公路隧道洞身開挖施工質量控制方法分析

摘? 要：隨著經濟社會的進步，我國基礎建設工程迎來了發展高潮，高速公路工程是推動經濟發展的重要組成部分，而公路隧道洞身開挖工程是高速公路工程的重要組成部分，但是此工程會受到多種因素的影響而出現質量問題。本文在某工程實際情況的基礎之上，分析了公路隧道洞身開挖施工工藝的實際情況。

關鍵詞：公路隧道;洞身開挖;質量控制

中圖分類號：U455.71? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12296/j.2096-3475.2021.07.114

洞身開挖工程是現代公路工程的關鍵環節之一，也是保障現代公路隱蔽性的關鍵所在，此工程的特點是風險高、工程量大，因此其質量將直接對整個公路工程的安全性產生影響，所以必須保障其施工工藝，為公路工程的完整性和實用性做貢獻。受到多種因素的影響，洞身開挖工程有許多工藝方法，包括CD/CRD 法、上下臺階法、全斷面開挖法等，各個施工工藝的原則都是順應地質條件的實際情況，順利完成洞身開挖工程。

一、洞身開挖質量控制理論概述

1.新奧法

鉆爆法是在新奧法的基礎上發展而來的，其已經成為山嶺隧道施工最常使用的方法之一，新奧法的開發方式主要包括臨時仰拱法、中隔墻法、臺階法全斷面法、側壁導坑法等，具體包括：Ⅲ級圍巖和隧道使用全斷面法、Ⅳ級圍巖使用臺階法、Ⅴ級圍巖使用短臺階法、環形開挖留核心土法和三臺階臨時仰拱法等。不同的開發方式主要針對的是保障地表下陷量、保證隧道安全和維持圍巖的天然承載力。

2.全面質量管理理論

目前，針對現代交通工程所開展的項目管理主要重視的是項目的質量管理與控制質量問題，是決定工程建設最終效果的關鍵所在，與工程的投資效益、實際進度、社會效益、經濟效益等多個方面都密切相關，增強工程質量管理工作是解決我國工程事故頻發的關鍵所在。隨著我國經濟社會的進步，公路數量越來越多，而針對山區道路問題，許多線性工程都采用了遇山開隧道的方法，隧道工程也因此成為了最常出現安全和質量問題的工程之一，所以近幾年來我國提高道路安全性將關注點放置到提高隧道建設安全性身上。

3.爆破機理、光面爆破理論

在挖掘山嶺隧道時我國工程團隊首選的是光面爆破法，該方法是保障隧道質量安全的重點方法，由具有爆破資質的單位負責，單位依據該工程的開挖進尺、開挖斷面、地質條件以及爆破器材等設計專門的爆破方案，該方案主要以鉆爆參數為參考對象，單位依據圍巖的情況及時調整爆破方案，并且始終遵循弱爆破和巡段進尺的原則，把爆破過程和機械開挖過程緊密結合在一起，對裝藥量、最小抵抗線和周邊眼間距等關鍵參數進行嚴格控制。

二、公路隧道洞身開挖質量控制的難點分析

1.復雜地質

山區地質條件復雜，地形地貌多變，斷裂結構交錯縱橫，而且內部地層巖性受風化作用的影響，破碎程度較大，在此基礎之上，山區地區的水文條件也呈現復雜化。秦嶺巴山和漢江谷地組由于板塊活動劇烈，長期受到升降斷裂和褶皺等活動影響，地區內溝谷密布、高差較大。大巴山是秦嶺山的一部分，其中包含了多種地質情況，例如煤層、巖溶富水、斷層和褶皺等，而且當地巖石主要是頁巖、砂巖、泥巖、灰巖等，所以隧道施工時施工單位應該考慮到當地不良地質條件，例如瓦斯、斷層和破碎帶對施工產生的影響。

2.圍巖等級

依據巖石強度和巖體的完整度圍巖可以被劃分為多個等級，在工程初始階段，工程團隊就會派出地質勘測組調查當地的地質資料，并且判斷圍巖的等級，該階段的地質調查主要是通過地質測繪來完成，輔以輔助物探和鉆探等方式，但是鉆探數量較少，因此最終獲取到的可靠數據范圍較小，工程團隊難以了解深部巖體和較大范圍的地質情況，因此在工程施工時經常會出現對工程地質評價與實際情況不符的問題。

3.施工方法與工藝

在挖掘隧道時，工程團隊應該盡可能保障同巖的穩定性，減少對圍巖的人工干擾，并且依據當地的地質條件選擇合適的開挖和掘進方法，盡可能提高掘進效率。選擇開發和掘進方法時，工程團隊既要考慮到圍巖的地質情況，以及其可能產生的變化，維持圍巖的穩定性，又應該認識到隧道內部巖石的堅硬程度，盡可能采用快速掘進的方法，降低對圍巖的人工干擾。

4.環境保護要求

隨著科技的進步和發展，人們越來越關注隧道施工產生的環境污染問題，保護環境是我國實現可持續發展的關鍵，在建設隧道時主要包括的環境問題有：有害氣體排放、廢水對地下水的影響、棄渣問題、施工噪聲問題等。隧道棄渣會對環境產生持久的不利影響，在開挖隧道時經常會產生幾萬甚至幾十萬立方米的廢氣渣體，由于圍巖性質不同，渣體的性質也存在差異，許多施工單位為節約成本，在施工時往往會隨意傾倒廢渣，例如將其倒入狹窄山溝當中，堵塞雨季泄洪道路，威脅周邊居民的生命財產安全。

三、加強公路隧道洞身開挖質量控制的方法建議

1.采用適合的洞身開挖工藝

新奧法是隧道施工最常采用的方法之一，但針對地質條件的不同，新奧法包括了多種施工方法，具體方法如下：

①環狀開挖留核心土法。該方法主要適用的是洞口處于Ⅴ級圍巖的地質環境，該方法在保留核心土的情況下，挖掘環狀臺階，上臺階長度為3～5米，在正式施工之前，施工團隊會首先設置超前長管棚，保證現場的安全性，完成保護裝置設置過程之后，工作人員首先挖掘洞身臺階部分，該過程主要借助機械設備輔以弱爆破，并且將廢棄渣土利用自卸汽車，裝載機和反鏟等運出施工現場。

②雙側壁導坑法。在Ⅴ級圍巖環境下，工程團隊應該主要使用雙側壁導坑法開展挖掘過程，首先將隧道斷面劃分為4個部分：中部上斷面，中部下斷面，左側壁導坑和右側壁導坑，每部分都類似于橢圓形，將隧道斷面劃分為4部分后，可以盡可能減少對圍巖的人工干擾，在施工時主要是用到挖掘，機巖眼機和風鎬等，施工人員首先利用風鎬和鑿巖機處理地面，然后利用挖掘機開展挖掘工作，施工順序主要是：開挖一側導坑，并且進行初期支護，然后在距離3～5米處開挖另一側道導坑，然后進行初期支護;挖掘中部上斷面的核心土，進行初步支護;距離3～5米，在中部下斷面挖掘臺階，完成初步支護過程之后，是出之全斷面閉合，并且拆除臨時的側隔壁支護，然后在隧道中構建縱排水，二襯混凝土和隧道施工環等。

③CD 法。該方法主要被使用到Ⅳ級圍巖地質環境下，利用CD4步法進行挖掘工作，工程團隊首先應該將隧道分為上下左右4個部分，包括右側導坑上半斷面，右側導坑下半斷面，左側導坑下半斷面和左側導坑上半斷面，工程團隊首先從隧道一側開始挖掘，施工的同時做好臨時中隔壁支護，然后對隧道另一邊進行挖掘，施工時主要使用到的是挖掘機，鑿巖機和風鎬等，施工順序是：首先從遂到某一側挖掘導坑上半斷面，然后建立包括中隔壁的初期臨時支護，再進行同側導坑下半斷面的挖掘過程，同步完成初期支護;挖掘另一側導坑的上半斷面，做好初期臨時支護，結束該過程后，挖掘同側導坑的下半斷面，做好初期支護，并完成全斷面初支閉合工作，在拆除臨時中隔墻后，工作人員需要澆筑仰拱混凝土，并且做好縱向排水，二襯混凝土和施工隧道環。

④臺階法。該方法都被使用在Ⅲ級圍巖的地質環境情況下，主要使用了多功能作業臺架，楔形掏槽，光面控制爆破，手持風鉆鉆孔等，臺車鉆錨桿孔，然后工作人員在當中安裝錨桿，并且注漿噴濕混凝土，施工順序主要是：挖掘上臺階并做好初期支護，間隔15～25米后挖掘下臺階做好初期支護，結束這兩個過程后，做二襯混凝土，縱向排水和施工隧道環。

⑤全斷面法。該方法主要適用于Ⅱ級圍巖條件，工作人員使用該方法時主要使用到的是，鉆巖機，濕式噴混凝土，多功能鉆孔臺車，風動鑿巖機等。施工順序主要是，從全斷面著手開展挖掘過程，并做好初期支護工作，完成這兩個步驟后做好二層混凝土，縱向排水和施做環。

2.設計好爆破流程

炸藥爆破方法依舊是隧道挖掘工作最常使用的方法，炸藥爆破時釋放出來的能量可以輕易的破碎大型巖石，但是由于隧道斷裂帶較大，地質條件復雜且質量要求較高，因此在使用爆破法進行隧道挖掘過程時，工作人員應該盡可能降低對圍巖的損害程度，在隧道爆破的特點基礎之上，光面爆破技術應運而生，并且被廣泛使用到隧道建設過程中。

19世紀50年代，光面爆破技術出現在隧道爆破工作當中，是一種控制開挖輪廓的爆破技術，該技術要求工作人員首先依據預定的輪廓線安排平行炮孔，然后利用不耦合裝藥技術，將炸藥放置到炮孔內，炮孔是爆破孔又是導向孔，不耦合裝藥可以盡可能減少孔壁在爆破時遭受的壓力，降低圍巖的損害程度，因此該爆破方法也被命名為光面爆破。

3.依托綜合超前地質預報

開掘隧道時受到多種因素的影響，工作人員可能需要采用超前地質預報方法，包括超前鉆孔發紅外探水法，地質雷達法和TSP法，了解當地的實際地質情況，查明不良地質體的空間布局和具體規模，為下一步工作制定計劃提供基礎，保障隧道開掘工作的順利進行。 設計圖紙要求隧道挖掘工作應該至少進行到斷層破碎帶之前。工作人員可以利用TSP超前地質預報法，判斷前方100米范圍內的圍巖情況，利用地質雷達探測法，了解25米范圍內的地質情況，然后使用超前水平探孔法對采集到的結果進行審核，結束該過程之后，將綜合上述集中手段的探測結果和地質情況描述以及對前方圍巖的綜合判定提交給設計人員，幫助其完成下一步挖掘計劃的設定，同時工作人員還應該了解紅外探水儀和探水孔檢測到的結果，判斷前方破碎帶當中是否含有水源。

四、結論

文章首先介紹了公路隧道洞身開挖常見施工工藝，然后結合具體工程實例分析了施工過程中如何處理不良地質和施工排水問題的舉措。

參考文獻：

[1]李小座.公路隧道主要施工技術及質量控制[J].磚瓦，2020（12）：196-197.

[2]龍曉榮，徐國衛，楊爽.軟弱圍巖隧道洞身開挖施工技術研究[J].四川建材，2020，46（07）：150-151.

作者簡介：盧宇明（1985.9-），男，瑤族，廣西桂林人，碩士研究生，講師，研究方向：巖土工程與地質工程防災減災方向。

（桂林航天工業學院? 廣西桂林? 541000）