高陵高速公路隧道设计与施工技术问题探讨

霍三胜

（高陵高速公路有限公司，山西 陵川 046300）

0 引言

随着我国的经济发展和中西部大开发战略的实施，发展山区高速公路势在必行。山区高速公路长隧道不断增加、隧道所占比例不断提高，目前，仅山西省已通车的近5 000 km高速公路，隧道长度就达到300余公里。具体到高陵高速公路，全长63 km，隧道就有9.21 km/13座，隧道长度占到路线长度的15%左右。存在问题主要有：郭家川1号隧道存在陷落体；郭家川2号隧道穿越小硫磺矿煤系地层采空区；郑家岭1、2号凤凰掌隧道群，隧道间隔100～300 m；围掌小净距连拱隧道还穿越大溶洞；王莽岭特长隧道跨越晋豫两省，全长3 900 m，两省各占一半。且大都地质复杂、施工技术难度大。现就高陵高速公路隧道施工中遇到的问题和采取的施工措施作一介绍，与同行们共同讨论，以期为今后隧道设计施工积累经验。

1 隧道设计与施工存在的主要问题

1.1 地质勘测方面

勘测深度不够，对地质构造调查不够准确，象断层、滑坡、溶洞等特殊地质构造调查不够彻底，围岩分类不准确，造成隧道设计缺陷多，施工过程中因地质变化变更频繁，直接影响到施工安全及高速公路的造价。

1.2 设计方面

a）隧道群设计，对隧道洞口间隔小于100 m时的隧道群相互不连接，造成行车时光线亮度变换频繁，致使驾驶员产生“黑洞”感觉，不利于行车安全。

b）小近距连拱隧道，在围岩强度好于更换后的混凝土强度时，仍然设计中导洞，使得整体性差，造成工期延长，造价等多方面浪费。

c）隧道内设置的凸型竖曲线半径小，未能满足小车快速通过时的视距规范要求。

d）排水形式单一，不分水量大小，统一采用在隧道中央设纵向排水沟，致使养护维修极不方便。单坡隧道排水设计不合理，如郭家川2号隧道即出现了路基水倒灌；王莽岭隧道仅4 km长，单坡排水设计不完善。

e）特长隧道设计未考虑石渣综合利用。如王莽岭特长隧道，全长3 800多米，其中山西省境内1 900 m，全部为可利用岩石，开挖量达30余万m3，综合利用可节约造价千万余元。

f）隧道内混凝土路面设计简单落后，未考虑具体情况。致使隧道内伸缩缝多，行车极不舒服，噪声大。

1.3 施工技术方面

a）隧道支护不切实际，锚杆选用死套路。整体性好的岩石无需支护，强度高、岩石破碎的地段，可用砂浆锚杆代替中空锚杆。

b）隧道掘进方法较落后，特别对软弱岩层缺乏具体施工安全措施，技术落后，存在冒险作业现象，安全隐患大。

c）穿越采空区隧道设计采用边开挖、边注浆，不科学、造价高，给施工带来了极大安全隐患。

2 隧道设计与施工主要采取的技术措施

2.1 勘测地质资料调查

在路线走廊带确定之后，地质构造必须详细调查，涉及到的断层、陷落体、滑坡、溶洞、地下水，岩体的性能等都要有准确的数据。具体做法是，在施工过程中，勘测设计人员应深入到施工现场，及时变更、调整设计资料，跟踪服务，完善相关数据，按实际确定围岩类别及施工方案。滑坡、塌方、冒顶等特殊地质灾害关系到隧道设计方案的成败、直接影响施工安全和工程进度、工程造价。

2.2 设计方面

坚持动态设计理念，细化围岩类别，动态调整，增加过渡段支护。根据客观实际确定围岩类别和支护参数这是隧道施工的精髓。地质勘察看大面——粗放性，实际钻探看局部——局限性，只有施工时开挖出掌子面，现场判断才最真实、最准确。现场判断掌子面的围岩，变更支护方案，在介于Ⅲ级和Ⅳ级有仰拱围岩之间增设过渡段支护，符合实际，利于安全，节约费用。

2.3 施工方面

根据实际情况和地质围岩变化，及时采取切实可行的技术方案和施工措施，是隧道施工的关键所在。要消除一切侥幸心理，注重细节，科学施工，把问题消除在施工中，把隐患消灭在完工前。

2.3.1 隧道穿越煤系地层（采空区）处治方法

郭家川2号隧道，全长450 m，设计时正好穿越小硫磺矿采空区。施工中采取的主要处治方法：

a）在软弱破碎围岩隧道进洞时增加洞口段联合支护技术，加强初期支护钢拱架之间的纵向连接，有效减少洞口段初期支护的变形量。

b）实行仰拱三幅施工法，达到了拱脚开挖量小，扰动小，时间短、及时成环的较好效果。

c）采用“地表封水、洞内成环，侵界调坡”对初期支护变形处理方案，灵活应用新奥法，充分发挥围岩的承载力。

d）回填压实自稳后，实行大管棚掘进、小导管注浆、加密拱架，以强支护、短进尺，抽换套拱稳步推进，处治冒顶塌方。

2.3.2 细化围岩类别、注浆和锚杆支护

a）在Ⅲ级和Ⅳ级无仰拱之间增加Ⅲ-1和Ⅲ-2支护过渡段，根据开挖后围岩变化选择不同的支护方式，延米造价可节约5 000元左右。

b）对松散地层进行注浆，改变地层松散性，使隧道顶部及侧面增加抗压强度和黏结性，提高围岩的承载力，使围岩受力均匀，对岩体裂隙多和砂砾地层会更为有效。

c）锚杆支护技术的应用，很大程度依赖于工程技术人员运用的合理性，以及对地质条件、岩石状况的预判是否准确，发挥现场施工人员的经验尤为重要。

2.3.3 隧道穿越溶洞处治

K55+800处围掌隧道，在施工过程中右洞邻近出洞口时，发现一个直径30 m、深30 m的大溶洞。溶洞位于隧道右侧下方，侵占隧道1/3净空。为处治该溶洞，建设单位经与地方政府旅游部门会商，认为溶洞发育不完善，利用价值不高，决定采用石渣回填增设混凝土墙通过。经过3年营运，溶洞处未发现异常现象。

2.3.4 防排水施工措施

进洞前，要首先充分了解隧道轴线范围内的地表水来源及补给方式，彻底解决好地表水的防排。其次，进洞时，应对开挖面出现的渗水进行分析，找准原因，以防、排、堵、截等多种方式综合处治。

3 隧道设计优化和施工措施的建议

a）对隧道内路面中央排水管道位置设置要灵活应用，直径可采用变截面形式，科学计算合理确定。

b）隧道内路面设计。对长度小于1 500 m的隧道，即实际水泥混凝土路面长度不足1 000 m的隧道，全部采用复合路面，长度大于1 500 m的隧道，中间设水泥混凝土路面。

c）小净距连拱隧道的施工。位于K55+800围掌隧道设计为连拱隧道，围岩很好，岩石强度R＞80 MPa，但设计延米造价却很高。分析其原因，主要是因为中导洞墙的更换。更换中导洞墙，其强度并不比原围岩强度高。笔者认为，在双洞间距不满足隧道规定的最小净距时，当围岩整体性好、强度大于更换的混凝土设计强度时，双洞间距应不受此限制，而应采用独立双洞设计和施工。

d）特长隧道排水、通风、消防及救援通道设置。省界王莽岭隧道全长3 800 m，属特长隧道，往河南方向一路下坡，坡度达1.35%～2.5%，交界在隧道正中间，由于施工不同步，所以在河南方向未贯通前，需增加集水池和排水设施；因中间又无斜井通道，对通风、消防、救援等极为不利。为此建议，对此特殊情况隧道，两省应相互沟通，采取特殊联合设计。

e）要改变变更层层请示繁琐的程序，实行相关人员现场确定、共同签认、及时实施以免隧道完工后，出现因设计不到位而引起的缺陷问题。像山西省某高速公路隧道，通车不到一年，就因下沉变形而封闭交通，至今都无法使用。

f）对特殊软弱围岩掘进，可采用直径1.5～2.0 m钢波纹管简易盾构掘进施工技术，有利于消除安全隐患。

4 结论

a）坚持用动态的理念实施隧道施工，确定围岩类别，调整围岩支护参数，完善设计图纸。

b）用科学的方法和先进的技术施工，探讨隧道穿越软弱岩层（采空区）施工简易盾构新方法，有利于保证安全。

c）完善特定环境下连拱隧道中导洞、省界特殊隧道排水和隧道群及棚洞的设计和施工措施。

d）采用新型钢筋焊接网连续配筋水泥混凝土路面，减少接缝，降低噪声，提高行车舒适性。

e）综合利用隧道弃渣，节约造价。