公路隧道設計與施工的現狀問題探討及展望

鄭增波ZHENG Zeng-bo

（中交公路規劃設計院有限公司，北京 100088）

0 引言

大量公路隧道工程建設項目的實施表明，我國公路隧道技術取得了卓越的發展成效，先進工藝和技術的應用，可克服傳統工藝、技術的諸多限制，提升整體的施工水平。雖然如此，因為公路隧道工程現場所面臨的環境條件十分復雜，在開展施工建設的過程中常常會出現諸多的問題，為提高工程建設水平和效益，工程企業需加大對公路隧道現場的調研，確定最佳的施工方案，解決工程現場的一切難題。

1 公路隧道設計與施工的現狀及問題分析

1.1 設計問題

①襯砌支護參數設計問題，因為公路隧道結構的特殊性，在開展隧道施工時，尤其要注意襯砌支護的設計，襯砌支護關乎隧道結構穩定性和安全性，為最大程度上發揮其支護作用，設計人員需綜合現場的諸多因素，開展支護參數的設計與優化。但顯然，一些工程企業在襯砌支護方面，各個參數的設計過于隨意，支護體系的設計難以與實際要求相一致，增大了隧道結構安全風險[1]。

②未及時采取先進的設計理念。我國關于公路隧道項目建設有著多年的實施經驗，且行業始終處于不斷的變化過程中，這就要求各個工程企業在參與公路隧道建設時，往往需注重隧道設計理念的更新，但因為現階段的公路市場上，各個施工企業的發展水平參差不齊，部分施工企業發展相對滯后，在開展公路隧道涉及時依舊深受傳統設計理念的影響，并未積極將先進的設計理念應用在公路隧道中，沒有用先進的設計理念來保障設計效果。

③支護結構耐久性方面沒有統一的標準，對公路隧道設計工作而言，一個關鍵性的指標就是支護結構耐久性，只有保障了這一指標可以達到相應的要求，才能夠發揮支護結構在隧道中的作用。但在當下的公路工程領域，公路隧道項目建設方面，并未出臺關于支護結構耐久性的統一標準，各個工程企業在開展支護結構設計時，難以開展規范化的設計工作，無法保障整體的設計效果。

1.2 現場管理人員不具備充足的協調能力

公路隧道建設施工中，現場環境惡劣且涉及到的工程要素非常多，為全面推進整體的施工目標實現，在工程現場同樣需做好現場統籌和協調工作，以使得一切的施工作業均可以按照設計要求來開展。一些工程企業在參與公路隧道建設的過程中，并未結合現場的具體情況來進行現場管理人員的科學配置，現場管理人員的配備數量不足、素質低下，不具備協調能力，工程建設進度緩慢且質量和安全問題時有發生。

1.3 設計、施工技術與實際條件契合不緊密

不同的公路隧道工程都有各自的特點和施工要求，在開展隧道設計和施工的過程中，設計理念、方法和施工技術的應用都必須與公路隧道的基本情況高度契合起來，以保障最終的施工效果。但在一些公路隧道項目的實施中，設計、施工技術與現場條件的契合度不高，引起了嚴重的工程技術、質量和安全問題。就現階段國內外公路隧道的建設施工情況來看，新奧法的應用相對較多，這一方法的科學應用，可使得巖體震動情況得到一定的控制，保持巖體的穩定性，但為使得新奧法施工可取得預期效果，在開展施工建設時，尤其要加強結構、圍巖沉降、變形等的全面觀測，根據觀測結果來進行現場施工工序的調整、工藝參數的優化[2]。因為現場的一切施工作業都是在勘察基礎上進行的，前期勘察中很難保障不出現數據偏差，勘察數據完整度、準確度不夠使得實際的設計與施工很難與現場情況相一致，施工效果不理想。

1.4 不到位的質量管控力度

任何的公路隧道工程建設施工中，都要將質量管理放在重點性的地位，以通過全過程、全方位的質量控制，來保障質量目標的實現。但市場上的一些工程企業，其在長期的項目實施中，依舊過于追求自身的經濟效益，在項目實施的過程中，并未嚴格開展工程的質量管理和控制，使得公路隧道施工中常常存在著各種的質量問題，如因為施工人員專業素質低下、機械設備配備不足、材料質量不達標、技術管理不到位等導致的質量問題。事實上，對于公路隧道工程的質量管理而言，本身就是一項專業性和復雜性的工作，為使得質量控制可達到預期效果，除了要加強不同部門和人員的配合，更需要在工程企業內部形成一套完善的質量管理體系，嚴格落實相關人員的崗位責任，遵守規范化施工的要求，但顯然，當下的很多工程企業，在參與公路隧道建設施工的過程中并不能遵守這些要求，很難保障質量目標的實現。

1.5 施工機械化程度低

伴隨著施工工藝的日漸進步，在開展公路隧道項目的建設中，部分工程企業已經實現了機械化施工，在現場的施工作業進行中，配備了各種的機械設備，用機械化取代了人工作業，整體的施工效率較高也有著更高的施工安全性。但市場上的工程企業發展水平不一致，部分施工企業的發展水平偏低，施工企業沒有足夠的資金用于機械設備的配備，無法在施工建設的過程中發揮各種機械設備的作用。比如，以公路隧道中的鉆爆法來分析，當在現場的施工作業中面臨的是全斷面隧道或者對于掘進速度有嚴格要求的施工作業時，一般可采用掘進機來完成現場的施工作業，鉆爆法與掘進機作業相比較，整體的成本投入偏低，這種經濟性方面的優勢，使得這一技術在越來越多的公路隧道中得到了有效的應用。鉆爆法施工中的人力資源配置較多，在開展施工作業時，由專業人員通過手持鑿巖機來完成現場鉆孔，人工架設鋼架，現場作業人員面臨著環境條件惡劣的限制，整體的勞動強度偏大且施工過程中面臨著諸多的風險，易出現塌方等事故，這種人工作業方式顯然存在著效率、效益的諸多不足。

1.6 在施工中受到周期和資金的限制

公路隧道工程為大規模項目，在開展此類項目的施工建設過程中，不僅需要有較大的資金投入，整個項目規劃到完工階段，還會消耗非常長的時間。一些工程企業在參與公路隧道的建設時，會進行建設周期、成本的壓縮，這種過度壓縮的行為從根本上違反了國家的相關規定，增大了工程的質量安全威脅。比如，在前期調研和論證不充分、可行性研究不足、勘察設計不全面的前提下就貿然開展了施工建設，給后續施工帶來了極大的安全風險和隱患。隧道工程的建設周期較長，工序復雜且工程量巨大，在施工建設的過程中存在著較大的安全風險，一些不確定因素的出現可能會使得公路隧道面臨周期和資金的限制，對施工作業的高效、有序實施極為不利。

2 解決公路隧道設計與施工問題的對策

2.1 建立完整的管理體系

為有效解決關于公路隧道設計和施工中的諸多問題，在開展工程建設的過程中，工程企業需不斷總結經驗，構建完善的管理體系，以使得現場的一切施工活動均可以高效開展。完善的工程管理體系中應包含質量、安全、成本、進度、技術等方面的管理內容，以使得在公路隧道施工建設的全過程中，不同部門、崗位人員可嚴格按照該管理體系中的有關規定，履行各自的職責和義務。

2.2 提升設計水平

對公路隧道建設的全過程來看，施工作業是在設計基礎上開展的，設計工作是否科學，將直接影響到整體的施工建設效果。因此，公路隧道的設計管理是尤為重要的，必須要通過一系列的管理工作實施，來進行設計優化，確保設計質量。首先，公路主管部門要密切關注行業內關于公路隧道的設計要求，使得在一切的隧道設計中，都可以按照相應的設計標準和規范，來進行隧道設計各個細節的調整，做好襯砌支護參數的科學設計，給予隧道設計提供指導和借鑒。其次，設計單位和專業設計人員在開展隧道設計的過程中，要加強對全部因素的考慮，充分融入精細化、創新性的設計理念，經由經濟性、技術性等的科學對比，選定最佳的設計方案[3]。最后，在開展隧道設計時，同樣需加強對隧道結構耐久性的考慮，做好對圍巖穩定性、巖體強度、完整性、結構面產狀等基本因素的考慮和分析，以確保設計效果。

2.3 隧道抗震設計

因為公路隧道有著極高的結構設計標準，在開展設計工作時不可忽略抗震設計，以使得隧道本身可抵御地震災害。當在公路隧道建設施工時，隧道洞口所處的地質環境十分惡劣，在出現了地震災害時，山體失穩難以避免，勢必會加劇滑動或者坍塌事故的出現。根據相關人員對地震災害的研究，發現地震作用力對淺埋、偏壓、明洞等的危害巨大，因此，這就要求在開展隧道設計和施工的過程中，需加強對地震烈度、地質條件和地形等因素的分析，在結構設計中采取恰當的抗震加固設計方式[4]。減震對于隧道抗震設計非常有效，一般可采取以下處理方式：對隧道性能加以適當調整，控制襯砌內力，比如，可利用輕骨料混凝土或者鋼纖維混凝土；在襯砌與地層之間進行減震層的布設，利用減震層來減緩地震對隧道結構的危害。

2.4 公路隧道防水和排水設計

公路隧道的設計中，防排水設計也是重點需關注的方面，因為當隧道面臨排水不暢的問題時，積水可能會造成結構損壞，因此，就需要在隧道設計中結合現場的水文條件、氣候因素，開展有針對性的防排水設計。我國的公路隧道工程中，滲水問題是非常普遍的，滲漏水加劇了隧道結構的損壞，為有效減少這一方面的問題，在開展隧道設計時，設計人員要綜合考慮多方面的因素，來進行防排水設計優化。

2.5 施工方案的確定

施工方案是現場施工作業的參考，在前期的工作進行中，相關人員必須要通過對各種因素的綜合考慮，來進行施工方案的確定，確保該施工方案中包含全部的施工要求和規定，使得工程企業能夠開展規范化的施工任務。完整的施工方案中，不僅要包含現場地質情況分析、資源分配情況，還需要包含對隧道大小、機械配置、技術流程和規定、進度質量安全管理的相應安排，以使得工程企業可嚴格在施工建設中執行該施工方案[5]。

2.6 動態設計

2.6.1 變更施工的方法

整個公路隧道的建設施工中，應遵循動態設計原則，一旦在工程現場發現了施工問題，立即進行相應的調整和變更。比如，當所使用的施工方法無法與圍巖穩定性要求相一致時，就需要進行斷面形式、施工方法的調整，以確保圍巖的支護體系應力狀態可滿足結構施工要求，經由施工方法的變更來使得施工更為規范和安全。

2.6.2 變更施工工序

公路隧道的施工流程復雜，包含了多個的施工工序，在一些特殊的施工情況下，為最大程度上實現工程資源的科學配置，提高施工效果，工程企業也需適當進行施工工序的變更，以通過工序變更來給施工創造良好的條件。

2.6.3 修正預留的變形量

公路隧道的施工方案確定時，往往有關于變形量預留的有關規定，但如果在工程現場的施工作業進行中，發現預留變形量難以滿足相應的施工規定，就應該對原有預留變形量加以適當修正，只有當修正后的變形量與現場情況相一致時，才能夠正常開展后續的施工作業。

2.6.4 修正設計參數

在隧道設計中往往也存在有多個的設計參數，為提高公路隧道的設計和施工水平，同樣需在項目的實施過程中，對各個設計參數加以科學修正，以使得各個參數均可以符合結構受力的標準，提高結構安全性和穩定性。

2.7 加強防排水施工質量控制

防排水設計作為隧道結構設計中的關鍵性方面，在開展任何公路隧道的結構設計中，都需要結合現場的具體情況來進行防排水設計優化，確保所采用的防排水理念、方式的先進性，選擇高性能防水材料，開展防排水施工除了要嚴格按照現場的具體情況來開展外，更需要按照防排水的技術標準來實施，提高施工規范性，開展嚴格的質量檢查和驗收。

2.8 提高現場管理人員的綜合能力

現場管理人員的管理水平也會影響到公路隧道的施工效果，因此，施工企業的管理人員必須要具備極高的管理能力，可在項目的實施過程中開展各種協調工作。為提高管理人員的總體水平，工程企業要定期組織對管理人員的培訓，并加強專業化管理人才的引進，逐步在工程企業內部構建一支高素質的管理團隊。

2.9 提高施工機械化程度

伴隨著我國各種工程項目的增多，市場上出現了越來越多的機械設備，這些機械設備的配置，使得在開展公路隧道的建設中，施工企業可通過這些機械設備的選擇，來替代人工作業。在公路隧道的施工中，液壓式巖鑿機、立拱臺車等的出現，可使得整體的施工效率顯著提高，在開挖機械上，可選用銑挖機（如圖1）、鑿巖臺車（如圖2）、TBM機械等設備，這些開挖設備的配置和使用，使得整體的開挖水平顯著提高，且施工水平明顯提高。各個工程企業在開展公路隧道的施工建設時，都要不斷提高其施工機械化程度，結合現場的施工要求，配備先進的機械設備。

圖1 銑挖機

圖2 鑿巖臺車

2.10 完善施工管理體系，提升施工人員綜合素養

為有效結合公路隧道設計和施工中所出現的各種問題，工程企業就要在開展施工建設的過程中，積極進行施工管理體系的完善和優化，通過制度的制定和執行，來提高整體的管理水平。完善的施工管理體系中應該包含管理監督要求，使得現場的一切施工作業和行為均可以在嚴格監督下開展，用監督工作的開展來約束現場的施工作業。此外，在施工管理體系中也應該明確規定相應的管理責任，通過責任的細分和落實，來提高技術人員、管理人員和施工人員的責任意識、質量和安全意識，使得各個崗位人員可在相互的配合與協調性，確保整體的施工管理工作開展。

3 公路隧道設計與施工的發展趨勢

現階段的公路隧道施工工藝日漸成熟，在技術不斷發展的今天，人們加大了在公路橋梁隧道方面的技術研究，針對公路隧道各種質量和安全問題提出了相應的解決對策，提升了公路隧道的建設質量和效益。在信息化快速發展的今天，隧道動態反饋設計與施工、信息化等都是未來主要的發展方向，經由信息化技術與先進施工工藝和技術的結合，可在工程現場開展信息化監控和管理，也就可使得現場的一切施工過程均可以得到及時的監督，確保項目目標的實現。

4 結語

任何的公路隧道項目實施都應該從設計和施工環節出發，開展全方位、全過程的技術管理、質量控制，使得公路隧道的整體建設水平可得以提升，確保公路隧道在投入使用以后可發揮其功能效益。