公路隧道洞身開挖施工質(zhì)量控制方法分析

摘? 要：隨著經(jīng)濟(jì)社會的進(jìn)步，我國基礎(chǔ)建設(shè)工程迎來了發(fā)展高潮，高速公路工程是推動經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要組成部分，而公路隧道洞身開挖工程是高速公路工程的重要組成部分，但是此工程會受到多種因素的影響而出現(xiàn)質(zhì)量問題。本文在某工程實(shí)際情況的基礎(chǔ)之上，分析了公路隧道洞身開挖施工工藝的實(shí)際情況。

關(guān)鍵詞：公路隧道;洞身開挖;質(zhì)量控制

中圖分類號：U455.71? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12296/j.2096-3475.2021.07.114

洞身開挖工程是現(xiàn)代公路工程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，也是保障現(xiàn)代公路隱蔽性的關(guān)鍵所在，此工程的特點(diǎn)是風(fēng)險高、工程量大，因此其質(zhì)量將直接對整個公路工程的安全性產(chǎn)生影響，所以必須保障其施工工藝，為公路工程的完整性和實(shí)用性做貢獻(xiàn)。受到多種因素的影響，洞身開挖工程有許多工藝方法，包括CD/CRD 法、上下臺階法、全斷面開挖法等，各個施工工藝的原則都是順應(yīng)地質(zhì)條件的實(shí)際情況，順利完成洞身開挖工程。

一、洞身開挖質(zhì)量控制理論概述

1.新奧法

鉆爆法是在新奧法的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，其已經(jīng)成為山嶺隧道施工最常使用的方法之一，新奧法的開發(fā)方式主要包括臨時仰拱法、中隔墻法、臺階法全斷面法、側(cè)壁導(dǎo)坑法等，具體包括：Ⅲ級圍巖和隧道使用全斷面法、Ⅳ級圍巖使用臺階法、Ⅴ級圍巖使用短臺階法、環(huán)形開挖留核心土法和三臺階臨時仰拱法等。不同的開發(fā)方式主要針對的是保障地表下陷量、保證隧道安全和維持圍巖的天然承載力。

2.全面質(zhì)量管理理論

目前，針對現(xiàn)代交通工程所開展的項目管理主要重視的是項目的質(zhì)量管理與控制質(zhì)量問題，是決定工程建設(shè)最終效果的關(guān)鍵所在，與工程的投資效益、實(shí)際進(jìn)度、社會效益、經(jīng)濟(jì)效益等多個方面都密切相關(guān)，增強(qiáng)工程質(zhì)量管理工作是解決我國工程事故頻發(fā)的關(guān)鍵所在。隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的進(jìn)步，公路數(shù)量越來越多，而針對山區(qū)道路問題，許多線性工程都采用了遇山開隧道的方法，隧道工程也因此成為了最常出現(xiàn)安全和質(zhì)量問題的工程之一，所以近幾年來我國提高道路安全性將關(guān)注點(diǎn)放置到提高隧道建設(shè)安全性身上。

3.爆破機(jī)理、光面爆破理論

在挖掘山嶺隧道時我國工程團(tuán)隊首選的是光面爆破法，該方法是保障隧道質(zhì)量安全的重點(diǎn)方法，由具有爆破資質(zhì)的單位負(fù)責(zé)，單位依據(jù)該工程的開挖進(jìn)尺、開挖斷面、地質(zhì)條件以及爆破器材等設(shè)計專門的爆破方案，該方案主要以鉆爆參數(shù)為參考對象，單位依據(jù)圍巖的情況及時調(diào)整爆破方案，并且始終遵循弱爆破和巡段進(jìn)尺的原則，把爆破過程和機(jī)械開挖過程緊密結(jié)合在一起，對裝藥量、最小抵抗線和周邊眼間距等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格控制。

二、公路隧道洞身開挖質(zhì)量控制的難點(diǎn)分析

1.復(fù)雜地質(zhì)

山區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，地形地貌多變，斷裂結(jié)構(gòu)交錯縱橫，而且內(nèi)部地層巖性受風(fēng)化作用的影響，破碎程度較大，在此基礎(chǔ)之上，山區(qū)地區(qū)的水文條件也呈現(xiàn)復(fù)雜化。秦嶺巴山和漢江谷地組由于板塊活動劇烈，長期受到升降斷裂和褶皺等活動影響，地區(qū)內(nèi)溝谷密布、高差較大。大巴山是秦嶺山的一部分，其中包含了多種地質(zhì)情況，例如煤層、巖溶富水、斷層和褶皺等，而且當(dāng)?shù)貛r石主要是頁巖、砂巖、泥巖、灰?guī)r等，所以隧道施工時施工單位應(yīng)該考慮到當(dāng)?shù)夭涣嫉刭|(zhì)條件，例如瓦斯、斷層和破碎帶對施工產(chǎn)生的影響。

2.圍巖等級

依據(jù)巖石強(qiáng)度和巖體的完整度圍巖可以被劃分為多個等級，在工程初始階段，工程團(tuán)隊就會派出地質(zhì)勘測組調(diào)查當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)資料，并且判斷圍巖的等級，該階段的地質(zhì)調(diào)查主要是通過地質(zhì)測繪來完成，輔以輔助物探和鉆探等方式，但是鉆探數(shù)量較少，因此最終獲取到的可靠數(shù)據(jù)范圍較小，工程團(tuán)隊難以了解深部巖體和較大范圍的地質(zhì)情況，因此在工程施工時經(jīng)常會出現(xiàn)對工程地質(zhì)評價與實(shí)際情況不符的問題。

3.施工方法與工藝

在挖掘隧道時，工程團(tuán)隊?wèi)?yīng)該盡可能保障同巖的穩(wěn)定性，減少對圍巖的人工干擾，并且依據(jù)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件選擇合適的開挖和掘進(jìn)方法，盡可能提高掘進(jìn)效率。選擇開發(fā)和掘進(jìn)方法時，工程團(tuán)隊既要考慮到圍巖的地質(zhì)情況，以及其可能產(chǎn)生的變化，維持圍巖的穩(wěn)定性，又應(yīng)該認(rèn)識到隧道內(nèi)部巖石的堅硬程度，盡可能采用快速掘進(jìn)的方法，降低對圍巖的人工干擾。

4.環(huán)境保護(hù)要求

隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展，人們越來越關(guān)注隧道施工產(chǎn)生的環(huán)境污染問題，保護(hù)環(huán)境是我國實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵，在建設(shè)隧道時主要包括的環(huán)境問題有：有害氣體排放、廢水對地下水的影響、棄渣問題、施工噪聲問題等。隧道棄渣會對環(huán)境產(chǎn)生持久的不利影響，在開挖隧道時經(jīng)常會產(chǎn)生幾萬甚至幾十萬立方米的廢氣渣體，由于圍巖性質(zhì)不同，渣體的性質(zhì)也存在差異，許多施工單位為節(jié)約成本，在施工時往往會隨意傾倒廢渣，例如將其倒入狹窄山溝當(dāng)中，堵塞雨季泄洪道路，威脅周邊居民的生命財產(chǎn)安全。

三、加強(qiáng)公路隧道洞身開挖質(zhì)量控制的方法建議

1.采用適合的洞身開挖工藝

新奧法是隧道施工最常采用的方法之一，但針對地質(zhì)條件的不同，新奧法包括了多種施工方法，具體方法如下：

①環(huán)狀開挖留核心土法。該方法主要適用的是洞口處于Ⅴ級圍巖的地質(zhì)環(huán)境，該方法在保留核心土的情況下，挖掘環(huán)狀臺階，上臺階長度為3～5米，在正式施工之前，施工團(tuán)隊會首先設(shè)置超前長管棚，保證現(xiàn)場的安全性，完成保護(hù)裝置設(shè)置過程之后，工作人員首先挖掘洞身臺階部分，該過程主要借助機(jī)械設(shè)備輔以弱爆破，并且將廢棄渣土利用自卸汽車，裝載機(jī)和反鏟等運(yùn)出施工現(xiàn)場。

②雙側(cè)壁導(dǎo)坑法。在Ⅴ級圍巖環(huán)境下，工程團(tuán)隊?wèi)?yīng)該主要使用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開展挖掘過程，首先將隧道斷面劃分為4個部分：中部上斷面，中部下斷面，左側(cè)壁導(dǎo)坑和右側(cè)壁導(dǎo)坑，每部分都類似于橢圓形，將隧道斷面劃分為4部分后，可以盡可能減少對圍巖的人工干擾，在施工時主要是用到挖掘，機(jī)巖眼機(jī)和風(fēng)鎬等，施工人員首先利用風(fēng)鎬和鑿巖機(jī)處理地面，然后利用挖掘機(jī)開展挖掘工作，施工順序主要是：開挖一側(cè)導(dǎo)坑，并且進(jìn)行初期支護(hù)，然后在距離3～5米處開挖另一側(cè)道導(dǎo)坑，然后進(jìn)行初期支護(hù);挖掘中部上斷面的核心土，進(jìn)行初步支護(hù);距離3～5米，在中部下斷面挖掘臺階，完成初步支護(hù)過程之后，是出之全斷面閉合，并且拆除臨時的側(cè)隔壁支護(hù)，然后在隧道中構(gòu)建縱排水，二襯混凝土和隧道施工環(huán)等。

③CD 法。該方法主要被使用到Ⅳ級圍巖地質(zhì)環(huán)境下，利用CD4步法進(jìn)行挖掘工作，工程團(tuán)隊首先應(yīng)該將隧道分為上下左右4個部分，包括右側(cè)導(dǎo)坑上半斷面，右側(cè)導(dǎo)坑下半斷面，左側(cè)導(dǎo)坑下半斷面和左側(cè)導(dǎo)坑上半斷面，工程團(tuán)隊首先從隧道一側(cè)開始挖掘，施工的同時做好臨時中隔壁支護(hù)，然后對隧道另一邊進(jìn)行挖掘，施工時主要使用到的是挖掘機(jī)，鑿巖機(jī)和風(fēng)鎬等，施工順序是：首先從遂到某一側(cè)挖掘?qū)Э由习霐嗝?，然后建立包括中隔壁的初期臨時支護(hù)，再進(jìn)行同側(cè)導(dǎo)坑下半斷面的挖掘過程，同步完成初期支護(hù);挖掘另一側(cè)導(dǎo)坑的上半斷面，做好初期臨時支護(hù)，結(jié)束該過程后，挖掘同側(cè)導(dǎo)坑的下半斷面，做好初期支護(hù)，并完成全斷面初支閉合工作，在拆除臨時中隔墻后，工作人員需要澆筑仰拱混凝土，并且做好縱向排水，二襯混凝土和施工隧道環(huán)。

④臺階法。該方法都被使用在Ⅲ級圍巖的地質(zhì)環(huán)境情況下，主要使用了多功能作業(yè)臺架，楔形掏槽，光面控制爆破，手持風(fēng)鉆鉆孔等，臺車鉆錨桿孔，然后工作人員在當(dāng)中安裝錨桿，并且注漿噴濕混凝土，施工順序主要是：挖掘上臺階并做好初期支護(hù)，間隔15～25米后挖掘下臺階做好初期支護(hù)，結(jié)束這兩個過程后，做二襯混凝土，縱向排水和施工隧道環(huán)。

⑤全斷面法。該方法主要適用于Ⅱ級圍巖條件，工作人員使用該方法時主要使用到的是，鉆巖機(jī)，濕式噴混凝土，多功能鉆孔臺車，風(fēng)動鑿巖機(jī)等。施工順序主要是，從全斷面著手開展挖掘過程，并做好初期支護(hù)工作，完成這兩個步驟后做好二層混凝土，縱向排水和施做環(huán)。

2.設(shè)計好爆破流程

炸藥爆破方法依舊是隧道挖掘工作最常使用的方法，炸藥爆破時釋放出來的能量可以輕易的破碎大型巖石，但是由于隧道斷裂帶較大，地質(zhì)條件復(fù)雜且質(zhì)量要求較高，因此在使用爆破法進(jìn)行隧道挖掘過程時，工作人員應(yīng)該盡可能降低對圍巖的損害程度，在隧道爆破的特點(diǎn)基礎(chǔ)之上，光面爆破技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并且被廣泛使用到隧道建設(shè)過程中。

19世紀(jì)50年代，光面爆破技術(shù)出現(xiàn)在隧道爆破工作當(dāng)中，是一種控制開挖輪廓的爆破技術(shù)，該技術(shù)要求工作人員首先依據(jù)預(yù)定的輪廓線安排平行炮孔，然后利用不耦合裝藥技術(shù)，將炸藥放置到炮孔內(nèi)，炮孔是爆破孔又是導(dǎo)向孔，不耦合裝藥可以盡可能減少孔壁在爆破時遭受的壓力，降低圍巖的損害程度，因此該爆破方法也被命名為光面爆破。

3.依托綜合超前地質(zhì)預(yù)報

開掘隧道時受到多種因素的影響，工作人員可能需要采用超前地質(zhì)預(yù)報方法，包括超前鉆孔發(fā)紅外探水法，地質(zhì)雷達(dá)法和TSP法，了解當(dāng)?shù)氐膶?shí)際地質(zhì)情況，查明不良地質(zhì)體的空間布局和具體規(guī)模，為下一步工作制定計劃提供基礎(chǔ)，保障隧道開掘工作的順利進(jìn)行。 設(shè)計圖紙要求隧道挖掘工作應(yīng)該至少進(jìn)行到斷層破碎帶之前。工作人員可以利用TSP超前地質(zhì)預(yù)報法，判斷前方100米范圍內(nèi)的圍巖情況，利用地質(zhì)雷達(dá)探測法，了解25米范圍內(nèi)的地質(zhì)情況，然后使用超前水平探孔法對采集到的結(jié)果進(jìn)行審核，結(jié)束該過程之后，將綜合上述集中手段的探測結(jié)果和地質(zhì)情況描述以及對前方圍巖的綜合判定提交給設(shè)計人員，幫助其完成下一步挖掘計劃的設(shè)定，同時工作人員還應(yīng)該了解紅外探水儀和探水孔檢測到的結(jié)果，判斷前方破碎帶當(dāng)中是否含有水源。

四、結(jié)論

文章首先介紹了公路隧道洞身開挖常見施工工藝，然后結(jié)合具體工程實(shí)例分析了施工過程中如何處理不良地質(zhì)和施工排水問題的舉措。

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作者簡介：盧宇明（1985.9-），男，瑤族，廣西桂林人，碩士研究生，講師，研究方向：巖土工程與地質(zhì)工程防災(zāi)減災(zāi)方向。

（桂林航天工業(yè)學(xué)院? 廣西桂林? 541000）