公路隧道設計及施工技術問題分析

章英文

（貴州省公路工程集團有限公司，貴州 貴陽 550001）

1 公路隧道建設中存在的設計及施工技術問題

近年來，我國公路建設的數(shù)量及質(zhì)量都有了較大幅度的提升，使得國家對公路運輸方式的需求得到了某種程度上的有效滿足。單就公路結構中的隧道建設來講，其建設的相關設計以及施工也都實現(xiàn)了對以往工作的突破，許多施工的設計水平已經(jīng)趕超了國際水平，施工技術的應用也實現(xiàn)了對于復雜地質(zhì)、水文、氣象環(huán)境等問題的有效應對。同時，隧道施工建設對新的材料以及工藝的使用也呈現(xiàn)出新面貌。總之，我國公路隧道的施工建設在新時期取得的成就是極其顯著的。從細節(jié)方面來看，當前在設計和施工技術方面存在的問題還不容忽視。下面分別對這兩個方面的問題進行分析。

1.1 公路隧道設計中存在的問題

1.1.1 公路隧道設計中支護方面存在的問題

1）首先，當前的設計人員還未能就支護結構應當具有的耐久性達成一致。雖然近年來耐久性的問題已經(jīng)得到了重視，但它在復合式的主流襯砌結構設計方面依然沒有明確的耐久性設計標準，而是繼續(xù)采用初期支護以及后期圍巖共同支護的方式來保持其耐久性。這就表示在初期進行支護時，必須使用具有較強耐腐蝕性的材料，以及先進的施工機械及工藝的配合，在這種狀況下，較高的支護成本以及難以控制的具體施工是不可避免的。

2）其次，設計人員還存在著在襯砌支護設計方面的參數(shù)差異，而且其參數(shù)設計也未能體現(xiàn)出同一級的圍巖穩(wěn)定性間應存在的差異。當前設計人員主要是依靠圍巖的分級進行參數(shù)設計，而不同的單位在這種獨立的設計中會產(chǎn)生各自不同的參數(shù)結果。

3）第三，公路隧道設計人員一般都為初期的支護工作設計了工字型鋼架，這種鋼架較容易操作，且花費不高、節(jié)省人力，因此，施工人員更傾向于使用工字鋼架而非格柵鋼架進行支護。但是，施工人員若想切實地保證長期的襯砌結構安全，就應該率先對格柵鋼架進行應用，這種鋼架存在著與混凝土迅速有效結合的優(yōu)勢。

1.1.2 公路隧道設計中存在的其他方面問題

1）公路隧道支護還存在系統(tǒng)錨桿設置工作中認知的不統(tǒng)一，該問題主要存在于軟弱圍巖階段隧道的支護。某些單位認為按照新奧法理論為拱墻部位設置系統(tǒng)錨桿是非常必要的，而有些研究人員則認為此錨桿應設置在邊墻，而拱部的則可取消。但是，不管怎樣，其錨桿的設置一般都采用人工打設，這就使錨桿的設置出現(xiàn)了人為減少的問題，不利于錨桿作用的順利實現(xiàn)。

2）目前，隧道設計施工中所采用的傳統(tǒng)新奧法理論（此理論以斷面橫豎切割以及縱向臺階的方式進行軟弱圍巖的隧道施工，其工序頗多，且施工的進度較慢）已經(jīng)不能夠滿足設計施工的要求，它的應用在很大程度上減緩了施工機械化以及快速施工的實現(xiàn)。

1.2 公路隧道施工技術應用中存在的問題

1）公路隧道的某些關鍵部位的施工還有待于進一步實現(xiàn)機械化。目前，隧道施工已經(jīng)在整體上實現(xiàn)了較高的機械化，但在某些關鍵點部位（比如爆破開挖以及系統(tǒng)錨桿的鉆孔施工）施工還使用人工操作，這種操作具有較高的靈活性且成本低，但其操作的精度較差，容易出現(xiàn)質(zhì)量問題。

2）公路隧道的開挖工作與支護工作存在著銜接不緊的問題。由于仰拱開挖的施工操作與掌子面存在過長的距離，不能及時地形成支護的封閉環(huán)，而且，其二次襯砌的后掌子面中存在著過長的長度，使得二次襯砌的施工往往嚴重地落后于掌子面，導致二次襯砌施工出現(xiàn)了不完整施工等問題。

3）公路隧道當前的二次襯砌施工、光面爆破、防排水施工等方面都存在著較多的問題。二次襯砌施工中，由于模板臺車、泵送混凝土施工技術的應用，再加上臺車的長度過長（12m）、混凝土木板拆除過早（1天1模、2天3模），且缺乏足夠的襯砌厚度以及必要養(yǎng)護，使得二次襯砌問題較為嚴重。光面爆破目前并不能滿足施工的平整圓順輪廓開挖要求，而且由于其爆破振動較大，隧道的防排水存在著防水板接縫質(zhì)量低，容易破損、盲溝連接未采用三通、中心水溝存在渣滓、回填的碎石有較高含泥量等問題。

2 隧道設計及施工技術優(yōu)化

隧道施工對公路建設產(chǎn)生著重要的影響，公路施工單位針對施工設計以及具體的施工技術應用中存在的問題采取有效的措施。本文分別針對這兩方面的問題做優(yōu)化策略的詳細分析。

2.1 隧道設計工作方面的優(yōu)化

1）從襯砌支護耐久性設計的完善方面來看，施工人員一方面可以在現(xiàn)有的復合式襯砌理念基礎上，在初期支護的全部組成部分以及二次襯砌的混凝土施工部分徹底地按照耐久性使用年限進行施工設計，以推動其支護在這兩種耐久施工的支撐下實現(xiàn)優(yōu)化。而且，施工人員還可以對初期支護應用的鋼架進行強化設計，并將二次襯砌支護按照常規(guī)以及混凝土耐久性設計兩個方面來進行其承載比例的設計。同時，施工人員還可以在全部荷載均有二次襯砌承擔時，充分地對二次襯砌做好耐久性設計，而初期支護則作為普通的臨時施工安全儲備。需要注意的是這種只側(cè)重二次襯砌施工的措施更適用于高水壓隧道以及水下隧道等施工，而對山嶺隧道則不太適用。

2）從支護參數(shù)設計的差異來看：一方面國家的公路管理部門應該積極地吸收借鑒先進的隧道施工經(jīng)驗（如鐵路部門設計經(jīng)驗）等，來對公路隧道編制一套統(tǒng)一的標準圖或者是通用圖；另一方面，施工單位要積極地對圍巖自身的穩(wěn)定性、巖體的強度與完整性及地下水定量等因素進行有效分析，以保證支護措施的設定能夠在錨桿的角度、長度與間距等各個方面，實現(xiàn)對于隧道支護穩(wěn)定性設計的參數(shù)要求。

3）從新奧法理論應用的落后性方面來看：一方面，施工單位應當積極地加強對于新奧法的學習與應用，用這種全斷面的機械開挖系統(tǒng)施工方法及技術來優(yōu)化新奧法，將超前核心的巖土變形以及隧道穩(wěn)定性當作其工作的主要設計指標，以超前預加固作為基礎施工保證來進行全斷面施工，需要注意的是，此方法更適用于軟弱地層中的淺埋隧道的地面沉降控制、大斷面隧道的開挖工作等；另一方面，施工單位還要繼續(xù)積極地對隧道的常見病害進行研究分析，為其病害制定出準確的分級以及詳細的結構性能，并將二者間存在的定量關系徹底弄清楚，以采取適當?shù)募庸滩呗詠韺λ淼澜Y構的安全性進行設計。

2.2 隧道施工技術的完善應用

1）施工單位應該針對其關鍵施工部位機械化程度低下的問題采取相關的完善策略，如施工單位可以對一次性投入較大、且不方便周轉(zhuǎn)存放的相關鉆孔臺車進行優(yōu)化，開發(fā)出適合進行隧道鉆孔施工的小型簡易臺車，并且還要積極地研發(fā)可以供施工人員進行任意角度鉆孔的鉆孔機，為拱部系統(tǒng)的錨桿鉆孔以及爆破開挖周邊孔的鉆孔提供技術支撐。

2）針對防排水施工的缺陷，施工隊伍一方面要認真地清理爆破時留下的碎石渣滓，并利用天然條件設計防排水，保證隧道的清潔性，為防排水施工提供良好的施工基礎以及施工條件。另一方面，施工單位要分別針對防水系統(tǒng)以及排水系統(tǒng)做好材料的選用、檢測，以及具體的施工控制方面的工作。從防水系統(tǒng)來看，施工單位要將材料檢驗以及施工安裝檢驗獨立進行全面檢驗，通過對高分子的防水卷材進行長度、厚度、寬度、裁件的尺寸與形狀、拉伸強度、撕裂強度、低溫柔性、耐老化等檢驗，保證材料質(zhì)量。而且，應用雙焊縫技術進行焊接，同時，保證其中間留有空腔，而防水板要吊掛在距離拱部0.1～0.7m，距離墻部1.0～1.2m的位置，且防水層的點間不能夠緊繃。而就排水系統(tǒng)施工來講，施工人員可采用經(jīng)過直徑、規(guī)格以及濾布包裹環(huán)向排水管施工，并且嚴格地控制其安裝順直度、與圍巖密貼度、和縱向排水管銜接等工作的質(zhì)量。而橫向以及縱向的排水管則可采用硬質(zhì)PVC管。

3）施工單位還要就上文提出的施工中的其他技術問題進行有效解決。首先，要將其模板臺車長度控制在10m以內(nèi)，并進行中部預留凹槽施工，而且，將滯后掌子面的長度控制在200m以內(nèi)，并且要嚴格地對混凝土進行合理配比及養(yǎng)護，還要在二次襯砌施工前利用斷面儀對初期支護的內(nèi)輪廓進行測量，以鑿除欠挖部分。其次，施工單位要按照隧道技術應用細則來對開挖的斷面形狀以及尺寸輪廓、爆破效果等進行標準化的檢測與施工，從而提高其光面爆破的施工水平。第三，隧道施工單位必須嚴格地做好對于開挖和支護兩項工作的銜接施工，在控制好掌子面的長度（小于等于200m）后，將V級的圍巖臺階長度設置為小于1B，而仰拱與掌子面間的距離為30m以下，IV級的圍巖則將上臺階的長度設置為小于5B，保證施工中能夠及時盡早地達到支護所需要的封閉環(huán)的形成。

3 結束語

在當前的交通運輸環(huán)境下，隧道施工建設質(zhì)量的好壞對于公路應用效果的影響越來越高，因此，推動隧道施工建設水平全方位的提升，施工建設單位應該給予高度的重視。而施工建設單位針對這一任務，采取優(yōu)化措施對隧道設計與其施工技術進行完善，是極為必要有效的。所以，在當前以及未來一段時期，公路建設的相關施工建設單位都要致力于推動隧道設計以及施工工作的不斷完善及進步，保證公路運輸達到應用需求。

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