谈隧道设计及施工工艺

朱 启 韬

(云南省交通规划设计研究院，云南 昆明 650011)

谈隧道设计及施工工艺

朱 启 韬

(云南省交通规划设计研究院，云南 昆明 650011)

介绍了隧道的作用及类型，对隧道设计及施工工艺进行了研究，探讨了隧道平面布置、埋置深度、横断面尺寸形状的确定依据，对科学合理地设计与施工隧道具有重要的意义。

隧道，施工，围岩，长度，设计

隧即洞，道即路。隧道在古代，或天然形成，或人工挖掘形成，或动物掏成。在山中、地下、水下均有隧道，用于行走或栖身。用以车行，人走最多。动物掏之者叫做洞，只能动物藏行。为人类需要而创造，人类挖掘的隧道能行车行人，过水，管线通过，藏人藏物，取矿藏，或作为军事用途。

本文单就人工挖掘隧道而论，古代，人行车行隧道很少，现代隧道行人行车用途较多而难论。现代主要分为：铁路隧道、公路隧道、人行隧道，在山中有、地下有、水下亦有；长、短、高、矮、宽、窄、弯、直尽有，其平面布置、埋置深度、横断面尺寸、形状均依用途要求而确定。隧道挖掘有难有易，难者居多，易者较少。铁路隧道火车独行，可谓独来独往“唯我独大”。公路隧道可车行、人行，其功能多而适用。

公路隧道(有分离式、小净距、连拱隧道之分)与铁路隧道挖掘都有规有矩，有规范可遵行。设计则依标准、地形、地质而设计。其长度有短有长：公路隧道将其长度L>3 000 m称为特长隧道、长度1 000 m

公路隧道与铁路隧道施工都是大同小异,不同者为使用的对象。隧道施工则依地形、地质、水文而采用不同的施工方法,施工设备。公路隧道将其所在位置的地质称为围岩，并分为六级。一至六级围岩依次为：坚岩、硬岩→完整岩→破碎岩→软岩→硬土→软塑土与泥砂(详解见公路隧道设计规范)。

隧道施工方法依据设计的断面，围岩级别而选择。隧道施工方法多而复杂，常见隧道施工方法有：钻爆法(又谓矿山法)、浅埋暗挖法、盾构法、顶管法、明挖法、地下连续墙法、TBM法等；在此等探索积累施工方法的基础之上，20世纪80年代新奥法设计施工理论传入中国,新奥法则集设计、施工、隧道结构(体系)、隧道使用状态(结果)等被广泛应用。新奥法则能从岩体力学的观点出发，并结合支护设计与施工,将隧道的围岩结构(围岩级别)和各种支护结构作为一个完整体系的支护理论与施工方法谓之新奥法(有人又称之为喷锚构筑法)。

隧道的结构依围岩级别与渗、排水的需要而设计。常见的则有：排水网管、锚杆、钢筋网喷混凝土，钢筋混凝土支护，石砌支护等。

隧道的出现对穿越地形障碍，缩短路线长度，并兼有防空军事和不占地面等优点。对公路与铁路而言：则有穿山越岭、避冰雪之患、缩短里程、降低纵坡，是无可替代的地下建筑物。随着科学技术的发展，隧道的掘进机械化程度也有了极大的进步，使隧道的掘进速度取得了长足的进步。隧道发展和利用是当今与未来人类解决异地往来集科技之大成的理想建筑物。其发展也日新月异。

现代的公路与铁路隧道修建是建立在理论与实践的基础之上，并制定有公路、铁路《隧道设计规范》和《隧道施工技术规范》，在《隧道设计规范》和《隧道施工技术规范》指导之下，使设计和施工人员有章可循，有规可遵。

设计人员可根据设计规范和相应的地质资料进行设计，在隧道设计过程中；设计人员须具备相应的隧道理论和地质知识，才能进行设计，隧道的设计须根椐相应的地质资料进行各专项设计，如：洞口形式、隧道的几何尺寸(隧道形状)拟定、衬砌厚度及类型、排水、供电、通风、照明、标志等专项设计。设计人员设计的只是在图纸上将隧道形象化,要使设计变为实实在在的行车隧道或专用隧道,还需要专业的建设队伍进行施工建造才能将设计图纸变成可用之隧道,隧道在施工过程中需要对隧道的围岩级别进行甄别，以确定其施工方案及衬砌厚度及防护措施，由于隧道在掘进过程中围岩级别千变万化，为了准确的判断围岩级别，借助先进的科学仪器超声波—地质雷达进行围岩级别的预测判定，地质雷达的操作需要对整个掘进工作面进行全面的网点布置才能对围岩级别准确预测(但准确的探测深度局限在一定范围内)，故需要在施工过程中结合实践经验进行判别才能确定施工的方案和防护措施，即根据不同的围岩级别采取不同的设计和不同的掘进方法(也可叫隧道动态设计法和隧道动态施工法)。

随着社会的进步，科技的发展，隧道掘进设备也随着科技的发展在不断更新，日掘进的速度也在不断提高。特别是：近30多年来“盾构隧道掘进机”的发展，越来越受到隧道建设者的青睐,“盾构隧道掘进机”在城市的地下，水底下，山岭区的长隧道施工越来越普及。而且也发挥了其优越性和先进性，这对发展城市交通，加快公路、铁路建设有着较大的推动作用。由于“盾构隧道掘进机”在城市的地下施工过程中，地面上不用大面积拆迁，不阻断交通，施工无噪声，地面不沉降，不影响居民的正常生活，且施工功效与常规的施工工艺相比较可提高5倍～8倍,而得到了建设者的喜爱，但若应用在短隧道中施工成本会有所提高(因盾构机较庞大,重量较重(400 t以上),搬迁费用较高)，故在施工前需作成本方案比较。隧道的功能在公路、铁路中起到了不可缺少的重要作用,对发挥社会效益和推动社会经济发展有着重要意义。

随着社会的进步，人们精神、物质需求的增长,隧道的设计建设将会更趋科学、先进，给社会经济增长,市场繁荣带来无限光明的前景,对实现中国梦有着一定的积极作用。

通过对隧道设计施工工艺的概述，以通俗的语言文字将隧道的设计、建设、施工、隧道的功能、应用范畴、盾构隧道掘进机的应用等作了一定的表达，对了解隧道的基本常识，起到了抛砖引玉的作用，并可通过本序论中的隧道专业术语去了解更多的关于隧道设计，施工，机械，设备等知识。对设计，施工人员如何掌握相关知识，做到对设计施工的更科学、合理的要求，提供了一定帮助。

[1] JTG D70—2004，公路隧道设计规范[S].

[2] JTG D20—2006，公路路线设计规范[S].

[3] 郑明伟.公路隧道结构防排水探讨[J].山西建筑，2014,40(17):188-189.

[4] JTG B01—2014，公路工程技术标准[S].

Discussion on tunnel design and construction technology

Zhu Qitao

(YunnanCommunicationsPlanningandDesignInstitute,Kunming650011,China)

This paper introduced the tunnel function and type, researched the tunnel design and construction technology, discussed the tunnel layout, embedded depth, the determination basis of cross section size and shape, had significance scientific and reasonable design and the construction of the tunnel.

tunnel, construction, surrounding rock, length, design

2015-01-12

朱启韬(1981- )，女，工程硕士，工程师

1009-6825(2015)09-0170-02

U455

A