隧道施工技術難點問題分析
——以特長隧道為例

陶益勝，劉斌，劉巖，楊家寧

（中國建筑土木建設有限公司，北京 100073）

1 引言

社會經濟的發展推動了各類型工程項目規模的擴大，特長隧道逐漸成為我國交通工程的重要組成部分，拉近了各區域間的聯系，促使區域經濟協調發展。但特長隧道的施工條件復雜、施工難度較大，施工活動中的不確定因素較多，給施工工程的順利開展埋下諸多隱患。本文主要探討特長隧道施工技術難點，并針對性地提出防治措施，確保特長隧道整體施工安全。

2 項目概況

某鐵路工程分兩期施工，特長隧道施工作為一期工程，施工長度為1 256 km。鐵路等級為客運專線，正線數目為雙線。該隧道工程標準斷面采用單心圓曲墻型內輪廓，線路中線與隧道中線相重合，結構左右對稱。

3 特長隧道施工技術難點

根據該鐵路工程特長隧道施工情況可知，技術難點涉及通風施工、塌方治理、巖爆問題以及涌水治理等。

3.1 通風施工問題

根據特長隧道施工活動的實際開展情況來看，通風施工技術難點有3 個：（1）在施工活動中主要運輸方式為無軌運輸，因而汽車尾氣污染現象較為嚴重；（2）隨著特長隧道挖掘長度增加，加上坡度及其他因素的影響，會導致空氣流通難題[1]；（3）在隧道洞口存在二次襯砌臺車與較大截面，導致施工風阻較大。以上因素促使隧道通風施工技術難以有效運用。

3.2 塌方問題

在該項目中，因為隧道地質條件復雜，加上鉆探條件的限制，后期施工過程中極有可能出現新的變化，導致原先設計的襯砌結構不能滿足支護要求。長時間后，圍巖松動風化、地層出露，最終導致隧道塌方，嚴重威脅施工人員的生命安全。

3.3 巖爆問題

因為特長隧道貫穿山體較長，埋深較深，導致施工過程中極有可能出現巖爆問題。一般情況下，產生巖爆現象有兩個決定性因素：地應力與巖性。尤其在該工程中，因為存在混合麻巖段，再加上部分區域埋深大于200 m，極易形成巖爆，為施工活動的正常開展埋下隱患。一旦發生拋射型巖爆，不僅會對施工人員、機械設備的安全威脅較大，對隧道的破壞也較大[2]。

3.4 涌水問題

涌水問題作為特長隧道施工活動中的常見問題，也是施工技術難點之一。若不能將此類問題有效解決，會對施工人員的生命財產安全造成嚴重威脅?；诖?，相關人員要對該問題引起重視。

4 特長隧道施工技術難點問題的解決措施

要保障特長隧道施工順利開展，需要結合項目需求，針對施工技術難點問題采取針對性的治理手段。筆者結合自身工作經驗，通過以下內容對特長隧道施工技術難點問題的解決措施進行論述。

4.1 通風技術優化對策

要解決特長隧道施工過程中的通風技術難點問題，需要結合項目需求，采取機械通風手段。在此之前，需要對所需風量、維持洞內最小風速以及通風機工作風量進行計算。

1）施工人員所需風量

式中，Vp為施工人員所需風量，m3/min；vp為施工人員需要的新鮮風量，取3 m3/min；m為施工人數，個；K為風量儲備系數，通常取1.2。

2）維持洞內最小風速所需風量

式中，Vd為洞內最小風速所需風量，m3/min；Vmin為洞內最小風速，m3/min；Smax為隧道端面面積，m2。

3）通風機工作風量

式中，V1為通風機工作風量，m3/min；P為每100 m 風管的漏風量m3/min；L為風管長度，m；V為工作面需要的有效風量，m3/min。

完成上述計算工作后，工作人員需要根據隧道項目需求，對通風方案進行確定。

1）在該隧道工程中，進洞1 500 m 處采用三級混合式通風，將1 臺SDF（C）-NO12.52×110 型壓風機安設在距離洞口20 m處，并且需要連接150 mm 風筒布至掌子面附近，掌子面炮響之后進行送風。在通風10 min 后基本上掌子面100 m 范圍內的空氣即可置換完畢.

2）襯砌臺車上安裝SDF（A）-NO602×22 型風機，在炮響10 min 后正式開機工作，將濁煙及時排向洞口[3]。

3）在距離掌子面500 m 處架設同樣型號的風機，連接60 mm 的風筒布，直接通向洞口，以便將濁氣直接排除。所有通風機設備調度需要由專人專項負責，除了在爆破工作后開展通風工作外，在出渣、鉆眼及其他環節要經常性地保持通風，這樣才能滿足隧道的通風需求，為隧道工程后續施工活動的順利開展奠定基礎。

4.2 塌方治理

針對隧道塌方問題，施工單位需做好以下幾點：

1）重視超前地質預報工作，做到心中有數，從隧道施工材料準備到施工隊伍技術交底、襯砌、仰拱作業等工序調整及安全預案，都需要充分考慮項目實況，對隧道中極有可能發生塌方事故的區域提前制訂方案進行防治，以便將塌方事故的影響最小化。

2）需結合項目實況，選擇合理的開挖工法，針對特長隧道，常用的開挖工法有臺階法、弧形導坑法、全斷面法、中隔壁法（CD）和交叉中隔墻法（CRD）法。在本工程項目中，選擇CD和CRD 法。需注意，中臂的拆除是關鍵技術，施工單位需要對中壁的拆除時間以及拆除后的安全性進行分析[4]。通常情況下，在隧道工程施工中，基本上都是靠凈空收斂與拱頂下沉維護斷面穩定。因此，施工單位一旦發現隧道開挖過程中7 d內拱頂下沉增量在2 mm 以內，那么可以將此作為拆除中壁的基準，保障后續開挖工作順利開展，防止出現塌方事故。

3）做好臨時支撐工作。臨時支撐雖然簡單，但是十分有效，針對隧道施工過程中的不良地質區域，除了要加強支護，做好安全預案，還需結合實際情況做好臨時支撐工作，防止支護結構變形。等到施工活動進行到下半斷面閉合后，再將臨時橫撐拆除。

4）加強圍巖排險工作，對工作開挖面全面觀察。在開挖過程中，需要借助挖機設備排險，排險內容包括掌子面、拱頂，并且工作人員還要對開挖面進行全面觀察。巖層強度、種類、變質情況、分布情況，以及斷層的走向、位置，圍巖是否存在坍塌現象等，都需要進行勘測，做好排險工作，充分掌握工作面情況，若在監測過程中發現不良現象，需采取針對性措施及時治理，為塌方治理工作的順利開展奠定基礎。

4.3 巖爆治理

1）做好施工準備工作。（1）對于易發生巖爆現象的地段，在開挖前需全面審核相關地質資料，以審核結果為依據，對該地段情況進行判斷分析，提前做好巖爆防治的技術準備工作，為保障后續施工活動順利開展奠定基礎；（2）針對易巖爆區域的施工人員，還需要配備專業設備，如防彈背心、鋼盔等；（3）在隧道支護區域還需設置專職安全員，通過施工視頻監控對圍巖狀態進行觀測，若發生險情，立刻警示通知有關人員，及時疏散施工人員[5]。

2）做好施工過程中的防控工作。在易巖爆區域施工過程中，開挖后施工人員要向洞壁以及掌子面及時噴灑高壓水，潤濕巖面、降溫除塵，以此增強圍巖塑性，在一定程度上可以減輕巖爆發生時的劇烈程度。此外，在條件允許的情況下，要對打眼車進行改造，在臺車上方以及側面設置鋼繩防護網，確保施工人員安全。

3）做好光面爆破工作，保障挖洞室輪廓圓順，避免在后期施工過程中因局部應力問題加劇巖爆。結合項目實際施工情況，對巖爆類型與大小進行明確，通過在巖爆地段洞壁打孔的方式，提前釋放應力；或采用超前摩擦錨桿進行支護，起到卸壓作用，釋放隧道高地應力，減弱隧道巖爆強度[6]。

4）有效治理巖爆問題，需結合施工情況及時改變開挖方式。對于易發生強雷巖爆段，施工單位需預留2 m 厚的巖爆處理層，采用短進尺2 m 循環，等待巖爆過后，再進行二次爆破與支護。需注意巖爆問題對于施工人員的生命安全威脅較大，必要情況下需要及時疏散施工人員進行躲避，等待巖爆區域平靜再進入施工。對于強雷巖爆區域，必須通過設置錨噴掛鋼筋網以及鋼拱架進行支護，為施工活動的順利開展奠定基礎。

4.4 涌水治理

為有效處理隧道涌水問題，施工單位結合項目需求，遵循截、堵、排的治理原則，以排為主做好涌水綜合治理工作。在此過程中，施工單位需做好以下幾點：（1）提前做好施工區域的地質勘察工作，掌握施工區域的水文地質環境，采用超前地質預報等綜合手段，判斷隧道中地下水的分布，掌握隧道涌水量大小[7]；（2）根據涌水量大小、水壓，借助大功率排水設備，將涌水及時排出；（3）合理利用帷幕灌漿技術有效治理隧道涌水問題。要提高涌水問題治理效果，需在涌水引排、導流的情況下應用帷幕灌漿技術[8]。帷幕灌漿是指通過巖面注漿孔、超前探孔注射水泥、水泥漿等化學漿液，通過巖石裂縫擠出其間的水，進而促使化學漿液與圍巖裂隙充填密實，固結為一體，形成止水帷幕。這一技術目標性強，治理效果明顯。

5 結語

綜上所述，在當前我國基礎設施建設不斷完善的背景下，交通工程規模逐漸擴大，特長隧道工程作為交通工程中的重要組成內容，因為地質條件復雜等因素導致施工難度大。在這種情況下，有關單位在特長隧道施工過程中，需充分考慮各種施工技術難點問題，采取針對性措施進行防治，以便減小施工問題帶來的不良影響，保障施工人員生命安全的同時，在特長隧道施工中不斷探索。