高速公路特長隧道施工管理與技術創新

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，進而更好地為行業的穩健繁榮發展助力。

關鍵詞：高速公路；特長隧道；施工管理；技術創新

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劃，但洞內實際的情況不夠明朗，伴隨著施工的持續推進，還會面臨一些難以預測的突發事件，如塌方、巖溶、涌水突泥、有毒氣體等。這些突發情況的出現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，隧道內部環境比較復雜，各種災害大多難以預測，發生的數量也越來越多，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生概率。

1.4 施工環境變化惡劣

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境很容易發生變化，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窒息、中毒，場地狹窄交叉作業易引發機械傷害，高溫易引發昏厥、中暑，人車通行引發交通事故，臨時用電不規范易引發觸電事故，不良地質不確定性和突發性易引發群體傷害，光線昏暗環境作業、簡易梯和跳板等自制設施不規范也會易產生安全隱患。

2.4 易出現不良地質災害

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范施工作業以及淺埋與偏壓地形，容易引發洞口塌方問題。洞身施工中，極易發生在任何地質地段，如途經水庫、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（節理）發育，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生的化學溶蝕，形成溶蝕漏斗地質，多見于云貴川渝地區喀斯特地貌中。隧道施工遇到這類問題，容易導致混凝土結構破裂、引發滲漏水現象、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，極不穩定。隧道穿越采空區時，采空區積水及有害氣體嚴重影響施工，易出現貫通突水、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

應依據設計文件（含設計答疑、補遺）、地勘報告和現行技術規范，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。經單位技術負責人審簽、總監理工程師批準后嚴格執行。對危險性較大工程，必要時需經專家論證通過。

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境和地質情況，并依據超前地質預報報告優化襯砌參數、調整施工工法工藝，落實好預報和預檢工作。在施工環節，需要注意通風排煙系統、安全系統等，提前做好試運行工作，及時發現系統在運行中出現的問題，并及時妥善處理，對于可能出現的塌方、巖溶、有害氣體排放等問題，需要根據問題的成因，提前進行防范，最大限度降低安全事故的發生率[4]。

3.3 加強施工技術管理

高速公路特長隧道的施工，具有非常強的專業性，需要構建在專業施工技術的基礎上，對此在施工環節，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，并根據圍巖等級和監控量測數據來預留好變形空間。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）來得出準確數據。

3.4.2 做好隧道支護質量

在隧道初期支護環節，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象，分層多次多循環噴射，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，開展動態管理，將風險調查、監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。一旦發生塌方，應及時迅速處理，先加固未坍塌地段，防止其繼續發展，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，形成閉環結構。充分利用隧道永久排水系統，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，并在支護區內設置視頻監控，觀察圍巖狀態，根據巖爆類型確定處理措施。

4 高速公路特長隧道施工技術創新

4.1 施工照明方面

相對傳統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傳統的通風技術。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，縱向循環搭接長度不小于5 m；環向設置8～10個徑向鉆孔，深度3～5 m，每循環進尺爆破鉆孔增加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控量測，做好技術創新工作，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].運輸經理世界，2020（18）：76-77.

[3] 張建國.不良地質隧道涌突水處理施工技術研究[J].價值工程，2019（9）：127-130.

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