(zhǔn)）。完成鉆孔以后對(duì)符合標(biāo)準(zhǔn)的孔填裝炸藥，不符合標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)重新鉆孔方可開(kāi)始裝藥爆破。在填裝炸藥前要將炮孔清理干凈，以免爆破受到其他物質(zhì)的影響。隧道進(jìn)出口根據(jù)設(shè)計(jì)做好相關(guān)加固工作后，Ⅴ級(jí)圍巖使用微臺(tái)階法開(kāi)挖，錨、噴、網(wǎng)及型鋼支護(hù)。待開(kāi)挖完畢初噴混凝土4cm厚度，然后布設(shè)錨桿及掛網(wǎng)，最后架立鋼架并噴射15cm厚的混凝土，尤其是鋼架處要加厚噴層，確保鋼架穩(wěn)定和整體受力。

3.3 支護(hù)作業(yè)

支護(hù)作業(yè)是隧道施工中的重要環(huán)節(jié)，其中分兩次噴射混凝土，每完成一次爆破要及時(shí)清理圍巖并采用濕噴機(jī)開(kāi)展初噴作業(yè)，在最短的時(shí)間內(nèi)將開(kāi)挖面封閉以防止圍巖變形。下一步是出碴作業(yè)，出碴完成后是鉆爆車進(jìn)場(chǎng)，要先對(duì)錨桿進(jìn)行鉆孔，錨桿鉆孔的深度誤差控制在20cm內(nèi)。然后針對(duì)出噴不合格的地方進(jìn)行混凝土補(bǔ)噴，新噴混凝土要根據(jù)要求進(jìn)行灑水維護(hù)。需要注意的是在Ⅴ級(jí)圍巖地段安裝錨桿時(shí)也要安裝鋼型鋼架，以此確保隧道施工的安全與質(zhì)量。支護(hù)作業(yè)應(yīng)遵照工程施工標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施，相關(guān)人員負(fù)責(zé)全程監(jiān)控與指導(dǎo)。

3.4 隧道襯砌

該隧道的襯砌形式是整體式襯砌，所以使用襯砌臺(tái)車對(duì)拱墻一次襯砌。襯砌模型使用樣式簡(jiǎn)單接縫嚴(yán)密的金屬大模板。根據(jù)設(shè)計(jì)制作定擋頭板。灌注則使用混凝土輸送泵。施工當(dāng)中，拱墻兩側(cè)同時(shí)進(jìn)行灌注，兩側(cè)高度誤差控制在1m內(nèi)。隧道Ⅴ級(jí)圍巖需要考慮防震因素，所以全斷面襯砌要使用鋼筋混凝土，其他位置可以使用素混凝土。鋼筋的安裝與使用要按照設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格實(shí)施，另外還需要注意以下三點(diǎn)：（1）低溫混凝土配合比和用量都要符合設(shè)計(jì)與施工標(biāo)準(zhǔn)；（2）隧道基底的虛碴、積水和雜質(zhì)必須及時(shí)清理干凈，尤其是混凝土不得導(dǎo)入積水基坑；（3）達(dá)到一定時(shí)間后拆除模板，對(duì)襯砌進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為兩周。

3.5 隧道防排水

第一，洞內(nèi)施工排水。因?yàn)椴捎玫氖茄龉埃砸诙磧?nèi)集水坑然后將水匯入到這些坑內(nèi)，最后采用泥漿泵將水排到洞外。

第二，隧道防排水。使用多種防排方案，實(shí)現(xiàn)“防、排、堵、截”相結(jié)合。其中防水板的施工技術(shù)如下：（1）安裝防水板之前要安裝好軟式透水管盲溝。檢查防水板的質(zhì)量，禁止將有色變、刀痕、小孔等問(wèn)題的防水板帶入施工場(chǎng)地。在防水板邊緣10cm處做搭接線記號(hào)，邊墻、拱部分段鋪設(shè)防水板，在拱部畫(huà)出中心線，卷起備用。然后接通電源，切割鋼絲網(wǎng)露頭做好各項(xiàng)材料的準(zhǔn)備工作。（2）固定防水板。鋪設(shè)防水板時(shí)，拱部防水板的中線要與隧道中線重合，在防水板邊緣5cm處開(kāi)始錨定，間距0.5m，板邊固定點(diǎn)距邊緣5cm，間距為1m，以此向下展開(kāi)。（3）以搭接寬度10cm為標(biāo)準(zhǔn)黏接防水板接縫。黏縫若不符合質(zhì)量要求要及時(shí)修補(bǔ)。

3.6 隧道監(jiān)控量測(cè)要點(diǎn)

在施工中，除了高效發(fā)揮以上施工技術(shù)，監(jiān)控量測(cè)作為隧道施工中的重要組成部分，其作用是非常巨大的。因此根據(jù)隧道設(shè)計(jì)，進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)要注意以下九點(diǎn)：（1）監(jiān)控量測(cè)貫穿整個(gè)隧道施工過(guò)程。主要是通過(guò)收集測(cè)量數(shù)據(jù)以及分析結(jié)果掌握各項(xiàng)施工技術(shù)的可行性，從而起到預(yù)防施工風(fēng)險(xiǎn)以及保證施工質(zhì)量的作用；（2）在施工前，對(duì)承包商進(jìn)行控制點(diǎn)復(fù)測(cè)與審核，尤其是周邊收斂、位移量測(cè)、拱頂下沉量測(cè)、錨桿內(nèi)力抗拔、掌子面地質(zhì)素描等；（3）明洞工程開(kāi)挖前，要測(cè)量放線及仰坡頂截水溝和洞口段的排水系統(tǒng)檢驗(yàn)合格后才能實(shí)施。開(kāi)挖之后尺寸與邊仰坡坡率要實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求；（4）洞身開(kāi)挖中必須嚴(yán)格對(duì)爆破設(shè)計(jì)進(jìn)行監(jiān)控，尤其是巖石最小抵抗線及周邊眼間距的測(cè)量以及起爆位置的確定要進(jìn)行嚴(yán)格控制；（5）隧道開(kāi)挖遇到煤層時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格測(cè)量瓦斯?jié)舛龋⒎乐姑簩油咚挂萑肟拥溃唬?）嚴(yán)格控制超欠挖，采用激光斷面儀測(cè)量?jī)艨諗嗝妫扛?～10m檢測(cè)一個(gè)斷面，當(dāng)發(fā)現(xiàn)超欠挖時(shí)立即調(diào)整鉆爆參數(shù)；（7）隧道初期支護(hù)的監(jiān)控量測(cè)必須根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)做好錨桿支護(hù)、鋼筋網(wǎng)支護(hù)、噴射混凝土支護(hù)等技術(shù)的監(jiān)控量測(cè)，其中噴射砼施工中對(duì)噴射距離、角度要進(jìn)行嚴(yán)格測(cè)量和控制；（8）隧道二次襯砌要以砼強(qiáng)度、厚度、鋼拱架間距、空洞情況的檢測(cè)作為監(jiān)控量測(cè)的重點(diǎn)；（9）隧道防排水監(jiān)控量測(cè)中，洞內(nèi)順坡排水的坡度與線路坡度要一致，此外要加強(qiáng)防水板的監(jiān)控量測(cè)。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步，公路隧道在設(shè)計(jì)及施工和運(yùn)營(yíng)管理方面都日益成熟，但是與此同時(shí)，新技術(shù)、新材料以及新工藝的研究與應(yīng)用也層出不窮，使得設(shè)計(jì)與施工在一定程度上難以同步發(fā)展，所以為了有效解決這一問(wèn)題，在今后的公路建設(shè)中需要不斷地完善與改進(jìn)。本文針對(duì)福建某公路隧道建設(shè)進(jìn)行了分析，希望能夠?yàn)楣匪淼赖慕ㄔO(shè)起到積極的促進(jìn)作用。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：田永志（1978-），男，河南平輿人，廈門合誠(chéng)水運(yùn)工程監(jiān)理有限公司中級(jí)工程師，研究方向：工程建設(shè)施工監(jiān)理。

（責(zé)任編輯：王 波）