公路隧道设计与施工技术探究

摘要：近年来，随着我国对公路隧道建设越加重视，在制度上提出了设计施工一体化，可见隧道设计与施工技术之间有着非常密切的联系。施工技术的进展是在设计的基础上开展的，设计也会随着施工的实际情况而存在变更的可能。因此，为了促进我国公路隧道设计与施工技术的一体化发展，需结合相关理论知识与实际工程概况展开研究。

关键词：公路隧道；隧道设计；隧道施工；隧道建设；地质环境 文献标识码：A

中图分类号：U456 文章编号：1009-2374（2016）07-0078-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.07.040

近十年来我国的公路隧道建设得到了迅猛的发展，每年以60万延米的速度不断增长，因此对隧道的设计也提出了更高的要求。纵观国内外隧道设计的研究成果是十分丰富的，因此国内公路隧道设计的理论体系也非常多。目前，我国公路隧道设计已经与国际水平接轨，并且在施工技术方面的成就也有了很大的进步。我国国土面积之大，不同地区的地质环境会有所不同，所以在隧道建设中采用的施工技术也各不相同。本文以福建A公路为例，对其隧道设计与施工技术进行深入分析，旨在促进我国公路隧道设计与施工技术的共同发展，并打造高质量的隧道工程。

1 工程概况

A公路隧道处于地势西北高东南低的福建省境内，因福建省复杂的地质构造特征，该工程隧道地质特征也比较复杂。该公路隧道进口段主要被花岗岩覆盖，分布不均，其他为砂土填充，砂层厚度超过2m，属于V级围岩。隧道出口邻近U字形沟槽，沟槽内常年积水。对该工程造成影响的地质因素主要是隧道进口多块石堆积层，经雨水冲刷容易在洞门外淤积。

2 A公路隧道设计

2.1 设计原则

（1）遵循《公路工程设计标准》（JTG D70-2013）和《公路隧道设计规范》（JTG D70-2013）中的相关规定；（2）洞口要设置洞门，洞门结构可以是柱式、端墙式、台阶式等，洞门结构应根据洞口的具体地质情况和施工特点进行设计；（3）当隧道中线和隧道洞口地形的等高线斜交时，洞门结构宜采用斜交式，线路中线和端墙的交角应大于45度；（4）隧道内部轮廓的设计除了要符合隧道建设规定，同时要保证洞内设备齐全，比如洞内的排水设施、通风、检修道、照明以及运营管理等设施；（5）公路隧道施工图的设计遵照《公路隧道设计规范》（JTG D70-2013）中推荐的隧道内轮廓建设；（6）位于风景区、城镇、车站附近的隧道洞门设计要符合建筑美观要求，与城市建设和环境保护相协调；（7）注重隧道“监控量测”以及“地质超前预报”。

2.2 洞门设计

为了保证周围环境不受到过大的破坏，本隧道洞口应结合福建的地貌地形进行整体设计，并且在洞口周围种植与地形特征相符的绿色植物。

2.3 隧道衬砌设计

本路段隧道衬砌结构主要根据围岩的地质条件及施工条件分为浅埋和深埋段复合式衬砌、明洞衬砌。除Ⅴ级围岩土质的隧道可以使用矿山法原理进行设计以外，其他衬砌均使用新奥法原理进行设计施工；通过工程类比等计算方法确定衬砌设计支护参数；在围岩比较差的地段，其衬砌应向围岩较好的地段延长10m左右，并且在主洞与车行横通道交叉地段设置加强段衬砌，衬砌材料均使用钢筋凝土；明洞衬砌的拱墙、仰拱钢筋混凝土强度为C25。

2.4 通风与照明设计

一方面，根据相关设计规范并结合当地的自然环境，本隧道通风设计为射流风机诱导式通风；另一方面，本隧道考虑到其长度应设置电缆槽。隧道内供电采用380/220V的三相四线系统以及380V动力设备。

2.5 防排水设计

（1）洞内防排水。为了能够有效将衬砌背后的积水排出，本隧道内沿着岩面环向设置透水管，透水管和墙底部纵向排水管（Φ10Omm）相连，并且每30m布设一处横向引水管，把纵向排水管里的水引入到侧沟内，再由侧沟从引水道排向隧道外；（2）洞外防排水。在隧道进口端洞外的侧沟布设5%的反坡排水，并且在距洞口外1～2m处地面设一处深3m、宽4m的横向盲沟来拦截路面水；（3）明洞防排水。明洞采用黏土隔水层及外贴式防水层；（4）隧道防排水。隧道防排水采用“防、截、排、堵”相结合的防渗方案。在施工前根据掌握的资料结合地形对地下出水情况进行分析和水量计算，制定最佳的排水措施。除此之外要对该公路隧道内部的出水位置、水量大小、变化规律以及水质成分等做好相关的勘测与记录，达到边墙和拱部不渗水、道床不冒水不积水的效果。

3 A公路隧道施工技术与方法

3.1 施工测量

（1）测量队组织隧道控制测量，绘出隧道以及隧道内各设备位置示意图和线路桩点。沿隧道方向每100m处设临时水准基点，每150m处设导线控制点，同时核对线路的中线是否准确；（2）施工现场的所有测量仪器标准统一并派专人保管维护。如果在测量中仪器参数不符合规范要及时校准或更换，保证测量数据无误；（3）记录各项测量数据并汇报给监理部门；（4）得到批复后开始进行洞口边的仰坡施工的放样测量。

3.2 隧道开挖

（1）开挖方法与进尺控制。隧道进出口的开挖方法均采用正台阶法。上部台阶长为5m，先对上半段面施工并做好支护工作，使用风钻进行钻孔，下部开挖使用钻孔台架风钻进行钻眼，两者每循环进尺不超过1m。遇到Ⅲ级围岩开挖则采用全断面法，钻眼使用液压凿岩台车，循环进尺控制在3m以内；（2）爆破作业。该段工程使用非电导爆系统。每个钻孔区域由专人负责，装药也由专门的爆破技术人员负责。在这一过程中，技术人员必须对爆破技术非常熟练，能够正确使用炸药的用量以及雷管的段数。在钻孔之前要确定开挖断面的中线以及水平轮廓，钻孔要以“准、平、直、齐”为标准并满足相关精度要求（各孔误差均已不超过3cm为准）。完成钻孔以后对符合标准的孔填装炸药，不符合标准的应重新钻孔方可开始装药爆破。在填装炸药前要将炮孔清理干净，以免爆破受到其他物质的影响。隧道进出口根据设计做好相关加固工作后，Ⅴ级围岩使用微台阶法开挖，锚、喷、网及型钢支护。待开挖完毕初喷混凝土4cm厚度，然后布设锚杆及挂网，最后架立钢架并喷射15cm厚的混凝土，尤其是钢架处要加厚喷层，确保钢架稳定和整体受力。

3.3 支护作业

支护作业是隧道施工中的重要环节，其中分两次喷射混凝土，每完成一次爆破要及时清理围岩并采用湿喷机开展初喷作业，在最短的时间内将开挖面封闭以防止围岩变形。下一步是出碴作业，出碴完成后是钻爆车进场，要先对锚杆进行钻孔，锚杆钻孔的深度误差控制在20cm内。然后针对出喷不合格的地方进行混凝土补喷，新喷混凝土要根据要求进行洒水维护。需要注意的是在Ⅴ级围岩地段安装锚杆时也要安装钢型钢架，以此确保隧道施工的安全与质量。支护作业应遵照工程施工标准实施，相关人员负责全程监控与指导。

3.4 隧道衬砌

该隧道的衬砌形式是整体式衬砌，所以使用衬砌台车对拱墙一次衬砌。衬砌模型使用样式简单接缝严密的金属大模板。根据设计制作定挡头板。灌注则使用混凝土输送泵。施工当中，拱墙两侧同时进行灌注，两侧高度误差控制在1m内。隧道Ⅴ级围岩需要考虑防震因素，所以全断面衬砌要使用钢筋混凝土，其他位置可以使用素混凝土。钢筋的安装与使用要按照设计和标准严格实施，另外还需要注意以下三点：（1）低温混凝土配合比和用量都要符合设计与施工标准；（2）隧道基底的虚碴、积水和杂质必须及时清理干净，尤其是混凝土不得导入积水基坑；（3）达到一定时间后拆除模板，对衬砌进行养护，养护时间为两周。

3.5 隧道防排水

第一，洞内施工排水。因为采用的是仰拱，所以要在洞内集水坑然后将水汇入到这些坑内，最后采用泥浆泵将水排到洞外。

第二，隧道防排水。使用多种防排方案，实现“防、排、堵、截”相结合。其中防水板的施工技术如下：（1）安装防水板之前要安装好软式透水管盲沟。检查防水板的质量，禁止将有色变、刀痕、小孔等问题的防水板带入施工场地。在防水板边缘10cm处做搭接线记号，边墙、拱部分段铺设防水板，在拱部画出中心线，卷起备用。然后接通电源，切割钢丝网露头做好各项材料的准备工作。（2）固定防水板。铺设防水板时，拱部防水板的中线要与隧道中线重合，在防水板边缘5cm处开始锚定，间距0.5m，板边固定点距边缘5cm，间距为1m，以此向下展开。（3）以搭接宽度10cm为标准黏接防水板接缝。黏缝若不符合质量要求要及时修补。

3.6 隧道监控量测要点

在施工中，除了高效发挥以上施工技术，监控量测作为隧道施工中的重要组成部分，其作用是非常巨大的。因此根据隧道设计，进行监控量测要注意以下九点：（1）监控量测贯穿整个隧道施工过程。主要是通过收集测量数据以及分析结果掌握各项施工技术的可行性，从而起到预防施工风险以及保证施工质量的作用；（2）在施工前，对承包商进行控制点复测与审核，尤其是周边收敛、位移量测、拱顶下沉量测、锚杆内力抗拔、掌子面地质素描等；（3）明洞工程开挖前，要测量放线及仰坡顶截水沟和洞口段的排水系统检验合格后才能实施。开挖之后尺寸与边仰坡坡率要实现设计要求；（4）洞身开挖中必须严格对爆破设计进行监控，尤其是岩石最小抵抗线及周边眼间距的测量以及起爆位置的确定要进行严格控制；（5）隧道开挖遇到煤层时，应严格测量瓦斯浓度，并防止煤层瓦斯逸入坑道；（6）严格控制超欠挖，采用激光断面仪测量净空断面，每隔5～10m检测一个断面，当发现超欠挖时立即调整钻爆参数；（7）隧道初期支护的监控量测必须根据设计标准做好锚杆支护、钢筋网支护、喷射混凝土支护等技术的监控量测，其中喷射砼施工中对喷射距离、角度要进行严格测量和控制；（8）隧道二次衬砌要以砼强度、厚度、钢拱架间距、空洞情况的检测作为监控量测的重点；（9）隧道防排水监控量测中，洞内顺坡排水的坡度与线路坡度要一致，此外要加强防水板的监控量测。

4 结语

随着社会经济的进步，公路隧道在设计及施工和运营管理方面都日益成熟，但是与此同时，新技术、新材料以及新工艺的研究与应用也层出不穷，使得设计与施工在一定程度上难以同步发展，所以为了有效解决这一问题，在今后的公路建设中需要不断地完善与改进。本文针对福建某公路隧道建设进行了分析，希望能够为公路隧道的建设起到积极的促进作用。

参考文献

[1] 赵辉雄.偏压连拱隧道设计、施工技术与结构优化[D].同济大学，2007.

[2] 罗鹏.石羊岭隧道设计施工技术研究[D].长安大学，2014.

[3] 马建，孙守增，赵文义等.中国隧道工程学术研究综述·2015[J].中国公路学报，2015，（5）.

作者简介：田永志（1978-），男，河南平舆人，厦门合诚水运工程监理有限公司中级工程师，研究方向：工程建设施工监理。

（责任编辑：王 波）