公路隧道設計與施工技術探究

摘要：近年來，隨著我國對公路隧道建設越加重視，在制度上提出了設計施工一體化，可見隧道設計與施工技術之間有著非常密切的聯系。施工技術的進展是在設計的基礎上開展的，設計也會隨著施工的實際情況而存在變更的可能。因此，為了促進我國公路隧道設計與施工技術的一體化發展，需結合相關理論知識與實際工程概況展開研究。

關鍵詞：公路隧道；隧道設計；隧道施工；隧道建設；地質環境 文獻標識碼：A

中圖分類號：U456 文章編號：1009-2374（2016）07-0078-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.07.040

近十年來我國的公路隧道建設得到了迅猛的發展，每年以60萬延米的速度不斷增長，因此對隧道的設計也提出了更高的要求。縱觀國內外隧道設計的研究成果是十分豐富的，因此國內公路隧道設計的理論體系也非常多。目前，我國公路隧道設計已經與國際水平接軌，并且在施工技術方面的成就也有了很大的進步。我國國土面積之大，不同地區的地質環境會有所不同，所以在隧道建設中采用的施工技術也各不相同。本文以福建A公路為例，對其隧道設計與施工技術進行深入分析，旨在促進我國公路隧道設計與施工技術的共同發展，并打造高質量的隧道工程。

1 工程概況

A公路隧道處于地勢西北高東南低的福建省境內，因福建省復雜的地質構造特征，該工程隧道地質特征也比較復雜。該公路隧道進口段主要被花崗巖覆蓋，分布不均，其他為砂土填充，砂層厚度超過2m，屬于V級圍巖。隧道出口鄰近U字形溝槽，溝槽內常年積水。對該工程造成影響的地質因素主要是隧道進口多塊石堆積層，經雨水沖刷容易在洞門外淤積。

2 A公路隧道設計

2.1 設計原則

（1）遵循《公路工程設計標準》（JTG D70-2013）和《公路隧道設計規范》（JTG D70-2013）中的相關規定；（2）洞口要設置洞門，洞門結構可以是柱式、端墻式、臺階式等，洞門結構應根據洞口的具體地質情況和施工特點進行設計；（3）當隧道中線和隧道洞口地形的等高線斜交時，洞門結構宜采用斜交式，線路中線和端墻的交角應大于45度；（4）隧道內部輪廓的設計除了要符合隧道建設規定，同時要保證洞內設備齊全，比如洞內的排水設施、通風、檢修道、照明以及運營管理等設施；（5）公路隧道施工圖的設計遵照《公路隧道設計規范》（JTG D70-2013）中推薦的隧道內輪廓建設；（6）位于風景區、城鎮、車站附近的隧道洞門設計要符合建筑美觀要求，與城市建設和環境保護相協調；（7）注重隧道“監控量測”以及“地質超前預報”。

2.2 洞門設計

為了保證周圍環境不受到過大的破壞，本隧道洞口應結合福建的地貌地形進行整體設計，并且在洞口周圍種植與地形特征相符的綠色植物。

2.3 隧道襯砌設計

本路段隧道襯砌結構主要根據圍巖的地質條件及施工條件分為淺埋和深埋段復合式襯砌、明洞襯砌。除Ⅴ級圍巖土質的隧道可以使用礦山法原理進行設計以外，其他襯砌均使用新奧法原理進行設計施工；通過工程類比等計算方法確定襯砌設計支護參數；在圍巖比較差的地段，其襯砌應向圍巖較好的地段延長10m左右，并且在主洞與車行橫通道交叉地段設置加強段襯砌，襯砌材料均使用鋼筋凝土；明洞襯砌的拱墻、仰拱鋼筋混凝土強度為C25。

2.4 通風與照明設計

一方面，根據相關設計規范并結合當地的自然環境，本隧道通風設計為射流風機誘導式通風；另一方面，本隧道考慮到其長度應設置電纜槽。隧道內供電采用380/220V的三相四線系統以及380V動力設備。

2.5 防排水設計

（1）洞內防排水。為了能夠有效將襯砌背后的積水排出，本隧道內沿著巖面環向設置透水管，透水管和墻底部縱向排水管（Φ10Omm）相連，并且每30m布設一處橫向引水管，把縱向排水管里的水引入到側溝內，再由側溝從引水道排向隧道外；（2）洞外防排水。在隧道進口端洞外的側溝布設5%的反坡排水，并且在距洞口外1～2m處地面設一處深3m、寬4m的橫向盲溝來攔截路面水；（3）明洞防排水。明洞采用黏土隔水層及外貼式防水層；（4）隧道防排水。隧道防排水采用“防、截、排、堵”相結合的防滲方案。在施工前根據掌握的資料結合地形對地下出水情況進行分析和水量計算，制定最佳的排水措施。除此之外要對該公路隧道內部的出水位置、水量大小、變化規律以及水質成分等做好相關的勘測與記錄，達到邊墻和拱部不滲水、道床不冒水不積水的效果。

3 A公路隧道施工技術與方法

3.1 施工測量

（1）測量隊組織隧道控制測量，繪出隧道以及隧道內各設備位置示意圖和線路樁點。沿隧道方向每100m處設臨時水準基點，每150m處設導線控制點，同時核對線路的中線是否準確；（2）施工現場的所有測量儀器標準統一并派專人保管維護。如果在測量中儀器參數不符合規范要及時校準或更換，保證測量數據無誤；（3）記錄各項測量數據并匯報給監理部門；（4）得到批復后開始進行洞口邊的仰坡施工的放樣測量。

3.2 隧道開挖

（1）開挖方法與進尺控制。隧道進出口的開挖方法均采用正臺階法。上部臺階長為5m，先對上半段面施工并做好支護工作，使用風鉆進行鉆孔，下部開挖使用鉆孔臺架風鉆進行鉆眼，兩者每循環進尺不超過1m。遇到Ⅲ級圍巖開挖則采用全斷面法，鉆眼使用液壓鑿巖臺車，循環進尺控制在3m以內；（2）爆破作業。該段工程使用非電導爆系統。每個鉆孔區域由專人負責，裝藥也由專門的爆破技術人員負責。在這一過程中，技術人員必須對爆破技術非常熟練，能夠正確使用炸藥的用量以及雷管的段數。在鉆孔之前要確定開挖斷面的中線以及水平輪廓，鉆孔要以“準、平、直、齊”為標準并滿足相關精度要求（各孔誤差均已不超過3cm為準）。完成鉆孔以后對符合標準的孔填裝炸藥，不符合標準的應重新鉆孔方可開始裝藥爆破。在填裝炸藥前要將炮孔清理干凈，以免爆破受到其他物質的影響。隧道進出口根據設計做好相關加固工作后，Ⅴ級圍巖使用微臺階法開挖，錨、噴、網及型鋼支護。待開挖完畢初噴混凝土4cm厚度，然后布設錨桿及掛網，最后架立鋼架并噴射15cm厚的混凝土，尤其是鋼架處要加厚噴層，確保鋼架穩定和整體受力。

3.3 支護作業

支護作業是隧道施工中的重要環節，其中分兩次噴射混凝土，每完成一次爆破要及時清理圍巖并采用濕噴機開展初噴作業，在最短的時間內將開挖面封閉以防止圍巖變形。下一步是出碴作業，出碴完成后是鉆爆車進場，要先對錨桿進行鉆孔，錨桿鉆孔的深度誤差控制在20cm內。然后針對出噴不合格的地方進行混凝土補噴，新噴混凝土要根據要求進行灑水維護。需要注意的是在Ⅴ級圍巖地段安裝錨桿時也要安裝鋼型鋼架，以此確保隧道施工的安全與質量。支護作業應遵照工程施工標準實施，相關人員負責全程監控與指導。

3.4 隧道襯砌

該隧道的襯砌形式是整體式襯砌，所以使用襯砌臺車對拱墻一次襯砌。襯砌模型使用樣式簡單接縫嚴密的金屬大模板。根據設計制作定擋頭板。灌注則使用混凝土輸送泵。施工當中，拱墻兩側同時進行灌注，兩側高度誤差控制在1m內。隧道Ⅴ級圍巖需要考慮防震因素，所以全斷面襯砌要使用鋼筋混凝土，其他位置可以使用素混凝土。鋼筋的安裝與使用要按照設計和標準嚴格實施，另外還需要注意以下三點：（1）低溫混凝土配合比和用量都要符合設計與施工標準；（2）隧道基底的虛碴、積水和雜質必須及時清理干凈，尤其是混凝土不得導入積水基坑；（3）達到一定時間后拆除模板，對襯砌進行養護，養護時間為兩周。

3.5 隧道防排水

第一，洞內施工排水。因為采用的是仰拱，所以要在洞內集水坑然后將水匯入到這些坑內，最后采用泥漿泵將水排到洞外。

第二，隧道防排水。使用多種防排方案，實現“防、排、堵、截”相結合。其中防水板的施工技術如下：（1）安裝防水板之前要安裝好軟式透水管盲溝。檢查防水板的質量，禁止將有色變、刀痕、小孔等問題的防水板帶入施工場地。在防水板邊緣10cm處做搭接線記號，邊墻、拱部分段鋪設防水板，在拱部畫出中心線，卷起備用。然后接通電源，切割鋼絲網露頭做好各項材料的準備工作。（2）固定防水板。鋪設防水板時，拱部防水板的中線要與隧道中線重合，在防水板邊緣5cm處開始錨定，間距0.5m，板邊固定點距邊緣5cm，間距為1m，以此向下展開。（3）以搭接寬度10cm為標準黏接防水板接縫。黏縫若不符合質量要求要及時修補。

3.6 隧道監控量測要點

在施工中，除了高效發揮以上施工技術，監控量測作為隧道施工中的重要組成部分，其作用是非常巨大的。因此根據隧道設計，進行監控量測要注意以下九點：（1）監控量測貫穿整個隧道施工過程。主要是通過收集測量數據以及分析結果掌握各項施工技術的可行性，從而起到預防施工風險以及保證施工質量的作用；（2）在施工前，對承包商進行控制點復測與審核，尤其是周邊收斂、位移量測、拱頂下沉量測、錨桿內力抗拔、掌子面地質素描等；（3）明洞工程開挖前，要測量放線及仰坡頂截水溝和洞口段的排水系統檢驗合格后才能實施。開挖之后尺寸與邊仰坡坡率要實現設計要求；（4）洞身開挖中必須嚴格對爆破設計進行監控，尤其是巖石最小抵抗線及周邊眼間距的測量以及起爆位置的確定要進行嚴格控制；（5）隧道開挖遇到煤層時，應嚴格測量瓦斯濃度，并防止煤層瓦斯逸入坑道；（6）嚴格控制超欠挖，采用激光斷面儀測量凈空斷面，每隔5～10m檢測一個斷面，當發現超欠挖時立即調整鉆爆參數；（7）隧道初期支護的監控量測必須根據設計標準做好錨桿支護、鋼筋網支護、噴射混凝土支護等技術的監控量測，其中噴射砼施工中對噴射距離、角度要進行嚴格測量和控制；（8）隧道二次襯砌要以砼強度、厚度、鋼拱架間距、空洞情況的檢測作為監控量測的重點；（9）隧道防排水監控量測中，洞內順坡排水的坡度與線路坡度要一致，此外要加強防水板的監控量測。

4 結語

隨著社會經濟的進步，公路隧道在設計及施工和運營管理方面都日益成熟，但是與此同時，新技術、新材料以及新工藝的研究與應用也層出不窮，使得設計與施工在一定程度上難以同步發展，所以為了有效解決這一問題，在今后的公路建設中需要不斷地完善與改進。本文針對福建某公路隧道建設進行了分析，希望能夠為公路隧道的建設起到積極的促進作用。

參考文獻

[1] 趙輝雄.偏壓連拱隧道設計、施工技術與結構優化[D].同濟大學，2007.

[2] 羅鵬.石羊嶺隧道設計施工技術研究[D].長安大學，2014.

[3] 馬建，孫守增，趙文義等.中國隧道工程學術研究綜述·2015[J].中國公路學報，2015，（5）.

作者簡介：田永志（1978-），男，河南平輿人，廈門合誠水運工程監理有限公司中級工程師，研究方向：工程建設施工監理。

（責任編輯：王 波）