高速公路隧道施工技术与质量控制策略

李建荣

摘要：文章介绍了高速公路隧道的施工特性，分析了当前隧道施工中存在的主要问题，总结了现阶段隧道施工运用的相关技术，并对隧道施工质量控制要点进行探讨，以期推动高速公路隧道的高效施工。

关键词：高速公路隧道;施工技术;质量控制

0 引言

高速公路为国民经济的健康可持续发展贡献了强有力的交通保障，其工程施工一般都有较大难度，特别是遇到特殊的山区地形地貌，有必要考虑加强隧道设计与施工的质量，对施工技术的要求较高。只有积极优化施工技术，不断提升施工质量，才能保障隧道工程的安全性，推进全路段的标准化施工。因此，探讨高速公路隧道施工技术与质量控制策略，具有非常重要的意义。

1 工程项目概况

柳州经合山至南宁高速公路位于广西壮族自治区柳州市辖柳江区，来宾市辖忻城县、合山市、兴宾区，南宁市辖上林县、宾阳县、武鸣区和兴宁区境内，是《广西高速公路网规划修编（2010-2020）》“六横七纵八支线”高速公路网中“七纵”桂林-柳州-南宁公路的重要组成部分。项目起于柳州市洛满镇附近，接三江至柳州高速公路，向南经里高、思练、果遂、合山、三里、澄泰、巷贤、思陇、昆仑，终于南宁市五塘镇，接南宁外环高速公路，路线全长200.019 km，同步建设8条连接线113.258 km。项目主线按四车道高速公路标准修建，沥青混凝土路面，设计速度为120 km/h，路基段宽为26.5 m，全线设置洛满西、土博、里高、忻城、思练、合山、平阳、龙联、上林东、宾阳西、思陇西、昆仑、五塘互通式立交13处，其中洛满西、思练（预留）、龙联、思陇西、五塘5处互通为枢纽互通;设置服务区4处、监控分中心2处、收费站9处（含五塘枢纽互通收费站改扩建1处），并设置其他交通工程及沿线设施。本文就是对该高速公路11标段隧道施工技术与质量控制策略进行分析。

2 高速公路隧道的施工特性

新柳南11标段隧道属低山丘陵地貌，地形起伏较大，沟谷较发育。拟建隧道穿越低山丘陵山脊山谷，地面高程为259.31～764.59 m，相对高差约为505.2 m。隧道两端丘谷较发育。隧道地表由残坡积层覆盖，植被较发育，主要为杉木等经济林木，局部地段见基岩及崩坡积岩块出露。特殊性岩土主要为花岗岩残积土。花岗岩残积土内多分布有球状风化体，且土体粗粒含量较多，结构疏松，裂隙发育，力学性质受水的影响显著。边坡的抗冲蚀能力较弱，不仅水土流失严重，且施工特性鲜明。

（1）难度偏高。高速公路隧道主要是在山体中开凿隧洞并纵向挖掘，因此山体的地质结构等方面存在很多足以影响施工进度与效果的不确定因素。隧洞的设计宽度确定后，工程的施工空间受到限制，很多高速公路常用大型机械设备的调度应用效率有所降低，施工过程可能遭受涌水、冒顶、坍塌、突泥、岩溶等灾害风险，不利于整个工程施工建设。

（2）环境复杂。高速公路隧道的施工必须全面考察周围岩体结构、地质条件、地形地貌、水文资源、温度差异等环境要素，施工所处环境具有动态变化性，因此表现得较为复杂。隧道工程施工的繁琐工序与复杂工艺使得交叉施工的概率加大，存在一定的安全隐患。

（3）安全事故隐患大。高速公路隧道施工过程中的事故发生概率较高，安全隐患是不容忽视的现实问题。施工中很多不确定的因素会增加事故概率，而事故频发的另一主要原因在于施工过程未完全按章操作，同时全过程管理的效能不高，不同工序之间的衔接过度不畅，都可能导致施工事故形成。

（4）项目隐蔽。高速公路隧道工程施工中，往往习惯先完成前道工序，再开展后道工序，因而产生一定的隐蔽子项目，这些隐蔽项目的施工质量会对整个工程施工质量形成影响，需要引起重视。

（5）方案差异。高速公路的隧道工程施工，要求紧密结合现场实际状况来组织设计和施工。当岩况出现变化时，需要对设计方案进行必要的调整，并指导施工技术方案完成相应调整。这就使得隧道工程施工的方案存在差异性，要求实时掌握施工进度和实际地质条件修正方案。

3 现阶段高速公路隧道施工存在的主要问题

3.1 隧道施工的支护问题

高速公路的隧道施工中，顶帮支护是重要的施工内容。要在隧洞纵深开挖中及时对围岩进行支护，若未按操作规程或技术规范实施支护，则会遗留安全质量隐患。隧道围岩支护要确保闭合成环以构建稳定的承力结构。在一些隧道工程中，若采用台阶式开挖手段，可能拉大纵向台阶距，不利于支护的闭合成环，支护强度达不到要求，支护结构稳定性减弱，围岩脱离初期支护结构的可能性较大，最终形成拱脚悬空或拱顶空洞等施工质量问题。

3.2 隧道施工的开挖问题

高速公路隧道需持续有序地进行开挖，若施工者不注意现场围岩变化情况，未认真判断围岩性质去调整爆破参数，就会偏离爆破开挖预设值，无法准确满足设计标准，形成超欠挖等严重质量问题。

3.3 隧道施工的防水问题

高速公路隧道施工全过程都需要处理好防水问题。若未准确监测监控围岩渗水量，防水操作中没有设计针对性的施工措施，是不利于整个工程的安全施工的。一些隧道施工工程所应用的防水材料质量不达标，在材料的存放、使用等方面没有保持科学规范的态度，也会给工程施工质量带来更多不可预知的风险隐患。

4 高速公路隧道施工的主要应用技术

4.1 洞口周邊及明洞施工技术

隧道洞口按照设计要求开挖的边坡、仰坡等结构，要抓好水土保持工作，开挖完毕后即刻组织地表复原，所有操作应按照环保标准要求进行。隧道洞口岩体或土方的开挖与支护等施工作业要充分考虑对围岩造成的扰动性，若计划启用爆破手段，则需要控制好爆破范围，降低炸药用量。洞口的边坡支护施工要有统筹意识，既要考虑施工安全性、进度与质量，又要考虑未来投入运营阶段的安全性及环保影响。隧道洞门的设计与施工要优先于隧道主体工程开挖施工，应同步完成洞门工程以及周边排水设施的施工作业。对隧道明洞段的施工，要求通过技术手段明确掌握地形地貌特征与地质岩土层条件后再组织开挖，要科学计算边坡及仰坡角度，开挖作业要与支护施工同步开展，期间加强对坡体稳定性的监测监控。

4.2 隧洞主体开挖施工技术

高速公路隧道工程的施工中，洞身主体的开挖周期较长，施工技术应用要求多。可以选择环形开挖预留核心土法、全断面法、双侧壁导坑法、台阶法、单侧壁导坑法、中导洞法的技术工艺要求组织作业。每一种施工方法的技术工艺要求都有侧重点，如台阶法多应用于中小跨度隧道施工，围岩等级为Ⅲ到Ⅴ级，若围岩等级达到Ⅵ级，则应率先进行预加固处理后再组织台阶式开挖作业。一般来说，单车道隧道宜采用二台阶法;地质结构稳定的双车道隧道同样宜应用二台阶法;洞身断面大或单层台阶断面大的隧道宜采用三台阶法。通常结合实际工程施工情况总结可知，围岩等级为Ⅱ、Ⅲ级的隧道适宜采用二台阶法，此法可降低一次性开挖断面积，因此提高了施工进度，增加了施工安全性。三台阶法的台阶长度一般大于隧道开发跨度，达到后者的2倍左右，此法扩大了拱部开挖面，可抑制爆破夹制作用，利于光面开挖，且可增加支护闭合成功率。

4.3 锚杆支护施工技术

高速公路隧道施工要加强锚杆支护施工技术应用，必须引起所有技术人员和施工人员的高度重视。施工者应尽早尽快熟悉设计图纸，对设计要点进行梳理，按照设计图纸完成放样，标识清楚支护施工区域的典型位置，点位标识后开展钻孔作业。钻孔要及时清理岩层粉末、铁锈等杂质，在孔洞内插入锚杆后要达到预紧力要求，并在封堵钻孔口处及时灌浆，确保锚杆与围岩实现整体加固。锚杆支护过程中，技术人员要认真完成预紧力检测，确保锚杆的牢固性、稳定性达标，且有较强的抗拉拔能力。在具体支护过程中，还要随时掌握围岩特性，对特殊条件位置使用不同功能的锚杆，如锤击式、自进式、管缝式锚杆等，确保整体加固效果。

4.4 混凝土锚喷施工技术

高速公路隧道施工中，围岩支护后要及时组织混凝土喷射。从实际应用看，锚喷技术分湿喷、潮喷、干喷三类，其中湿喷的技术优越性较为突出，有利于增强混凝土喷射的粘结性，实际应用范围广泛。湿喷喷射厚度应在0.1 m以上，一般要参考钢筋埋置距离，要均匀严实，可表现出较弱回弹力，增加围岩支护质量。应用混凝土锚喷施工技术要注意：（1）结合现场实况选定好喷射机类型，注重喷射的均匀效果，且要达到连续性及密封性标准;（2）结合作业需求选定好喷射方法，要密切关注环境条件的变化动态选择喷射技术与方法;（3）不能过于依赖速凝剂的粘结作用，而应科学配置混合料，提升混凝土自身性能。混凝土的潮喷施工技术有优于干喷的经济性优势，可改善隧道施工环境，控制速凝剂用量，利于压缩施工成本。在喷锚作业结束后，技术人员要跟进检测施工强度、喷射厚度，并检查是否存在空洞鼓包，发现问题应采取相应的技术进行处理。

4.5 二次衬砌施工技术

高速公路隧道工程施工常常为增加表面装饰效果而运用二次衬砌施工技术，此技术应用还可增加工程安全性，有效承受围岩外部水压、蠕变压力、膨胀性地压或其他浅层荷载等压力。二次衬砌施工技术要在定型模板台车的应用下实施，现阶段多使用较为先进的整体移动式模板台车、全断面液压衬砌台车（如图1所示），一方面可减少立模时间，另一方面可完成墙拱连续浇筑，从而提升了施工速度，是较先进的模板设备。二次衬砌施工多采用从下而上的顺序，先墙后拱，均衡对称分层完成浇筑，最大程度确保混凝土体衬砌获得高效质量。

4.6 隧道整体防排水技术

高速公路隧道施工的防排水工作是贯穿于整个施工过程的，一般宜采用“防、排、堵、截”等技术手段，不同的技术手段可相互配合，因地制宜，按照现场施工作业需求完成防排水的综合治理。隧道防排水系统的科学建设，可有效增强隧道结构稳定性，并确保隧道投入营运后的行车安全。具体施工时，隧道洞口施工完成后，要建立畅通可靠的辅助坑道排水系统，增加对地表水的排放。增加有效防水层的铺设面积与范围，达到良好的防水效果。在“堵”的技术施工方面，要重视地下水层的隔离，可采用超前小导管预注浆、围岩预注浆等技术手段。在实际的防排水施工中，还可以在现场周边凿眼打井来降低地下水位。

4.7 超前地质预报技术

超前地质预报技术主要是指通过在施工过程中应用先进探测设备和技术手段加强预报隧道作业进度，掌握异常情况，以便调整施工方案，控制施工进度，降低施工风险隐患，强化施工异常问题的处理。高速公路的隧道施工容易受到围岩性质与地质条件等复杂因素的影响，因此需要广泛开展超前地质预报，通过技术的优化可最大程度提供安全施工保障。隧道工程所采用的超前地质预报技术主要有接触机械钻探、电磁探测、红外线探测、直流电探测、高密度电探等手段，其中直流电探测适用于隧道两帮含水构造探测，高密度电探可探测地质界线以及特殊的岩溶环境。随着超前地质预报技术的发展，隧道施工可能受到的未知影响将得到预判识别与控制，是提升施工安全效率的重要保障。

4.8 隧道钻爆施工技术

高速公路的隧道施工为保障工期进度，常启用钻爆施工技术。此技术运用中，首先应结合现场工况选定钻爆方法。不同的地质结构所要求的施爆强度并不一致，坚持制定合理的钻爆方案，才能为整体施工提供可靠的安全质量保障。通常，隧道工程的钻爆施工具备一定的技术流程，如图2所示。当前，隧道钻爆施工技术组织多选用硝铵炸药，炸药用量、装设时间都有严格的技术规范，爆破的最終目的是保障工程结构的安全稳定，降低后期施工出现安全事故的可能性。

5 高速公路隧道施工的质量控制策略要点

5.1 逐步完善施工工艺

高速公路隧道施工必须要着眼于不断增强施工质量，扩大工程建设效益，因此要注重通过完善施工工艺，改进施工流程等措施提高质量控制效果。技术人员要积极学习和借鉴当前国内和国外的先进施工技术及工艺，要注重总结不同地质结构和围岩条件下的隧道施工工艺，形成一定的标准化施工体系。施工人员应主动增强自我见识，不断补充学习新的施工技术工艺，不仅要能够采用先拱后墙施工方法完成施工，还应将台阶法等诸多先进的施工工艺应用在实际施工中，为有效强化施工稳定性，增强施工安全性，控制施工成本提供更多的保障。

5.2 有效增强材料监管

施工材料是完成工程项目的基础保障。施工材料在选购阶段就应坚持与具备良好资质的厂商进行合作，按照施工需求选购材料。在材料进场前，技术人员要采取必要的检测手段完成材料抽检，及时清除不合格产品，保障进场材料的高质量。施工阶段，相关负责人员应周期性做好材料存放地的巡查，注意防火、防潮、防盗，提高安全性。特别是对于隧道钻爆施工所用的炸药品，必须安排专人实施定点管理，确保炸药品存放环境的安全干燥，杜绝出现受潮隐患或引爆事故。

5.3 科学规范设备监管

高速公路隧道施工现场会应用大量的机械设施设备，因此增强对机械设备的监管也十分必要。管理人员要制定并严格执行好设备管理制度，对每日运行的机械设备进行编号登记，记录必要的调度轨迹，避免设备长期闲置受损，同时也应避免机械设备超负荷超时限运作。设备维保人员要肩负维保使命，及时对机械设备进行保养，对可能出现的故障隐患做好预判，提前更换异常零部件，及时维修受损位置，避免施工机械设备的安全隐患。

5.4 精准实施人员监管

高速公路隧道工程项目组应注重组织所有参与人员的培训教育，首先应加强管理人员管理理念与技能的培训，巩固管理者的安全责任意识，训练提升应急处置能力。其次应加强施工人员施工安全培训和技术工艺培训，确保施工现场营造浓厚的安全作业氛围，坚持按章操作，积极保障施工质量。

5.5 全面推进安全管理

高速公路隧道施工质量的前提保障是安全，抓好了安全管理，才能赢得更多的质量与效益。因此，施工现场必须坚持开展安全标准化管理，规范人的操作行为，严格要求佩戴安全帽等个人防护用品，并控制机、物的合理应用。对于工程中涉及的电缆线路、通风管道、运输以及行人通道等，应建立统一的规划管理模式。在隧道洞口内外的醒目区域，均应有效张贴宣传标语，明示警示标志，设置安全格挡或栅栏。洞口附近设值班点，对进出人员实施全员登记。

6 结语

高速公路隧道施工会面临诸多复杂的影响因素，因此需要注重加强技术的研究优化，并做好施工质量控制。随着施工实践的不断增多，将会有更多适用性强的施工技术应用于隧道施工。而施工中注意逐步完善施工工艺，有效增強材料监管，科学规范设备监管，精准实施人员监管，全面推进安全管理，将有助于实现隧道施工质量的提升。

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