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公路隧道施工技术要点分析
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内容提示：公路隧道的设计施工方案日趋成熟与复杂。其复杂的一方面是考虑了更多的因素,将更多的设计理念以及人性化的要求囊括进去,另一方面,设计的复杂性同时带来了施工的复杂性与经济因素的不确定,以及人为的不可控制因素增多,同时管理的成本大大增加。几年来,随着高等级公路的不断拓展,公路隧道的建设数量在大大增加,这就要求工程师、施工单位和广大的技术工作人员认真总结隧道施工的精细要点,根据实地的情况,设计出更为合适的隧道工程。
1 公路隧道环境与材料
隧道围岩为砂岩,岩石的单轴抗压强度在30MPa～55MPa之间,现场岩块点荷载试验岩块的强度基本在2MPa～4MPa之间,属于硬质岩石。这与原设计有一定差异,原设计偏于保守,当然由于设计阶段受地表勘测规模、技术手段、时间以及资金投入等因素的限制,存在这种差异是不可避免的。建议在原设计的基础之上提高一个类别进行施工、支护,在原设计Ⅱ类围岩地段可不必全段架设钢格栅,只在危险地段架设钢格栅即可,同时应该严格控制超挖现象,在危险地段应该继续加强监测,并与现场各种地质信息综合分析,并及时反馈,做到真正的信息化施工。（参考《建筑中文网》）
目前主要采用水泥混凝土路面结构型式,其主要优点是:水稳定性好,地下水对其影响小;结构强度高,承载能力强,耐久性好;颜色浅亮对照明有利。但水泥混凝土路面洞内噪声大,路面结构接缝造成平整度相对较差,行车舒适程度不如沥青路面,一般路面抗滑性能难以满足技术要求;由于颜色浅,路面标线与路面的对比度低,路面标线的效果受到影响;水泥混凝土路面一旦损坏,养护维修困难,由于空间狭小、亮度低,不利于作业和交通组织。
2 隧洞开凿过程
2.1 施工支护
首先要对不同类别的围岩,应采用不同结构型式的施工支护。
(1)Ⅵ类围岩可不支护,Ⅴ类围岩支护时,宜采用局部喷混凝土或局部锚杆。为防止岩爆和局部落石,可局部加栓钢筋网。
(2)Ⅳ～Ⅲ类围岩可采用锚杆、锚杆挂网、喷混凝土或锚喷联合支护。Ⅲ类围岩必要时可加设钢架。
(3)Ⅱ～Ⅰ类围岩宜采用锚喷挂网的联合支护形式,并可结合辅助施工方法进行施工支护。
(4)当地质条件差,围岩不稳定时,可采用构件支撑。
2.2 隧道洞口位置选择
洞口位置选择好坏,将直接影响隧道施工、造价、工期和运营安全。选择时要结合洞口的地形、地质条件、施工、运营条件以及洞口的相关工程(桥涵,通风设施等)综合考虑。
(1)洞口部分在地质上通常是不稳定的。一般应设在山体稳定,地质条件好,排水有利的地方。隧道宜长不宜短,应“早进洞,晚出洞”,尽量避免大挖大刷,破坏山体稳定。
(2)洞口不宜设在沟谷低洼处和汇水沟处,一般宜将洞口移到沟谷地质条件较好的一侧有足够宽度的山嘴处。
(3)当洞口处为悬崖陡壁时,根据地质情况采用贴壁或采用接长明洞的办法,将洞口堆到坍方范围以外3m～5m处.
(4)洞口地形平缓时,一般也应早进洞晚出洞。这时洞口位置选择余地较大,应结合洞外路堑、填方、弃渣场地、工期等具体确定,需要时可接长明洞,以确保施工和运营安全。
2.3 左、右洞开挖
在中墙砼达到设计强度的70%以后进行,采取两台阶分步平行开挖,上台阶从拱脚至拱顶,含整个拱部。为站人施工方便,上台阶分两步开挖:先挖环形导坑,后挖中核,中核至拱顶高度1.6m～2.0m。台阶长5m～10m,上台阶开挖的土方用人工翻至下台阶再用装载机配合汽车运弃。下台阶开挖先挖中槽,外侧边墙留上宽2m,下宽4m的平台。中槽掘进5m～8m,跳槽开挖边墙,马口槽宽2m,净距3m。仰拱随同边墙马口一起开挖,符合设计尺寸后立即初喷5cm厚砼,施工边墙部分锚杆,接长钢支撑至中隔墙,喷射砼至设计厚度,形成封闭的环形支护。仰拱开挖连成一衬砌节段长度应及时浇筑仰拱,加强对围岩的支撑。左、右洞一次开挖不宜大于1m,左洞先进,右洞开挖面按落后左洞10m控制。
3 防水
光面爆破是初期支护防水的基础,它虽然不属于防水施工系统的范畴,但与防水施工密切相关,光面爆破可保证防水层基面大体平整,并且保证防水层与喷射混凝土表面密帖,同时保证防水层的松弛预留量做到合理控制,可避免防水层被刺破或拉裂。
防水工程贯穿公路隧道施工过程。从材料进场、技术交底、员工培训;、防水板场地选择硬化、防水板焊接或粘接移动、防水层挂板台车的设计、安装、就位、公路隧道光面爆破、初期支护、基面检查处理、挂防水板、二次衬砌混凝土浇筑等工序都必须严格按技术规范施工,否则将会造成防水层的破裂,从而使公路隧道渗漏水。所以只有不断地探索、总结、积累,进一步完善操作工艺和管理制度,才能确保隧道整体不渗漏。
4 隧道通风
目前的隧道通风方式分为以下几种,如图1所示。
图 1 公路隧道通风方式
竖井工程主要功能是通风换气,根据检测隧道内空气质量、废气浓度参数、含氧浓度等指标信息,进行自动调节开启。对风机房设备采用远程控制,控制中心在20公里以外。假若隧道内发生火灾,布设于隧道顶部的感温光纤感知到温度变化后,监控中心进行自动识别、检测和判断,通过距火灾点最近的竖井排风口及时向隧道外强制排烟,减小烟雾对隧道内人员的伤害。3座隧道竖井启用后,将大大改善隧道的通风状况,满足通风换气需求。在通风竖井投入运营前,现在隧道一直采用射流风机实现通风。这种方式最大的缺点是,隧道内噪音非常大,有害气体不能很快被排放。
5 隧道排水
关于隧道衬砌外排水系统《,公路隧道设计规范》(JTG 070-2004)作如下规定:(1)在衬砌两侧边墙背后底部应设沿隧道的纵向排水盲管(沟),其孔径不应小于80cm。(2)沿衬砌背后环向应设置导水盲管,其纵向间距不应大于20m,遇水量较大时,环向盲管应加密。对有集中出水处,应单独设竖向盲管。环向盲管、竖向盲管的直径不应小于50mm。(3)环向盲管、竖向盲管应与边墙底部的纵向排水盲管(沟)连通;纵向排水盲管(沟)应与横向导水管连通,以形成完整的纵横向排水系统。环向盲管、竖向盲管、纵向排水盲管应用无纺布。
参考文献
[1] 王慧春.隧道施工地质工作及任务[J].经济师，2003(8).
[2] 赵占厂.黄土公路隧道结构工程性状研究[D].长安大学,2004.
[3] 朱汉华,孙红月,杨建辉.公路隧道围岩稳定与支护技术[M].北京:科学出版社 ,2005.
[4] 关书敏.公路隧道技术研究取得重大突破[N].中国交通报,2002. 来源: 《建筑中文网》.
隧道围岩为砂岩,岩石的单轴抗压强度在30MPa～55MPa之间,现场岩块点荷载试验岩块的强度基本在2MPa～4MPa之间,属于硬质岩石。这与原设计有一定差异,原设计偏于保守,当然由于设计阶段受地表勘测规模、技术手段、时间以及资金投入等因素的限制,存在这种差异是不可避免的。建议在原设计的基础之上提高一个类别进行施工、支护,在原设计Ⅱ类围岩地段可不必全段架设钢格栅,只在危险地段架设钢格栅即可,同时应该严格控制超挖现象,在危险地段应该继续加强监测,并与现场各种地质信息综合分析,并及时反馈,做到真正的信息化施工。（参考《建筑中文网》）
目前主要采用水泥混凝土路面结构型式,其主要优点是:水稳定性好,地下水对其影响小;结构强度高,承载能力强,耐久性好;颜色浅亮对照明有利。但水泥混凝土路面洞内噪声大,路面结构接缝造成平整度相对较差,行车舒适程度不如沥青路面,一般路面抗滑性能难以满足技术要求;由于颜色浅,路面标线与路面的对比度低,路面标线的效果受到影响;水泥混凝土路面一旦损坏,养护维修困难,由于空间狭小、亮度低,不利于作业和交通组织。
2 隧洞开凿过程
2.1 施工支护
首先要对不同类别的围岩,应采用不同结构型式的施工支护。
(1)Ⅵ类围岩可不支护,Ⅴ类围岩支护时,宜采用局部喷混凝土或局部锚杆。为防止岩爆和局部落石,可局部加栓钢筋网。
(2)Ⅳ～Ⅲ类围岩可采用锚杆、锚杆挂网、喷混凝土或锚喷联合支护。Ⅲ类围岩必要时可加设钢架。
(3)Ⅱ～Ⅰ类围岩宜采用锚喷挂网的联合支护形式,并可结合辅助施工方法进行施工支护。
(4)当地质条件差,围岩不稳定时,可采用构件支撑。
2.2 隧道洞口位置选择
洞口位置选择好坏,将直接影响隧道施工、造价、工期和运营安全。选择时要结合洞口的地形、地质条件、施工、运营条件以及洞口的相关工程(桥涵,通风设施等)综合考虑。
(1)洞口部分在地质上通常是不稳定的。一般应设在山体稳定,地质条件好,排水有利的地方。隧道宜长不宜短,应“早进洞,晚出洞”,尽量避免大挖大刷,破坏山体稳定。
(2)洞口不宜设在沟谷低洼处和汇水沟处,一般宜将洞口移到沟谷地质条件较好的一侧有足够宽度的山嘴处。
(3)当洞口处为悬崖陡壁时,根据地质情况采用贴壁或采用接长明洞的办法,将洞口堆到坍方范围以外3m～5m处.
(4)洞口地形平缓时,一般也应早进洞晚出洞。这时洞口位置选择余地较大,应结合洞外路堑、填方、弃渣场地、工期等具体确定,需要时可接长明洞,以确保施工和运营安全。
2.3 左、右洞开挖
在中墙砼达到设计强度的70%以后进行,采取两台阶分步平行开挖,上台阶从拱脚至拱顶,含整个拱部。为站人施工方便,上台阶分两步开挖:先挖环形导坑,后挖中核,中核至拱顶高度1.6m～2.0m。台阶长5m～10m,上台阶开挖的土方用人工翻至下台阶再用装载机配合汽车运弃。下台阶开挖先挖中槽,外侧边墙留上宽2m,下宽4m的平台。中槽掘进5m～8m,跳槽开挖边墙,马口槽宽2m,净距3m。仰拱随同边墙马口一起开挖,符合设计尺寸后立即初喷5cm厚砼,施工边墙部分锚杆,接长钢支撑至中隔墙,喷射砼至设计厚度,形成封闭的环形支护。仰拱开挖连成一衬砌节段长度应及时浇筑仰拱,加强对围岩的支撑。左、右洞一次开挖不宜大于1m,左洞先进,右洞开挖面按落后左洞10m控制。
3 防水
光面爆破是初期支护防水的基础,它虽然不属于防水施工系统的范畴,但与防水施工密切相关,光面爆破可保证防水层基面大体平整,并且保证防水层与喷射混凝土表面密帖,同时保证防水层的松弛预留量做到合理控制,可避免防水层被刺破或拉裂。
防水工程贯穿公路隧道施工过程。从材料进场、技术交底、员工培训;、防水板场地选择硬化、防水板焊接或粘接移动、防水层挂板台车的设计、安装、就位、公路隧道光面爆破、初期支护、基面检查处理、挂防水板、二次衬砌混凝土浇筑等工序都必须严格按技术规范施工,否则将会造成防水层的破裂,从而使公路隧道渗漏水。所以只有不断地探索、总结、积累,进一步完善操作工艺和管理制度,才能确保隧道整体不渗漏。
4 隧道通风
目前的隧道通风方式分为以下几种,如图1所示。
图 1 公路隧道通风方式
竖井工程主要功能是通风换气,根据检测隧道内空气质量、废气浓度参数、含氧浓度等指标信息,进行自动调节开启。对风机房设备采用远程控制,控制中心在20公里以外。假若隧道内发生火灾,布设于隧道顶部的感温光纤感知到温度变化后,监控中心进行自动识别、检测和判断,通过距火灾点最近的竖井排风口及时向隧道外强制排烟,减小烟雾对隧道内人员的伤害。3座隧道竖井启用后,将大大改善隧道的通风状况,满足通风换气需求。在通风竖井投入运营前,现在隧道一直采用射流风机实现通风。这种方式最大的缺点是,隧道内噪音非常大,有害气体不能很快被排放。
5 隧道排水
关于隧道衬砌外排水系统《,公路隧道设计规范》(JTG 070-2004)作如下规定:(1)在衬砌两侧边墙背后底部应设沿隧道的纵向排水盲管(沟),其孔径不应小于80cm。(2)沿衬砌背后环向应设置导水盲管,其纵向间距不应大于20m,遇水量较大时,环向盲管应加密。对有集中出水处,应单独设竖向盲管。环向盲管、竖向盲管的直径不应小于50mm。(3)环向盲管、竖向盲管应与边墙底部的纵向排水盲管(沟)连通;纵向排水盲管(沟)应与横向导水管连通,以形成完整的纵横向排水系统。环向盲管、竖向盲管、纵向排水盲管应用无纺布。
参考文献
[1] 王慧春.隧道施工地质工作及任务[J].经济师，2003(8).
[2] 赵占厂.黄土公路隧道结构工程性状研究[D].长安大学,2004.
[3] 朱汉华,孙红月,杨建辉.公路隧道围岩稳定与支护技术[M].北京:科学出版社 ,2005.
[4] 关书敏.公路隧道技术研究取得重大突破[N].中国交通报,2002. 来源: 《建筑中文网》.
原文网址：http://www.pipcn.com/research/201001/14250.htm
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