对公路隧道施工及预防措施的探讨
对公路隧道施工及预防措施的探讨
赵其林(贵州省交通科学研究院贵州贵阳550008)
摘要:随着国民经济的快速发展，交通行业的进步，作为交通工程基础设施的重要组成部分，公路隧道也迅速发展。隧道愈建愈多，长度越来越长，跨度也越来越大，隧道的建设条件和结构形式越来越复杂。本文简要介绍公路隧道的施工方法，以及对不良地质段的应对措施。以下就笔者的隧道施工经历谈几点体会。
关键词:隧道施工;过程控制;预防措施
1施工过程及控制
1.1施工前准备工作
1)场地布置
隧道多处于山岭之中，洞口场地一般比较狭窄，而隧道施工工作面也很狭窄，但是隧道施工机械设备、支撑材料和衬砌材料很多，若事前没有很好规范，就会容易造成相互干扰，影响施工效率等不合理现象，甚至发生安全事故。因此，在隧道施工前必须做好详细的施工调查，根据隧道工程规模大小、洞口地形特点、弃渣场位置和水源情况及工期要求，结合劳动力安排、机械设备、材料用量、施工方法等因素，绘制施工场地总体布置图。
2)测量控制
随着长大隧道的不断涌现和测量仪器的日益先进，GPS已经成为设计、施工单位在隧道中测量控制的主要方式。对于长大隧道和隧道群，设计一般只是在各洞口布置2个GPS控制点。“工欲善其事，必先利其器。”施工单位在斜井、横洞、洞内外联系控制测量中布点引测，也应该积极采用GPS测量，提高精度，减少工作量。如果用边角关系四测回引测，在漫漫山区不仅布点困难，而且观测距离长、视线不好、俯仰角大，其测量精度很难保证，即使有经验的测量人员对这样的测量过程也不会有多大的自信，如果不闭合返工更是劳力费神。
1.2洞口施工
1)洞口
洞口开挖要尽量按设计一次到位，边仰坡支护必须达标，洞门尽早施作。洞口和明洞开挖看起来简单，但是隧道的很多临时设施都集中在此，原边坡受到人为扰动，如果支护不到位，受雨水冲刷，隐患较大。为了环水保，坡度较缓和、植被覆盖好的洞口设计为斜切式洞门，刷坡量小，其余的大多设计有端、翼、挡墙，刷方量较大，对原地表的破坏也大。如果植被好，边仰坡虽陡峭但是很稳定，根据经验，一般不需要施作截水沟，避免过多扰动，水沟质量不好时反而增加山体的渗水。进洞以后，工队大多只关注隧道掘进进度，对洞口疏于管理，这些年“捂盖子”的现象并不少见。洞口衬砌完成后就要尽早完成端墙、挡墙的施工，保证洞口的稳定，保障进出隧道的人员、车辆设备的安全。
2)进洞施工
一般洞口约10—30米范围内设计会按围岩级别提高一级支护，进洞施工一般都很谨慎，但也要十分注意。因为隧道洞口位置埋深浅、偏压多，发生问题的几率高。设计有小导管或短管棚时，为保证安全，可打双层或多层注浆加固，并互相联结成整体。开挖方法选择要合理，保守一点好，开挖循环进尺控制在每一个拱架间距之内，一般为0.50～0.8m，拱架、连接拉杆、系统锚杆、网片都要施作到位，以保安全。
1.3正洞施工
1)钻爆法开挖
目前大部分隧道主要还是钻爆法施工，而主要爆破方法是光面爆破和预裂爆破。光面爆破主要作用在于减少对围岩的扰动，轮廓圆顺，减少超欠挖，从而减少初期支护的回填，提高初期支护质量，节约混凝土回填。这项技术经过几十年的发展，其理念已经深入人心。现实中虽然人人提光面爆破，却很难得到科学的执行，主要存在两个问题：
一是操作过程不规范，旁站监控不力。虽然布眼、药卷、起爆顺序都是按照光爆的原理进行，但是炮眼间距、装药结构和堵塞质量等达不到爆破设计的要求。为少打炮眼，间距拉大，爆破后两炮眼之间出现欠挖，掌子面不平整，不利于石碴装运;装药图省事，都为集中装药，爆破后轮廓不圆顺，局部欠挖，对围岩扰动大;用**包装纸简易堵塞，不密实，削弱爆破效果。
二是根据围岩状况、信息反馈不断修正爆破参数不到位。隧道内的围岩千差万别，某级围岩的钻爆设计并不能使用于每一座隧道同级别的围岩，而是要根据爆破效果、工程经验和参考资料等修正参数，再试爆，观察，循环直至爆破效果达到比较理想的状态。现在一个隧道工点一般都只有1名技术人员，要做好也是力不从心。这几种现象都不是一朝一夕能改过来的，要做好，就得长期坚持。从这二点看，第一点影响第二点，第二点又反过来“误导”第一点，所以最根本的就是要先保证爆破执行不变样，能得到有力的监控。
2)锚杆
隧道锚杆施工被认为是一种简单的施工，所起的作用和以前一样，都是喷锚支护中的一部分，但是现在理念有所变化，若现在很重要的锚杆必须加设垫板，形成扇形支护，超前锚杆也要求在拱架中部打孔，或从格栅中穿过，在设计意图中使锚杆的作用变得更为重要。系统锚杆在有拱架地段都是和拱架集中设置，在杆体45度以上用砂浆困难，一般使用锚固剂，其余部分可用砂浆。拱脚的锚杆起锁脚作用，为防止下导开挖时拱架下沉，锁脚锚杆施作质量必须保证。锚杆使用并不一定要严格遵守设计每延米多少根的规定，除锁脚外，破碎、节理发育、渗水等不稳定的地方可以多打，围岩较完整的地方可以少打，保证总数量即可。锚杆施工中容易出现长度不够、锚固不好的现象，要加强监控力度。
3)超前小导管及注浆
有超前支护的地段多为洞口、浅埋、偏压、穿过低洼、沟谷、地表有交通、建筑的地方，其支护效果尤为重要。超前小导管施工要注意以下几点：
①注浆的目的是对空心的管子和周边围岩注浆。设计间距一般按照浆液扩散半径控制，30cm左右，这样的加固目的很明确，就是先要提高管子的刚度，再考虑压浆范围，这时浆液应该浓一点。
②向周边压浆，包含超前压浆和径向压浆。前者是先固结前方破碎体，再开挖;后者是径向纵深加固已经开挖的地段，以形成拱形的灌浆固结层，承受上部围岩压力。这两种都是以压浆为目的，这时浆液当然应该稀些。
③在黄土或穿过河滩时，规范有明确的规定，尽管流失量大，但是除设计有说明外，在一定的范围内能压尽量压，必须保证管体的实心。4)拱架
拱架是Ⅳ、V级围岩支护的核心，和喷锚支护一起，支撑软岩成拱。制作规范，螺栓连接牢固，立拱必须垂直，间距符合规范，拱架的支点要在实处，锁脚一定要牢固，连接拉杆必须与拱架焊接牢固，分层开挖时拱脚不能超挖过大，其上1m范围内不能回填土石，地脚不得用喷砼封死等。这些都是保证拱架支撑稳固，拱架能连成一体整体受力，防止变形受力不均引起塌方所必须做到的。拱架是抑制软弱围岩过度变形的主体，拱架的支点和刚度必须达标。
5)喷射混凝土
喷射混凝土是封闭围岩、抑制变形的快速有效的方法，目前设计一般为10—22cm，喷射表面铺设防水板。施工时应注意以下几点：
①一次喷射不可能达到设计厚度，为不影响进度，先初喷后，组织两部台车，复喷和开挖同时进行。
②喷射一定要密实，为了铺设防水板，表面要平顺。施工中切忌对超挖部分采用土石回填或架空后喷表面的严重错误做法。一是障目，反而增加支护压力，蒙蔽了围岩变形，安全隐患更大。正确的做法是，边墙采用衬砌同级混凝土回填，或征得监理工程师同意用高标号浆砌回填，然后把拱架喷射密实、平顺;拱部超挖小时，或喷射密实，或喷射尽量圆顺能挂防水板，超挖部分衬砌时回填，超挖大时或遇到小的溜塌，应按照塌方处理原则，参考外层防护、内防护层加缓冲层的做法，处理好了再前进。
③喷射工艺应积极采用新技术，但目前大多还是采用干喷法。湿喷较干喷能减少回弹和降低粉尘，虽然湿喷容易堵管，但只要使用得当，速凝剂随用随加，这种现象不会经常出现。隧道施工工艺发展到现在，各种改进都是以人为中心的，粉尘是引发隧道施工人员职业病的最大敌人，所以更应该大力推行湿喷技术，体现人文关怀。
6)监控量测
现场监控量测是隧道工程现代化施工管理及应用新奥法设计与施工及喷锚施工的重要组成部分。它不仅能指导施工、预报险情、确保安全，而且还可以通过隧道施工现场监测获得围岩动态，为支护和衬砌提供信息依据。监控量测中的各个项目并不复杂，易于操作，贵在坚持，能认真地去做，真实地反映围岩的变化，对施工决策起到正确的参考作用。
7)施工防水与排水
隧道施工防排水应与永久防排水设施相结合，以防、截、排、堵相结合，因地制宜综合治理的原则，既选择经济、合理、切实可行的治水措施，确保围岩稳定，又保证隧道施工的安全。
8)塌方预防及处理
塌方是隧道施工的拦路虎，对于隧道这样的控制工程更是雪上加霜，隧道没有进度，一切都无从谈起，而塌方处理还急不得，须小心处理才行，这也是考验队伍施工水平的时候。为了减少塌方，更好地处理塌方，笔者谈几点体会。
①塌方一般发生的位置Ⅳ、V级围岩较多，岩体破碎，容易失稳;距开挖工作面一个洞宽的位置，爆破影响大，支护可能不到位;长期未衬砌，支护背后有空洞的位置，围岩变形没有约束力，慢慢剥落引起;地质情况不良地段，如洞口、浅埋、偏压、穿过低洼、沟谷、渗水、地表有交通道路等地段。这些地方要按照“断进尺，弱爆破强支护，紧衬砌，勤量测”的原则施工。
2塌方的预防措施
1)控制衬砌距离，一般衬砌距离掌子面100～15Om，围岩较差时60～80m。
2)提高初期支护质量，特别是支护背后的空洞部分，宁愿先不求平顺，也要保证空穴内的支护质量，如采取注浆、护拱等措施。
3)做好监控量测工作，真实、及时反映围岩变形变化。
4)洞口、浅埋、偏压等地段设计都有考虑，施工时要小心谨慎。
5)施工方法得当，根据监控量测、地质超前预报等仪器收集的数据，及时正确调整。
2.1塌方的处理
塌方处理经过会勘后都会有详细的方案，下面就几个关键的工序作一点说明：
1)喷射混凝土。大多塌方都是从小到大，逐渐发展的，在有坍塌迹象时，最快速有效的方法就是喷射混凝土封闭围岩，喷射要突出一个“快”字，抓住一个“实”字。然后在未塌段紧急设置临时钢架或永久加强支护，阻止继续扩大。
2)注浆。若遇断层、破碎带、泥石流等阻止不了时，就只能在塌方稳定后才能处理。此过程中切忌扰动塌体，只能固结后再开挖。塌方处理离不开注浆，这项作业是长久安全的核心，但思路一定要清楚。如果在塌体顶部或超前注浆，这不同于在原岩层中注浆，塌体十分松散，浆液流失严重，往往开挖后拱部不见浆，大部分都在边墙和隧底固结，反而增加了仰拱开挖的难度。比较得当的方法是加大超前支护的仰角，改系统锚杆为注浆小导管，使拱部向上注浆，间隔压浆，使拱部的塌体形成环形灌浆固结层，既节约成本，又达到加固效果。
3)超前支护。在塌体中掘进，小导管、长短管棚是施工安全的有力保证，主要功能是对塌体的一种掩护，便于在其下开挖施工，但一定要注意注满砂浆，提高管子的刚度。短管棚一般是开挖长度的3倍，开挖进尺若超过这一原则，将可能再次引起塌方。小导管、短管棚每一环的长度开挖完后，其作用主要靠拱架、喷砼共同受力，以承受上方塌体的重量，所以每开挖一段，应该检查一段。
4)拱架。塌体中掘进支护离不开拱架，一般都为工字钢，间距多为50～80cm，拱架施工要达标，在小型塌方中与护拱、缓冲层一起承受上部空穴可能落石带来的冲击力，在大塌方中与各种加强措施一起承受塌体的重量。所以，其支点必须牢固，必要时采用混凝土基础。
2.2衬砌施工
1)衬砌及时
规范的衬砌施工应该是仰拱先行，衬砌紧跟，实际施工中隧道掘进远远快于衬砌速度，而且进场时衬砌台车就滞后，前后距离越拉越大，增加初期支护段的安全隐患。所以施工前就应该及时备好二衬台车、搅拌站等设备，通过监控量测，洞口或围岩变形多的地段先衬砌，跳槽模筑或两部台车同时施工，防止已初期支护但未衬砌段变形过大坍塌。
2)衬砌质量
衬砌质量要达到内实外美，主要在厚度、密实度、防水效果和外观感中体现。厚度由中线、高程和设计轮廓、预留变形量控制。施工中测量放样自然要作为重点，但在开挖隐蔽工程检查中除初支质量外，还必须重视开挖净空，另外制作拱架的模型也必须试拼。这些工作都马虎不得，否则欠挖处理起来非常麻烦。现在衬砌大多采用输送泵浇注，设计防水措施也相当完善，密实度和防水一般可以保证，不过应精心组织，不然在有防水板的情况下背后压浆补救难以达到满意的效果，防水再有问题也大多是施工造成的，所引起的后果只能自我承担了。
3)衬砌净空
无论什么情况下，衬砌净空必须保证，严禁侵入限界，并考虑施工和测量误差整体应外扩5cm。衬砌净空是竣工验收时一个必测项目，施工时要特别注意。
3结束语
隧道施工方法，其核心部分就是钻爆法开挖、初期支护和衬砌混凝土施工三大部分。而这些技术经过几十年的发展，已经相当成熟，在网络、图书馆、书店和企业内部等等都可以查到大量完善的资料.我们要做的不是躺在前人栽下的树下乘凉，比着葫芦画瓢，而是要变他人的为己用，思考为什么要这样做，怎样才能做好，结合实际，从细节入手，分析总结，抓住关键，灵活运用，在实践中完善，方能保证质量，又节约成本。
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