隧道工程施工技術(shù)研究

王建偉

【摘 要】改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展，城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，為了促進(jìn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的進(jìn)一步發(fā)展，提高居民的生活質(zhì)量，方便人們的交通出行，我國(guó)修建了大量的隧道工程。從早期的深圳梧桐山隧道，到目前我國(guó)最長(zhǎng)的秦嶺終南山隧道，我國(guó)隧道的數(shù)量以及規(guī)模都在不斷擴(kuò)大。

【關(guān)鍵詞】隧道；設(shè)計(jì)理論；施工技術(shù)

Study on Tunnel Construction Technology

Wang Jian-wei

（China Railway Tunnel Bureau Group Co.， Ltd. Hangzhou Hangzhou Zhejiang 310000）

【Abstract】Since the reform and opening up， China's social economy has boomed and the process of urbanization has accelerated. In order to promote further economic and social development， improve the quality of life of residents and facilitate people's traffic travel， a large number of tunneling projects have been constructed in our country. From the early Wutongshan tunnel in Shenzhen to the current Qinling Zhongnanshan tunnel in China， the number and size of our tunnels are constantly expanding.

【Key words】Tunnel；Design theory；Construction technology

改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，城市人口劇增，許多城市不同程度地出現(xiàn)了建筑用地緊張，生存空間擁擠，交通堵塞等問(wèn)題。這些問(wèn)題給人類(lèi)居住條件帶來(lái)很大影響，阻礙了現(xiàn)代城市的可持續(xù)發(fā)展。為了緩解以上問(wèn)題，我國(guó)及世界上其他各國(guó)都開(kāi)始向地下空間發(fā)展，隧道工程便是對(duì)地下空間利用的一種體現(xiàn)。與西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)隧道建設(shè)起步較晚，存在施工經(jīng)驗(yàn)不夠豐富、設(shè)計(jì)理念不夠先進(jìn)等問(wèn)題。不過(guò)，改革開(kāi)放以后，我國(guó)隧道工程發(fā)展迅速，各種隧道工程的建設(shè)為我國(guó)隧道理論的發(fā)展、完善提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

1. 隧道工程理論

（1）隧道設(shè)計(jì)理論主要有兩種，一種是二十世紀(jì)20年代提出的傳統(tǒng)的“松弛荷載理論”，其核心內(nèi)容是：穩(wěn)定的巖體有自穩(wěn)能力，不產(chǎn)生荷載；不穩(wěn)定的巖體則可能產(chǎn)生坍塌，需要用支護(hù)結(jié)構(gòu)予以支撐。這樣，作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載就是圍巖在一定范圍內(nèi)由于松弛并可能塌落的巖體重力。

（2）另一種理論是二十世紀(jì)50年代提出的現(xiàn)代支護(hù)理論，即“圍巖承載理論”（簡(jiǎn)稱(chēng)“巖承理論”），其核心內(nèi)容是：圍巖穩(wěn)定顯然是其自身有承載自穩(wěn)能力；不穩(wěn)定圍巖喪失穩(wěn)定確實(shí)有一個(gè)過(guò)程的，如果在這個(gè)過(guò)程中提供必要的幫助或限制，則圍巖仍然能進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。這是一種比較現(xiàn)代的理論，它已經(jīng)脫離了地面工程考慮問(wèn)題的思路，而更接近于地下工程實(shí)際，半個(gè)世紀(jì)以來(lái)已被工程界廣泛接受和推廣應(yīng)用，并且表現(xiàn)出了廣闊的發(fā)展前景。

2. 隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

（1）隧道建設(shè)是一項(xiàng)十分復(fù)雜的工作，為了防止發(fā)生重大工程事故，確保施工過(guò)程中的穩(wěn)定和安全，必須認(rèn)真做好超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作，盡可能詳細(xì)地調(diào)查隧道位置的區(qū)域工程地質(zhì)、水文地質(zhì)情況，施工過(guò)程中應(yīng)做到勤監(jiān)測(cè)，密切注意圍巖狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況，以保證后續(xù)工作的順利開(kāi)展。

（2）隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)不僅可以進(jìn)一步查清隧道開(kāi)挖工作面前方的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，指導(dǎo)工程施工的順利進(jìn)行，而且還可以降低地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的幾率和危害程度，并為優(yōu)化工程設(shè)計(jì)提供地質(zhì)依據(jù)。由此可見(jiàn)，隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)對(duì)于安全科學(xué)施工、提高施工效率、縮短施工周期、避免事故損失、節(jié)約投資等具有重大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。因此，對(duì)隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作應(yīng)給予足夠的重視。

3. 隧道施工方法以及選擇原則

（1）目前，常用的隧道施工方法有礦山法（又稱(chēng)鉆爆法）、新奧法（我國(guó)稱(chēng)為“錨噴構(gòu)筑法”）、明挖法、蓋挖法、盾構(gòu)法、掘進(jìn)機(jī)法、沉埋法（又稱(chēng)沉管法）。

（2）礦山法指的是用開(kāi)挖地下坑道的作業(yè)方式修建隧道的施工方法。 礦山法是一種傳統(tǒng)的施工方法。它的基本原理是，隧道開(kāi)挖后受爆破影響，造成巖體破裂形成松弛狀態(tài)，隨時(shí)都有可能坍落。礦山法施工的基本原則是“少擾動(dòng)、早支撐、慎撤換、快襯砌”。

（3）“新奧法”是奧地利隧道學(xué)家臘布希維茲教授在總結(jié)錨噴支護(hù)技術(shù)的基礎(chǔ)上首先提出的，簡(jiǎn)稱(chēng)為NATM（New Austrian Tunnelling Method）。它是采用錨桿和噴射混凝土作為初期支護(hù)，達(dá)成圍巖的基本穩(wěn)定，帶隧道開(kāi)挖完成后，在逐步地作內(nèi)層襯砌作為安全儲(chǔ)備，以保持隧道長(zhǎng)期穩(wěn)定的施工方法。至今，可以說(shuō)在所有重點(diǎn)難點(diǎn)的地下工程中都離不開(kāi)NATM.新奧法幾乎成為在軟弱破碎圍巖地段修筑隧道的一種基本方法。

（4）明挖法指的是先將隧道部位的巖（土）體全部挖除，然后修建洞身、洞門(mén)，再進(jìn)行回填的施工方法。具有施工簡(jiǎn)單、快捷、經(jīng)濟(jì)、安全的優(yōu)點(diǎn)，城市地下隧道式工程發(fā)展初期都把它作為首選的開(kāi)挖技術(shù)。其缺點(diǎn)是對(duì)周?chē)h(huán)境的影響較大。

（5）蓋挖法是由地面向下開(kāi)挖至一定深度后，將頂部封閉，其余的下部工程在封閉的頂蓋下進(jìn)行施工。主體結(jié)構(gòu)可以順作，也可以逆作。在城市繁忙地帶修建地鐵車(chē)站時(shí)，往往占用道路，影響交通當(dāng)?shù)罔F車(chē)站設(shè)在主干道上，而交通不能中斷，且需要確保一定交通流量要求時(shí)，可選用蓋挖法。endprint

（6）盾構(gòu)法是暗挖法施工中的一種全機(jī)械化施工方法，它是將盾構(gòu)機(jī)械在地中推進(jìn)，通過(guò)盾構(gòu)外殼和管片支承四周?chē)鷰r防止發(fā)生往隧道內(nèi)的坍塌，同時(shí)在開(kāi)挖面前方用切削裝置進(jìn)行土體開(kāi)挖，通過(guò)出土機(jī)械運(yùn)出洞外，靠千斤頂在后部加壓頂進(jìn)，并拼裝預(yù)制混凝土管片，形成隧道結(jié)構(gòu)的一種機(jī)械化施工方法。盾構(gòu)法開(kāi)挖隧道通常適用于軟土而不適用于巖石中。

（7）掘進(jìn)機(jī)法是挖掘隧道、巷道及其它地下空間的一種方法。簡(jiǎn)稱(chēng)TBM法，是用特制的大型切削設(shè)備，將巖石剪切擠壓破碎，然后，通過(guò)配套的運(yùn)輸設(shè)備將碎石運(yùn)出。分為：全斷面掘進(jìn)機(jī)的開(kāi)挖施工，獨(dú)臂鉆的開(kāi)挖施工，天井鉆的開(kāi)挖施工，帶盾構(gòu)的TBM掘進(jìn)法。

（8）沉埋法指的是將箱形或管形水泥混凝土預(yù)制構(gòu)件，分段沉埋至河底或海底而構(gòu)成隧道的施工方法。

（9）目前常用的隧道施工方法主要有上述幾種，不同的施工方法有各自的適用范圍，在具體工程中選擇何種方法應(yīng)遵循以下原則：在選擇隧道施工方法時(shí)，應(yīng)綜合考慮圍巖工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件、隧道工程結(jié)構(gòu)條件和工程施工條件，使所選方法與圍巖自穩(wěn)能力、工程地質(zhì)條件以及隧道斷面大小、形狀相適應(yīng)，并應(yīng)滿(mǎn)足施工技術(shù)水平、施工安全、作業(yè)空間、施工速度、施工成本控制、工程質(zhì)量、環(huán)境保護(hù)、施工組織和管理方面的要求。

4. 隧道支護(hù)

（1）隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的基本作用是保持隧道斷面的使用凈空，防止巖體質(zhì)量的進(jìn)一步惡化，同圍巖一起組成一個(gè)有足夠安全度的隧道結(jié)構(gòu)體系，承受可能出現(xiàn)的各種荷載。此外，支護(hù)結(jié)構(gòu)必須能夠提供一個(gè)能滿(mǎn)足使用要求的工作環(huán)境，保持隧道內(nèi)部的干燥和清潔。

（2）隧道的支護(hù)主要有初期支護(hù)和后期支護(hù)。初期支護(hù)的主要作用是承受“早期圍巖壓力”，幫助圍巖達(dá)到“基本穩(wěn)定”，以便安全、順利地挖除坑道內(nèi)巖體，保證隧道在施工期間的穩(wěn)定和安全。初期支護(hù)的常用方法有錨噴支護(hù)和超前支護(hù)。后期支護(hù)的作用主要是承受后期圍巖壓力，并提供“安全儲(chǔ)備”，以及滿(mǎn)足構(gòu)造、美觀(guān)、降阻和耐久等方面的要求，保證隧道在服務(wù)期的長(zhǎng)期穩(wěn)定和安全。

5. 隧道工程施工質(zhì)量檢測(cè)

隧道工程試驗(yàn)檢測(cè)工作是隧道工程施工技術(shù)管理中的一個(gè)重要組成部分，同時(shí)也是隧道工程施工質(zhì)量控制和竣工驗(yàn)收評(píng)定工作中不可缺少的一個(gè)主要環(huán)節(jié)。工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，不重視施工控制和施工現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量的控制管理工作，而僅靠經(jīng)驗(yàn)評(píng)估是造成工程出現(xiàn)早期破壞的重要原因。因此，要想切實(shí)提高隧道工程施工質(zhì)量，縮短施工工期，降低工程投資，在建立健全工程質(zhì)量監(jiān)測(cè)制度的同時(shí)，必須配備一定數(shù)量的試驗(yàn)檢測(cè)設(shè)備和相應(yīng)的專(zhuān)職檢測(cè)技術(shù)人員。

6. 我國(guó)隧道發(fā)展方向

改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)隧道建設(shè)事業(yè)蓬勃發(fā)展，目前我國(guó)隧道數(shù)量已經(jīng)躍居世界第一位。但我國(guó)僅僅是一個(gè)隧道大國(guó)，而非隧道強(qiáng)國(guó)，與西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)隧道建設(shè)還存在著機(jī)械化施工程度不高，施工工藝不夠先進(jìn)，質(zhì)量控制不夠嚴(yán)格，工程事故頻發(fā)等缺陷。隧道技術(shù)的發(fā)展表明，今后我國(guó)隧道技術(shù)的研究方向?yàn)椋悍潜频臋C(jī)械化施工、合理規(guī)劃與環(huán)境保護(hù)、設(shè)計(jì)可靠合理、使用安全等方面。

參考文獻(xiàn)

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[2] 隧道施工技術(shù) 陳小雄主編 北京：人民交通出版社 2011.6.

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