公路隧道洞身开挖施工质量控制方法分析

摘  要：随着经济社会的进步，我国基础建设工程迎来了发展高潮，高速公路工程是推动经济发展的重要组成部分，而公路隧道洞身开挖工程是高速公路工程的重要组成部分，但是此工程会受到多种因素的影响而出现质量问题。本文在某工程实际情况的基础之上，分析了公路隧道洞身开挖施工工艺的实际情况。

关键词：公路隧道;洞身开挖;质量控制

中图分类号：U455.71                                                 文献标识码：A                                                 DOI：10.12296/j.2096-3475.2021.07.114

洞身开挖工程是现代公路工程的关键环节之一，也是保障现代公路隐蔽性的关键所在，此工程的特点是风险高、工程量大，因此其质量将直接对整个公路工程的安全性产生影響，所以必须保障其施工工艺，为公路工程的完整性和实用性做贡献。受到多种因素的影响，洞身开挖工程有许多工艺方法，包括CD/CRD 法、上下台阶法、全断面开挖法等，各个施工工艺的原则都是顺应地质条件的实际情况，顺利完成洞身开挖工程。

一、洞身开挖质量控制理论概述

1.新奥法

钻爆法是在新奥法的基础上发展而来的，其已经成为山岭隧道施工最常使用的方法之一，新奥法的开发方式主要包括临时仰拱法、中隔墙法、台阶法全断面法、侧壁导坑法等，具体包括：Ⅲ级围岩和隧道使用全断面法、Ⅳ级围岩使用台阶法、Ⅴ级围岩使用短台阶法、环形开挖留核心土法和三台阶临时仰拱法等。不同的开发方式主要针对的是保障地表下陷量、保证隧道安全和维持围岩的天然承载力。

2.全面质量管理理论

目前，针对现代交通工程所开展的项目管理主要重视的是项目的质量管理与控制质量问题，是决定工程建设最终效果的关键所在，与工程的投资效益、实际进度、社会效益、经济效益等多个方面都密切相关，增强工程质量管理工作是解决我国工程事故频发的关键所在。随着我国经济社会的进步，公路数量越来越多，而针对山区道路问题，许多线性工程都采用了遇山开隧道的方法，隧道工程也因此成为了最常出现安全和质量问题的工程之一，所以近几年来我国提高道路安全性将关注点放置到提高隧道建设安全性身上。

3.爆破机理、光面爆破理论

在挖掘山岭隧道时我国工程团队首选的是光面爆破法，该方法是保障隧道质量安全的重点方法，由具有爆破资质的单位负责，单位依据该工程的开挖进尺、开挖断面、地质条件以及爆破器材等设计专门的爆破方案，该方案主要以钻爆参数为参考对象，单位依据围岩的情况及时调整爆破方案，并且始终遵循弱爆破和巡段进尺的原则，把爆破过程和机械开挖过程紧密结合在一起，对装药量、最小抵抗线和周边眼间距等关键参数进行严格控制。

二、公路隧道洞身开挖质量控制的难点分析

1.复杂地质

山区地质条件复杂，地形地貌多变，断裂结构交错纵横，而且内部地层岩性受风化作用的影响，破碎程度较大，在此基础之上，山区地区的水文条件也呈现复杂化。秦岭巴山和汉江谷地组由于板块活动剧烈，长期受到升降断裂和褶皱等活动影响，地区内沟谷密布、高差较大。大巴山是秦岭山的一部分，其中包含了多种地质情况，例如煤层、岩溶富水、断层和褶皱等，而且当地岩石主要是页岩、砂岩、泥岩、灰岩等，所以隧道施工时施工单位应该考虑到当地不良地质条件，例如瓦斯、断层和破碎带对施工产生的影响。

2.围岩等级

依据岩石强度和岩体的完整度围岩可以被划分为多个等级，在工程初始阶段，工程团队就会派出地质勘测组调查当地的地质资料，并且判断围岩的等级，该阶段的地质调查主要是通过地质测绘来完成，辅以辅助物探和钻探等方式，但是钻探数量较少，因此最终获取到的可靠数据范围较小，工程团队难以了解深部岩体和较大范围的地质情况，因此在工程施工时经常会出现对工程地质评价与实际情况不符的问题。

3.施工方法与工艺

在挖掘隧道时，工程团队应该尽可能保障同岩的稳定性，减少对围岩的人工干扰，并且依据当地的地质条件选择合适的开挖和掘进方法，尽可能提高掘进效率。选择开发和掘进方法时，工程团队既要考虑到围岩的地质情况，以及其可能产生的变化，维持围岩的稳定性，又应该认识到隧道内部岩石的坚硬程度，尽可能采用快速掘进的方法，降低对围岩的人工干扰。

4.环境保护要求

随着科技的进步和发展，人们越来越关注隧道施工产生的环境污染问题，保护环境是我国实现可持续发展的关键，在建设隧道时主要包括的环境问题有：有害气体排放、废水对地下水的影响、弃渣问题、施工噪声问题等。隧道弃渣会对环境产生持久的不利影响，在开挖隧道时经常会产生几万甚至几十万立方米的废气渣体，由于围岩性质不同，渣体的性质也存在差异，许多施工单位为节约成本，在施工时往往会随意倾倒废渣，例如将其倒入狭窄山沟当中，堵塞雨季泄洪道路，威胁周边居民的生命财产安全。

三、加强公路隧道洞身开挖质量控制的方法建议

1.采用适合的洞身开挖工艺

新奥法是隧道施工最常采用的方法之一，但针对地质条件的不同，新奥法包括了多种施工方法，具体方法如下：

①环状开挖留核心土法。该方法主要适用的是洞口处于Ⅴ级围岩的地质环境，该方法在保留核心土的情况下，挖掘环状台阶，上台阶长度为3～5米，在正式施工之前，施工团队会首先设置超前长管棚，保证现场的安全性，完成保护装置设置过程之后，工作人员首先挖掘洞身台阶部分，该过程主要借助机械设备辅以弱爆破，并且将废弃渣土利用自卸汽车，装载机和反铲等运出施工现场。

②双侧壁导坑法。在Ⅴ级围岩环境下，工程团队应该主要使用双侧壁导坑法开展挖掘过程，首先将隧道断面划分为4个部分：中部上断面，中部下断面，左侧壁导坑和右侧壁导坑，每部分都类似于椭圆形，将隧道断面划分为4部分后，可以尽可能减少对围岩的人工干扰，在施工时主要是用到挖掘，机岩眼机和风镐等，施工人员首先利用风镐和凿岩机处理地面，然后利用挖掘机开展挖掘工作，施工顺序主要是：开挖一侧导坑，并且进行初期支护，然后在距离3～5米处开挖另一侧道导坑，然后进行初期支护;挖掘中部上断面的核心土，进行初步支护;距离3～5米，在中部下断面挖掘台阶，完成初步支护过程之后，是出之全断面闭合，并且拆除临时的侧隔壁支护，然后在隧道中构建纵排水，二衬混凝土和隧道施工环等。

③CD 法。该方法主要被使用到Ⅳ级围岩地质环境下，利用CD4步法进行挖掘工作，工程团队首先应该将隧道分为上下左右4个部分，包括右侧导坑上半断面，右侧导坑下半断面，左侧导坑下半断面和左侧导坑上半断面，工程团队首先从隧道一侧开始挖掘，施工的同时做好临时中隔壁支护，然后对隧道另一边进行挖掘，施工时主要使用到的是挖掘机，凿岩机和风镐等，施工顺序是：首先从遂到某一侧挖掘导坑上半断面，然后建立包括中隔壁的初期临时支护，再进行同侧导坑下半断面的挖掘过程，同步完成初期支护;挖掘另一侧导坑的上半断面，做好初期临时支护，结束该过程后，挖掘同侧导坑的下半断面，做好初期支护，并完成全断面初支闭合工作，在拆除临时中隔墙后，工作人员需要浇筑仰拱混凝土，并且做好纵向排水，二衬混凝土和施工隧道环。

④台阶法。该方法都被使用在Ⅲ级围岩的地质环境情况下，主要使用了多功能作业台架，楔形掏槽，光面控制爆破，手持风钻钻孔等，台车钻锚杆孔，然后工作人员在当中安装锚杆，并且注漿喷湿混凝土，施工顺序主要是：挖掘上台阶并做好初期支护，间隔15～25米后挖掘下台阶做好初期支护，结束这两个过程后，做二衬混凝土，纵向排水和施工隧道环。

⑤全断面法。该方法主要适用于Ⅱ级围岩条件，工作人员使用该方法时主要使用到的是，钻岩机，湿式喷混凝土，多功能钻孔台车，风动凿岩机等。施工顺序主要是，从全断面着手开展挖掘过程，并做好初期支护工作，完成这两个步骤后做好二层混凝土，纵向排水和施做环。

2.设计好爆破流程

炸药爆破方法依旧是隧道挖掘工作最常使用的方法，炸药爆破时释放出来的能量可以轻易的破碎大型岩石，但是由于隧道断裂带较大，地质条件复杂且质量要求较高，因此在使用爆破法进行隧道挖掘过程时，工作人员应该尽可能降低对围岩的损害程度，在隧道爆破的特点基础之上，光面爆破技术应运而生，并且被广泛使用到隧道建设过程中。

19世纪50年代，光面爆破技术出现在隧道爆破工作当中，是一种控制开挖轮廓的爆破技术，该技术要求工作人员首先依据预定的轮廓线安排平行炮孔，然后利用不耦合装药技术，将炸药放置到炮孔内，炮孔是爆破孔又是导向孔，不耦合装药可以尽可能减少孔壁在爆破时遭受的压力，降低围岩的损害程度，因此该爆破方法也被命名为光面爆破。

3.依托综合超前地质预报

开掘隧道时受到多种因素的影响，工作人员可能需要采用超前地质预报方法，包括超前钻孔发红外探水法，地质雷达法和TSP法，了解当地的实际地质情况，查明不良地质体的空间布局和具体规模，为下一步工作制定计划提供基础，保障隧道开掘工作的顺利进行。 设计图纸要求隧道挖掘工作应该至少进行到断层破碎带之前。工作人员可以利用TSP超前地质预报法，判断前方100米范围内的围岩情况，利用地质雷达探测法，了解25米范围内的地质情况，然后使用超前水平探孔法对采集到的结果进行审核，结束该过程之后，将综合上述集中手段的探测结果和地质情况描述以及对前方围岩的综合判定提交给设计人员，帮助其完成下一步挖掘计划的设定，同时工作人员还应该了解红外探水仪和探水孔检测到的结果，判断前方破碎带当中是否含有水源。

四、结论

文章首先介绍了公路隧道洞身开挖常见施工工艺，然后结合具体工程实例分析了施工过程中如何处理不良地质和施工排水问题的举措。

参考文献：

[1]李小座.公路隧道主要施工技术及质量控制[J].砖瓦，2020（12）：196-197.

[2]龙晓荣，徐国卫，杨爽.软弱围岩隧道洞身开挖施工技术研究[J].四川建材，2020，46（07）：150-151.

作者简介：卢宇明（1985.9-），男，瑶族，广西桂林人，硕士研究生，讲师，研究方向：岩土工程与地质工程防灾减灾方向。

（桂林航天工业学院  广西桂林  541000）