高速公路特長隧道施工管理與技術創(chuàng)新

摘 要：高速公路特長隧道工程量大、施工周期長，在防災與救援、通風與照明、不良地質等技術問題上要復雜得多，為此施工時，必須嚴格標準施工管理，確保隧道施工質量與施工安全。以重慶渝武高速公路復線（北碚至合川段）在建中梁山隧道項目為例，探討高速公路特長隧道施工的重難點問題，總結具體的管理和技術創(chuàng)新措施運用，旨在能夠為同行提供有價值的借鑒和參考，進而更好地為行業(yè)的穩(wěn)健繁榮發(fā)展助力。

關鍵詞：高速公路；特長隧道；施工管理；技術創(chuàng)新

中圖分類號：X734" " " " " " " " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A" " " " " " " " " " " " " " " " "文章編號：2096-6903（2024）06-0049-03

1 高速公路特長隧道施工的特點

1.1 危險性高

高速公路特長隧道工程施工大都在山體內進行，施工前雖然結合地勘報告進行了實地勘察和規(guī)劃，但洞內實際的情況不夠明朗，伴隨著施工的持續(xù)推進，還會面臨一些難以預測的突發(fā)事件，如塌方、巖溶、涌水突泥、有毒氣體等。這些突發(fā)情況的出現(xiàn)會給隧道工程施工帶來極大的影響，甚至危害施工人員的生命。

1.2 影響因素復雜

相比一般隧道，高速公路特長隧道施工需要花費較長的時間。雖然不同季節(jié)受氣溫、氣候等各因素的影響，但是隧道圍巖變化性大，需要應用多種不同的機械、材料供應以及勞動力配置等均會對施工產(chǎn)生影響。如果施工中遇到不良地質情況，將給隧道施工的順利掘進增加很大難度。整個施工過程都在隧道內進行，隧道內部環(huán)境比較復雜，各種災害大多難以預測，發(fā)生的數(shù)量也越來越多，決定了隧道施工的復雜性較強[1]。

1.3 隱蔽項目多

高速公路特長隧道工程需要在地下環(huán)境中實施，整個隧道項目包含的隱蔽工程比較多，直接增加了施工的困難性，如果沒有對其進行全方位的管控，很容易增加質量問題或安全問題的發(fā)生概率。

1.4 施工環(huán)境變化惡劣

通常情況下，受到自然條件及實際情況的影響，高速公路特長隧道工程面臨非常特殊的施工環(huán)境，而且場地比較狹窄。地質、水文等因素均會影響施工質量及施工安全，施工中存在的不利因素也比較多。高速公路隧道的施工環(huán)境很容易發(fā)生變化，但相關人員無法及時了解相關變化，導致整個施工過程中的安全風險更大，極易發(fā)生塌方事故。

2 高速公路特長隧道施工的重難點問題

2.1 施工方案復雜

隧道越長，地質越復雜，開挖工法越多變，施工機械配置越多，反坡排水、通風更艱難，超前地質預報、監(jiān)控量測、機械化施工關鍵技術、反坡排水、通風和照明方案的選擇成為影響安全性以及進度的關鍵[2]。

2.2 工期進度壓力大

特長隧道施工中，工期往往成為關鍵，進度壓力通常較大，尤其是輔助硐室（如斜井、豎井、橫通道）、洞口工程。

2.3 安全隱患

受限空間有毒有害氣體易引發(fā)窒息、中毒，場地狹窄交叉作業(yè)易引發(fā)機械傷害，高溫易引發(fā)昏厥、中暑，人車通行引發(fā)交通事故，臨時用電不規(guī)范易引發(fā)觸電事故，不良地質不確定性和突發(fā)性易引發(fā)群體傷害，光線昏暗環(huán)境作業(yè)、簡易梯和跳板等自制設施不規(guī)范也會易產(chǎn)生安全隱患。

2.4 易出現(xiàn)不良地質災害

2.4.1 塌方

洞口截排水、邊仰坡刷坡與支護的不及時或不規(guī)范施工作業(yè)以及淺埋與偏壓地形，容易引發(fā)洞口塌方問題。洞身施工中，極易發(fā)生在任何地質地段，如途經(jīng)水庫、沖溝、水（魚）塘等水源條件豐富土層，或者穿越廢棄硐室、斷層、巖溶、地層邊界明顯、褶皺（節(jié)理）發(fā)育，或者不遵循施工方案大進尺、大斷面、大藥量爆破掘進，容易引起塌方。塌方會給支護結構的設計和管線的布置增加難度，增大工程成本和工期壓力[3]。

2.4.2 巖溶

巖溶即水對可溶性巖石產(chǎn)生的化學溶蝕，形成溶蝕漏斗地質，多見于云貴川渝地區(qū)喀斯特地貌中。隧道施工遇到這類問題，容易導致混凝土結構破裂、引發(fā)滲漏水現(xiàn)象、銹蝕鋼筋、襯砌結構承載能力下降，影響隧道結構安全和使用功能，也對正常施工產(chǎn)生不利影響。

2.4.3 煤系地層

煤系地層多夾軟弱巖層，其工程地質條件通常較差。隧道穿越分布不均、厚度變化較大的煤層時，極不穩(wěn)定。隧道穿越采空區(qū)時，采空區(qū)積水及有害氣體嚴重影響施工，易出現(xiàn)貫通突水、瓦斯等問題。瓦斯的燃燒和爆炸性，嚴重威脅施工人員的生命安全，給隧道生產(chǎn)帶來不可估量的潛在危害。

2.5 質量通病

不按施工方案掘進、隧底虛渣、積水清理不到位、錨桿（管）不注漿、鋼架連接支墊不牢、防排水系統(tǒng)排水不暢、搭接不到位或破損、鋼筋搭接的間距和保護層不規(guī)范、沉降縫和施工縫不順直貫通、襯砌厚度不足、空洞等，會破壞巖體，威脅施工人員作業(yè)安全，弱化隧道結構受力，降低隧道安全功能和使用壽命，進而影響通行和增加運營維修成本。

3 高速公路特長隧道施工管理

3.1 施工方案先行

應依據(jù)設計文件（含設計答疑、補遺）、地勘報告和現(xiàn)行技術規(guī)范，結合隧道進出口、隧道沿線的水文地質、地形地貌實地勘察情況，單位自身技術力量、設備設施和以往類似隧道施工經(jīng)驗，編制內容完整、工法工裝工藝可行、措施可靠、預案合理的施工方案。經(jīng)單位技術負責人審簽、總監(jiān)理工程師批準后嚴格執(zhí)行。對危險性較大工程，必要時需經(jīng)專家論證通過。

3.2 做好預報預檢工作

在隧道施工前，嚴格遵循“鉆探為主、物探為輔、不探不掘、不明不進”原則，應用物探法、鉆探法等多種方式來了解特長隧道的周邊環(huán)境和地質情況，并依據(jù)超前地質預報報告優(yōu)化襯砌參數(shù)、調整施工工法工藝，落實好預報和預檢工作。在施工環(huán)節(jié)，需要注意通風排煙系統(tǒng)、安全系統(tǒng)等，提前做好試運行工作，及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)在運行中出現(xiàn)的問題，并及時妥善處理，對于可能出現(xiàn)的塌方、巖溶、有害氣體排放等問題，需要根據(jù)問題的成因，提前進行防范，最大限度降低安全事故的發(fā)生率[4]。

3.3 加強施工技術管理

高速公路特長隧道的施工，具有非常強的專業(yè)性，需要構建在專業(yè)施工技術的基礎上，對此在施工環(huán)節(jié)，必須要嚴格把好技術關。

在當前的高速公路特長隧道施工中，全斷面、上下臺階、三臺階七步法、留核心土、CD、CRD、雙側壁、導洞等鉆爆法是一個個經(jīng)很多隧道施工人員總結出來并實際運用的可提升特長隧道安全性能、加快施工進度、降低施工成本的常見技術，多用于不同地質情況。對于復雜、斷層破壞等嚴重的特長隧道中，分部開挖、封閉成環(huán)尤為重要。在實際施工時，還要應用復合襯砌模式，初期是采用承載結構的模式，通過復合式襯砌，能夠達到安全儲備的目的。在施工時，要明確開挖、襯砌安全步距，嚴格根據(jù)施工隧道的情況來進行設置。

3.4 做好關鍵工序質量管理

3.4.1 在把握好開挖質量

隧道開挖質量施工質量的關鍵，要保障特長隧道開挖工作的質量，不僅要合理應用科學技術，還要對開挖質量進行嚴格把控。控制內容涵蓋尺寸大小、斷面規(guī)整度、超挖情況、欠挖情況，在斷面尺寸設計上，需要基于鉆爆設計原則作為依據(jù)，并根據(jù)圍巖等級和監(jiān)控量測數(shù)據(jù)來預留好變形空間。開挖輪廓整齊的特長隧道時，可以用目測法來進行測試。要保證巖石表層沒有爆破痕跡，炮眼布局做到均勻，炮眼深度和斜插角偏差、炮眼單位裝藥量在合理范圍內，圍巖保存比例要控制在硬巖層的80%以上，軟巖層的50%以上。在測量超欠挖部分時，除了要應用鋼尺工具之外，還要應用實際測量法（全站儀、斷面儀）來得出準確數(shù)據(jù)。

3.4.2 做好隧道支護質量

在隧道初期支護環(huán)節(jié)，開挖排危后要及時進行開挖面初噴，厚度宜為4～6 cm（有水宜為8～10 cm），并迅速開展錨桿、鋼筋網(wǎng)和鋼架施做，復噴時不得存在填塞片石、防水板、石棉瓦等降低噴射混凝土厚度或人為留下空洞現(xiàn)象，分層多次多循環(huán)噴射，邊墻一次噴射厚度不得超過15 cm，拱部一次噴射厚度不得超過10 cm。噴射混凝土并要全面檢測，確保混凝土的厚度、強度和平整度滿足質量標準要求。對空洞處應注漿或灌注混凝土。要做好圍巖粘結度和混凝土的測量工作，分析混凝土中的粉塵含量和回彈量。應正確應用錨噴支護技術，嚴格把控好隧道支護的質量。

3.5 加強施工安全管理

高速公路特長隧道施工周期長、地質復雜多變、環(huán)境惡劣，施工風險高。在施工安全管理上，要對風險進行全面識別，開展動態(tài)管理，將風險調查、監(jiān)控以及處理工作充分落實到位，構建完善的安全管理機制，明確各個工作崗位所對應的安全責任，對各崗位職工責任進行明確分工，將責任落實到人，構建以“項目經(jīng)理牽頭，專職安全員落實具體任務，全員參與”的施工安全管理體系，樹立可靠的安全防線。

3.6 落實好不良地質預防和處理措施

3.6.1 塌方預防和處理措施

采取“先排水、短進尺、弱爆破、強支護、早襯砌、勤量測”施工方法，利用目測、量測和超前地質預報（含地質鉆探）加強塌方預測和初期支護，控制塌方。一旦發(fā)生塌方，應及時迅速處理，先加固未坍塌地段，防止其繼續(xù)發(fā)展，并加強防排水工作。

3.6.2 巖溶處理措施

采用實地查勘、鉆孔和物探等方法查明溶洞分部范圍和類型，巖層完整穩(wěn)定程度、填充物和地下水情況，按巖溶對隧道不同影響情況及施工條件，采取引流、跨越、加固、清除、注漿等不同措施或綜合治理。

3.6.3 涌水突泥處理措施

融合工程開鑿反映的地質情況、水文地質勘察資料、地質探水鉆孔以及超前地質預報手段，綜合性預測開挖面前方的地質情況，以及圍巖整體性、斷層、軟弱破碎位置、范圍和對施工的影響，地下水活動情況等，注漿堵水并加固圍巖，采用CD法、CRD法、雙側壁導坑法或三臺階七步法，循環(huán)進尺0.5～1.0 m，弱爆破或非鉆爆開挖，加強支護，及早施做仰拱，形成閉環(huán)結構。充分利用隧道永久排水系統(tǒng)，搭載大功率排水機械，應及時排除涌水。

3.6.4 巖爆預防和處理措施

仔細檢查地質資料，對資料進行判斷和分析，并結合先行洞、鉆孔、物探等了解地質情況，提前預防巖爆。進入相應地段時，宜采取預先釋放部分能量的方法（如排孔法、超前預裂爆破法等），縮短循環(huán)進尺。先噴淋再爆破，之后再進行錨桿（管）預加固，以減少巖爆的發(fā)生。巖爆引起坍方時，應迅速將人員和機械撤到安全地段，并在支護區(qū)內設置視頻監(jiān)控，觀察圍巖狀態(tài)，根據(jù)巖爆類型確定處理措施。

4 高速公路特長隧道施工技術創(chuàng)新

4.1 施工照明方面

相對傳統(tǒng)照明方式存在的各種弊端，使用邏輯開關法，線路設計簡單、簡潔，操作方便。

4.2 通風方面

可運用吊頂壓入式的管道通風技術來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的通風技術。運用通道、斜井等進行進風道和排風道功能劃分，再根據(jù)隧道施工需要進行通風控制。

4.3 工裝方面

推進“機械化換人、自動化減人、信息化無人”工作，機械化、智能化設備設施的運用，提高施工工效、質量控制，降低安全風險。

4.4 巖溶地段施工技術創(chuàng)新

對于溶腔位于隧道拱部，采取主洞初期支護形式，支護面預留Φ108長度不小于2 m的2節(jié)泵送混凝土管，待噴射混凝土強度達到80%后，利用混凝土輸送泵泵送混凝土進行溶腔填充，充填混凝土厚度不小于2 m溶腔位于隧道下方需調查溶腔內水情況，詳細勘察隧底下方溶腔與隧道主體位置關系，采取對應措施進行處理。

4.5 瓦斯涌水地段施工技術創(chuàng)新

除采用TSP、地質雷達、瞬變電磁儀等物探方式對隧道進行超前探測外，全斷面布設3～5個超前鉆孔，孔徑65 mm，深度不低于50 m，其中水平鉆孔1個，其他孔為傾斜鉆孔，傾斜孔終孔點超出隧道開挖輪廓線10 m，縱向循環(huán)搭接長度不小于5 m；環(huán)向設置8～10個徑向鉆孔，深度3～5 m，每循環(huán)進尺爆破鉆孔增加2～3個加深炮孔，孔深為爆破鉆孔深度加2 m。通過超前鉆孔對巖層含水量、出水壓力、瓦斯壓力、鉆孔瓦斯涌出量、鉆瓦斯涌出衰減系數(shù)進行測定，預測施工前方可能存在的涌水、瓦斯涌出情況進行判定，采取預定措施進行防治。

4.6 二襯鋼筋連接施工技術創(chuàng)新

主筋采用機械套筒連接為主，仰拱與二襯鋼筋連接采用套筒連接與綁扎搭接相結合方式，有效保證鋼筋連接質量，同時杜絕了瓦斯地段動火作業(yè)安全隱患。

5 結束語

通過中梁山隧道全過程建設可知，只有認真識別隧道施工中可能出現(xiàn)的安全風險，科學編制可操作性的施工方案，做好超前地質預報和監(jiān)控量測，做好技術創(chuàng)新工作，推進“機械化換人、自動化減人、信息化無人”工作，嚴格施工過程標準管理，來保障施工質量和施工水平，避免或減少各種事故。

參考文獻

[1] 魏卓冉.高速公路特長隧道施工管理與技術創(chuàng)新[J].工程建設與設計，2019（12）：198-199.

[2] 胡卓.高速公路隧道施工塌方原因及控制措施分析[J].運輸經(jīng)理世界，2020（18）：76-77.

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[4] 呂超.科莫隧道巖溶治理[J].工業(yè)A（技術運用），2019（8）：163-166.