依据实例浅谈隧道施工方法在《隧道工程》教学中的应用

【摘要】《隧道工程》是道路桥梁工程技术专业的一门核心技术棵，在课堂教学中由于教学资源的不足以及隧道施工的特殊性，学生很难亲临施工现场进行现场观摩，了解其施工程序。因此，在教学过程中，必须收集大量的案例，贯穿在教学过程中，以加强学生对其施工方法的掌握。

【关键词】隧道；施工方法；教学中；应用

1. 工程概况

某隧道位于十漫高速公路郧西县土门镇过风楼地段，采用上，下行合建的连拱隧道形式，隧道起迄桩号K80+530～K80+795，全长265米，隧道纵面线型均位+3.849%的单向坡。该隧道最大埋深约为62米，隧道进口为台阶式洞口，出口为端墙式洞口。

1.1主要技术标准。

1.1.1设计车速：隧道几何线形与净空按80Km/h设计。

1.1.2隧道净空：

（1）隧道净宽（单洞）：基本总宽度9.75m。

（2）隧道建筑限净高5.0m，检修道净高2.5m。

1.1.3本地区地震烈度为VI度，设计时按VII度设防。

1.2地质概况：

1.2.1地形、地貌：

隧道施工区域的地质构造属于浅风化的低山丘陵地貌区，隧道穿越地段地面标高在455～506米之间，隧道轴线右侧有已建成的公路，交通便利。

1.2.2工程地质构造：

隧道位于两郧背斜的小格子沟，屈家庄背斜中，该背斜由数条背斜、向斜褶皱组成，位于两郧断裂北侧，褶皱呈线状紧闭同斜倒转褶皱，南西翼正常，东北翼倒转。

2. 主要施工方法

2.1依据以上设计资料及现场考察，结合施工现场实际情况，该隧道采用一端掘进（进口→出口），采用三导坑先墙后拱法进行施工。

隧道开挖由进洞口一端掘进，先施工右线隧道，滞后一定时间在施作左线隧道。

2.2在中墙处设中导坑，两侧边墙处设侧导坑，中导坑全隧道贯通，用以修筑中墙衬砌，中侧导坑采用喷射混凝土、锚杆、钢筋网、钢架等与基岩共同组成支护体系。

根据结构受力要求，沿隧道纵向应每10米设置一道变形缝。

在隧道开挖中，为了减少施工中对基岩扰动，首先应加强监控，采用微震爆破方法进行施工。施工过程中应加强喷射混凝土以及钢筋网与围岩的密贴，二次衬砌完成后应及时检查其背后与喷射混凝土之间的空隙，若有空隙存在应及时回填。应做好预留洞、预埋件以及变形缝的设置。

隧道施工要重视保护生态环境，实行文明施工，尽量减少对隧道附近环境的破坏。

2.3根据围岩划分及支护方式的不同，确定各不同地段的施工方法。LST衬砌：用于3～15米的洞口浅埋Ⅰ类围岩地段，该地段岩体风化严重，节理发育、自稳时间较短。

（1）LS2复合衬砌用于埋深约5～22米的洞口浅埋Ⅱ围岩地段，该地段岩体风化严重，节理发育、自稳时间较短。

（2）LS3复合衬砌用于洞身Ⅲ类围岩地段，该地段岩体比较稳定，能够在一定程度上形成稳定的承载拱，因此结构按承担部分土压力覆土荷载设计。

（3）LS4复合衬砌用于洞身Ⅳ围岩地段，该地段岩体比较稳定，能够在一定程度上形成稳定的承载拱，因此结构按承担上部部分土压力

2.4所有施工均按新奥法原理，组织信息化施工，通过监测反馈来验证或修改支护参数，严格按施工程序指挥组织生产。科学合理安排各开挖工序间的相互衔接顺序，认真做好防水处理，二次衬砌及时跟进平行作业（复合衬砌支护形式表见表2）。

3. 隧道施工测量

施工时通过洞外精测点引进洞内采用双导线布置形成闭合导线，采用全站仪、精密水准仪等测量仪器，精确控制隧道中线。对技术交底交付的隧道轴线桩、平面控制导线点及标高控制水准点等按照图纸进行详细复测，并进行必要补充。洞内导线根据洞口支点向洞内作引伸测量，洞口导线点位埋设使用22钢筋（钢筋顶上刻十字线）埋于洞口附近坚固稳定的地面上，并用混凝土固定桩位，点与点之间通视良好。点位布置完毕后，利用设计单位交付的的导线网点GPS点（已知）作基准点，使用全站仪引测附合导线上各点的坐标值（并经平差），使用精密水准仪从高等级的2个BM点测定导线上各点的高程（并经平差）。水平角的观测正倒镜六个测回中误差≤±2.5″，每条附合导线长度必须往返观测各三次读数，在允许值内取均值，导线全长闭合差≤±1/30000。

4. 洞口及明洞施工

4.1过风楼隧道进洞口位于Ⅰ类围岩段，顶板厚0～17米，主要由填筑土组成，松散结构。出洞口位于Ⅲ类围岩段，顶板厚0～10米，主要由强～弱风化绿泥钠长片岩组成，岩石裂隙发育，完整性较差。

4.2洞口段施工的主要工序：（1）首先施作洞顶截水沟；（2）其次再进行洞口段开挖，注意成洞面要求保留核心土；（3）施作边坡及仰坡临时防护工程，应边开挖边防护；（4）非核心土部分开挖至成洞面；（5）施作长管棚导向墙，施作长导棚管，并按设计要求进行间隔钻孔注浆；（6）施作成洞面附近的5米明洞，不带仰拱。

4.3进洞口自路基挖方段挖中槽前进，开挖宽度以适宜机械操作为宜，待到隧道明洞段宜适当放宽开挖宽度，以保证中隔墙施工面，待挖至明洞处，向两侧切出整个开挖断面，并向后边退边开挖。施工前，首先应做好各种防、排水工作，以及支挡加固工作，保证坡面稳定若个别路段需要爆破时，应采取小型松动爆破等控制爆破方法，以尽量减少对围岩的扰动。洞口土石方及排水工程完成后先进行套拱施工。施工方法可采用满堂支架现浇，拱部曲线部分用采用盖模法成型，拌和楼拌和，输送泵输送混凝土。套拱砼完成后进行管棚等超前支护施工，随即进行中导洞、洞身开挖，正常后，再进行明洞及洞门施工。洞口段施工安排在旱季进行。

5. 中导坑及中隔墙、侧导坑施工施工

考虑中导坑开挖断面小，中导坑施工全隧道贯通，采用上下台阶施工，进口部位岩层较破碎，采用先用风镐开挖1m深后再进行钻爆施工。中导坑支护采用锚喷砼、架立钢拱架、挂钢筋网。中导坑的开挖及支护顺序为：

（1）中导坑开挖，采用上下台阶法，如果有超前支护应先期施作。

（2）施作中导坑初期支护以及顶部加强锚杆。

（3）施作基底加固锚杆。

（4）浇注中隔墙基础，与基底锚杆同步施作。

（5）浇注中隔墙墙身。

（6）中隔墙侧边回填，注意回填边选择应与主洞开挖一致。

在完成中隔墙侧边回填工程后才能进行两侧导坑开挖。

（7）侧导坑开挖，采用上下台阶法。

（8）施作侧导坑外侧初期支护以及导坑支护。

（9）施作基底加固锚杆。

（10）浇注侧边二次衬砌基础及矮边墙。

6. 洞身施工

该隧道跨度大，施工工艺要求较高，施工中必须坚持“弱爆破、短进尺、强支护、勤测量”的原则，合理确定施工开挖步骤和循环进尺。为确保开挖洞室稳定和施工安全，对洞口浅埋段Ⅰ类围岩拟采用LS1衬砌，C25钢筋混凝土结构。

在侧导矮边墙部二次衬砌达到设计强度之后才能进行相应地段的主洞开挖。先期进行开挖的主洞应与中隔墙回填抵抗方向一致，该隧道按设计要求从有洞开始施工。

6.1右侧主洞、左侧主洞施工步骤如下：

6.1.1右侧主洞施工。

（1）开挖右侧主洞上半截面，采用弧形开挖法，如果有超前支护应先期施作。

（2）施作拱部初期支护。

（3）开挖核心土，根据下一步仰拱浇注长度确定。

（4）拆除中导坑右侧支护以及右侧导坑内侧支护，根据下一步二次衬砌浇注长度确定。

（5）浇注仰拱衬砌。

（6）浇注二次衬砌。

6.1.2左侧主洞施工：

（1）开挖左侧主洞上半截面，采用弧形开挖法，如果有超前支护应先期施作。

（2）施作拱部初期支护。

（3）开挖核心土以及拆除中导坑回填，根据下一步仰拱浇注长度确定。

（4）拆除中导坑左侧上部支护以及左侧导坑内侧支护，根据下一步二次衬砌浇注长度确定。

（5）浇注仰拱衬砌。

（6）浇注二次衬砌。

6.2主洞开挖顺序及爆破。

（1）为防止相互扰动，在进行主洞开挖时，应注意同一洞口左右侧主洞的施工掌子面应滞后20米以上，时间应滞后20天以上。

（2）开挖采用钻爆法施工时，钻孔采用三臂凿岩台车进行，爆破采用光面控制爆破技术，爆破采用2#硝氨炸药，非电塑料导爆管方法进行毫秒微差有序起爆。具体操作为：按钻爆设计进行钻眼，装药、接线、引爆，钻眼前定出开挖断面中线，水平线和断面轮廓线，标出爆眼位置，钻眼完成后设专人检查，做好记录，合格后才能装药爆破。爆破后及时总结，调整钻爆设计参数，严格控制超欠挖数量，出碴采用侧倾装载机，自卸汽车运输的无轨运输方案。

（3）根据围岩条件，对于LS1衬砌段洞口、洞身开挖需要爆破路段，采用微震光面爆破技术或人工开挖，以尽可能减少超挖及减轻对围岩的扰动和破坏。

（4）进行掘进施工时，注意搞好超前地质预报，并严格按照短开挖、强支护、勤量测、早封密的施工原则进行。严格控制好开挖进尺。

（5）开挖用留核心土环状开挖、台阶长3～5m，围岩开挖进尺控制在0.5～1.5m以内。进行掘进施工时，注意搞好超前地质预报，按设计位置及角度采用7655型气腿式凿岩机钻孔，放入早强药剂，然后用钻机将锚杆顶入，并严格按照短开挖、强支护、勤量测、早封密的施工原则进行。严格控制好开挖进尺。

6.3初期支护。

LST初期支护采用25中空注浆加固锚杆、C20喷射混凝土、8钢筋网以及工字钢钢拱架结合洞口双层超前长管棚与围岩共同组成支护体系。

LS2初期支护采用25中空注浆加固锚杆、C20喷射混凝土以及钢筋网及工字钢钢拱架等与围岩共同组成支护体系。

LS3初期支护采用25中空注浆加固锚杆、C20喷射混凝土以及钢筋网与围岩共同组成支护体系。

LS4初期支护采用20MnSi22药卷锚杆、C20喷射混凝土以及钢筋网与围岩共同组成支护体系。

6.3.1喷射砼：

清理岩面后，喷射素砼，采用拌料加水湿喷工艺，机械手施喷。喷射时先喷凹坑，同时注意由下向上螺旋喷射。喷射作业面紧跟开挖面，尽量缩短开挖面暴露时间。

喷射砼施工要点：

（1）喷砼之前应用水或风将开挖面的粉尘和杂物清理干净。

（2）配比进行速凝剂的添加并混合均匀。

（3）喷头与岩面应垂直，宜保持0.6～1.0米的距离。

（4）喷射机的工作风压一般应在0.1～0.12MPa。

（5）喷射时应严格控制水灰比，使喷层表面平整光滑，无干斑或流淌现象。

（6）有钢筋网时，宜使喷嘴靠近钢筋网，喷射角度也可偏一些，喷射厚度应覆盖钢筋2厘米以上。

（7）有钢架时，刚架与围岩之间的间隙必须用喷射砼填充密实，喷射砼应将钢架覆盖，并应由两侧拱脚向上喷射。

（8）喷射料应按照设计配合比进行，喷射机使用前后必须进行检查，排除故障，防止在喷射期间出现故障。

6.3.2锚杆施工。

锚杆安装作业在初喷砼后立即进行。锚杆孔位、孔径、孔深及布置形式应符合设计要求，采用凿岩机钻孔，利用高压水或高压风将孔内余渣清洗干净，牛角形锚杆注浆器注浆，注浆压力不能大于0.4MPa，眼孔注浆灌满后将杆体对中插入，并将孔口封堵，锚杆安设完毕后，4小时内不宜放炮。

6.3.3钢筋挂网。

钢筋挂网，按设计要求在洞外整先分块制作成形，在初喷一层砼后铺设，施工时与锚杆、钢支撑绑扎在一起，其保护层厚度不应小于2厘米。

6.3.4钢拱架支撑。

钢拱支撑间尺寸严格按设计执行。安装采用中心线及拱脚线控制钢拱安装支距，使两拱脚及拱顶在同一竖平面上，避免扭偏，安装后注意加强钢拱支架间纵向联结，形成完整骨架，达到整体受力效果。

6.4防水层施工。

隧道防水采用在初期支护与二次初砌之间架设一层复合防水层。材料为0.8mm厚隧道专用卷材，设置前先进行开挖治水，检查隧道断面净空，进行施工面处理，对侵限部分进行凿除，切除处露钢筋垫圈固定土工布，射钉塑料垫圈呈梅花形布设，卷材用焊枪焊联于塑料垫圈，卷材之间采用热熔焊接，搭接宽度及焊缝宽度满足设计要求。

6.5衬砌砼施工。

（1）二次衬砌在LST、LS2、LS3类围岩段拱部和仰拱均采用25号钢筋砼，在深埋的LS4类围岩段拱部采用40厘米素混凝土。初期支护变形基本稳定，防水层施工完毕后，经检查合格后即可开始衬砌施工。为保证衬砌砼质量，衬砌采用断面整体模板台车，每次衬砌长度8m，工作缝中设止水带，砼采用外拌和站集中拌合，砼运输车运输，砼输送泵灌注。

（2）灌注时从模板台车两侧窗口对称灌注，左右高差不大于50cm，水平分层的厚度不大于30cm，保证预留压浆孔不堵，预埋件和模板不走样。灌注砼应连续作业，不得间断，如遇特殊情况，间歇时间超过了2h，按施工缝操作工艺处理，先在施工缝处插上接茬钢筋，间距40cm，钢筋长40cm，成梅花形布置，待砼强度达到2.5MPa以上时，可重新开盘灌注。当浇注到拱顶部位时，输送泵前端接高压软管，从里向外灌注封顶，浇注完后及时养生。

（3）插入式振捣器振捣，振捣时间每次不超过30秒，振捣棒移动距离不得超过其作用半径的1.5倍，插入砼深度一般不超过每层厚度的2/3。

（4）拱部封顶砼应适当降低水灰比，增加泵送压力，振捣密实。

因地下水对砼弱酸性腐蚀，拌制砼的所有水泥采用火山灰水泥或外加防腐剂。

浇筑砼时应详细将各种通讯、照明、监控、排水系统的预埋构件预埋好。

6.6仰拱及隧底填充。

上拱部施工完成后，洞边只剩中间核心土体，钻爆开挖，出渣后立即施作仰拱，每次灌注长度4～6米，仰拱灌注完24小时后进行隧道底砼填充。

7. 隧道排水系统施工

7.1隧道防排水遵循“以排为主，防排结合，因地制宜 ，综合治理”的原则，争取隧道建成后达到洞内基本干燥的要求，保证结构和设备的正常使用和行车安全。

（1）防水施工：在初期支护与二次衬砌之间敷设一层EVA/ECB共挤复合土工布防水板，作为第一道防水施工；拱部及边墙二次衬砌采用不低于S8的防水混凝土，作为第二道防水施工。

（2）排水施工：在初期支护与防水板之间背后按10米的纵向间距设置HC-3.5半圆软式透水管，透水管内的水通过设在衬砌底部和中隔墙两侧的软式排水管直接引入路面下两侧的排水盲沟排出洞外。

（3）洞内路基排水施工：在路面两侧设置全隧道连通的纵向排水盲沟，在路面下有仰拱地段在施工缝和变形缝处设置一处横向排水盲沟，在无仰拱地段每10米设置一处横向排水管，横向排水盲沟与两侧纵向排水盲沟连通，纵向排水盲沟与出水边沟沉砂井连通。

7.2在砼二次衬砌完成，路面施工前，必先施工隧道排水系统，设置好侧式排水沟，埋设好横向排水管和纵向排水管，保证各向排水管不被压碎、阻塞，修筑好接路基边沟的路缘排水沟，确保排水系统通畅。

8. 水泥砼路面及洞内装饰

水泥砼路面采用成套砼路面机具精心施工。洞内排水等设施仔细完成。

图1大规模坍方施工处理

9. 监控量测

（1）监控量测的目的是掌握围岩和支护动态，进行隧道施工的日常管理，经量测数据分析处理与必要的计算和判断后，进行预测和反馈，以保证施工安全和隧道围岩稳定，为此拟在施工现场成立由专家和熟悉量测工作的人员组成专门测量小组，负责测点埋设，日常量测和数据处理工作，并及时进行信息反馈以指导施工。

（2）根据技术规范要求，必须对隧道的地质及支护状况观察，周边位移、拱顶下沉、支护内内力和地表下沉等项目进行量测、监控。量测的方法、距离、频率、选用的仪器根据有关技术规范要求或监理工程师指定。

10. 坍方处理

在隧道施工中，坍方始终是很难控制的，在施工中防止坍方是施工的主要技术措施，发生坍方后应及时处理，防止坍方继续扩大。

（1）小规模坍方。

小规模坍方种类比较多，有地质三角坑、掉顶、片帮等。

小规模坍方发生后，一般采用喷射砼封闭、打锚杆、挂钢筋网等，锚杆方向沿岩面节理垂直方向，长度视具体情况而定，将其稳固而后复喷，但是，以上工作必须及时不能让其继续发展，坍体可用同级砼回填。

（2）大规模坍方（见图1）。

大规模坍方多发生在地质情况比较复杂，围岩比较差，大断面后扩挖时。大规模坍方，一般都采用型钢格栅钢架作为支护措施，钢架上可做浆砌片石护拱（不宜过厚，避免增加初期支护和二次衬砌荷载），坍方面一般采用打锚杆、喷射砼挂钢筋网等将其封闭，中间的空腔用钢支撑顶撑，如果坍方面过大，还可在护拱之上做格栅钢架措施，以上所有格栅钢架均用喷射砼填充密实。拱之上做格栅钢架措施，以上所有格栅钢架均用喷射砼填充密实。

隧道施工中所有的施工方法都参照设计要求和业主要求进行。

11. 隧道施工中的安全环保及有关注意事项

11.1防治粉尘的主要措施：

（1）提高拌、运、喷机具的密封性能，特别是混凝土搅拌机和喷射机的密封情况要好。

（2）砂、石子的含水率要适当增加，对减少尘源有显著效果。砂子的含水率，应当保持在4～6%。

（3）加强工作面的施工通风。

（4）适当增加拢料管长度，使料、水混合均匀，减少粉尘喷出，拢料管长度宜在40cm以上，太度时会出现管口淌浆和操作不便。

（5）严格控制风压。风压过大，料束射速快，就容易扩散，增加粉尘浓度，回弹也多。因此在满足施工工艺要求的情况下，工作风压不宜过大。喷射用的风压、水压应通过试验选定，一般喷头处的水压应高于风压0.1～0.15MPa，喷射作业系统的水压应保持在0.4MPa以上。

（6）喷嘴应使用两路进水，可以使水与干料混合均匀。

（7）在喷射作业面与掘进工作面间设置防尘水幕。

11.2施工安全技术措施：

（1）坚持安全第一，预防为主的原则，严格贯彻执行各项技术组织措施，切实做到安全施工。

（2）建立健全各项安全操作规程，并教育广大职工按操作规程施工。

（3）党政工团齐抓共管，把安全问题放在首位，摆正安全、质量、进度间的关系。

（4）建立安全责任制，以抓安全教育、技术培训为主，不断提高各施工人员的素质。

（5）建立安全奖惩制度。

（6）建立施工管理人员定期检查制度，发现不安全因素及时处理，把事故消灭在萌芽状态。

12. 隧道施工质量控制要点及质量控制目标

12.1隧道施工控制要点如下：

（1）在场地清理作施工准备时，应先清理洞口上方及侧面有可能滑塌的表土，灌木及山坡危石等。平整洞顶地表，排除积水，整理隧道周围流水沟渠，而后施做洞口边、仰坡顶处的天沟。

（2）洞口施工宜避开雨季。在进行洞口土石方工程时，不得采用深眼大爆破，以免影响边、仰坡的稳定，应按设计要求进行边、仰坡放线自上而下逐段开挖。不得底开挖或上下重叠开挖。边坡开挖成型后，应及时进行边坡的喷锚支护，以防滑坡。

（3）洞口部分圬工基础必须置于稳固的地基础上。须将虚渣杂物、泥化软层和积水清除干净。

（4）洞门拱墙应与洞内相邻的拱墙衬砌同时施工连接成整体，确保拱墙连接良好。洞门端墙的砌筑应两侧同时进行，防止对衬砌产生偏压。

（5）洞口完成后，洞门以上仰坡腿受破坏处，就及时处理。

（6）洞身开挖采用短进尺、弱爆破的施工方法，开挖中槽尽可能装药量少，能把岩石爆下即可，开挖过程中如有塌方，尽早支护。

（7）上拱部开挖尽量拉开一段距离，但不宜过大，一般10m左右，以减少爆破影响，及因距离过大造成中隔墙受推力影响。

（8）加强对一次衬砌的监控量测，注意收剑位移，变形过大时加强支护。

（9）做好临时防排水处理，尤其洞口段，为防止雨季塌方，二次衬砌砼应尽早施工。

12.2隧道施工质量控制目标：

所施工的隧道宽度、隧道净高、及轴线偏位满足规范要求，路线中心线与隧道中心线的衔接平顺，洞内无渗水，洞内结构轮廓线条直顺美观，混凝土表面密实。各实测项目合格率100%，优良率95%以上。

通过对以上施工方法、步骤的讲解，使学生对连拱隧道的施工过程有一个较为完整得了解，对隧道施工方法的掌握及更进一步的学习打下良好得基础。

[作者简介] 李海岩（1963.10-），男，工作单位：青海交通职业技术学院，1991.07毕业于北京交通管理干部学院，公路工程管理专业年，研究方向：桥涵施工技术。