距挢建设 ＬｕＱｉａｏ Ｊｉａｎ Ｓｈｅ 建筑与发展 Ｊｉａｎ ＺｈｕＹｕ Ｆａ Ｚｈａｎ ・３７－ 公路隧道施工与勘察设计 张朝清 云南第一公路桥梁工程有限公司 【摘要】为了适应国民经济发展，我国高等级公路建设已从平原地区向山岭重丘区延伸，公路隧道建设规模越来越大，同时也将面临隧道 管理和维护问题。虽然取得了一些成绩，但与国外同类先进技术相比，还存在相当的差距，需要深入研究。本文对公路隧道施工方法与，贯通控 制测量与勘察、设计，等进行了介绍，并对掘进机法、盾构法和沉埋管段法等现代隧道修建方法的运用和技术进行了论述。 【关键词】公路隧道；勘察；设计 １隧道勘察设计 １．１隧道勘测 前期踏勘为确定隧道位置、隧道类型、施工方案、环保和后期维 护等提供技术依据，要对隧道所在地区的地貌、地质状况，以及地下 水分布情况和水量等水文资料进行勘测。 在隧道预设段落进行地质钻探调查过程中，须了解区域内周岩的 类别。围岩对隧道整体稳定性、使用寿命和设计施工方案有决定性影 响，可依据围岩的综合强度来选择隧道设计方案与施工方法。 １．２隧道选线 隧道位置的选择，直接决定了建设项目类型、工程造价、以及通 车后的养护与安全运营。因此，在踏勘测量时，结合路线的基本走向， 在深入调查的基础上，深入研究，权衡轻重。决定取舍。方案应综合 考虑政治、经济、国防、环保及工程造价等因素进行论证，加以比选。 通常当路线开挖深度超过３０ｍ时，就应进行隧道与深度开挖方案的比 较。论证阶段不仅需考虑施工难度和施工成本，同时还需兼顾建成后 运营及维护成本。 隧道平面线形设计应与隧址两端路线线形相一致。在隧道起点、 终点和中间控制点之间按选线原则找出本着路线最短，成本最低的通 过点，将隧道作为一个基础控制点，发挥隧道线形在总体布线中的重 要作用。在各控制点之间反复穿线、插点，结合具体地形地貌条件综 合考虑平、纵、横三方面的合理安排，确定道路巾线的位置，尽量避 免高边坡的出现。 确定隧址主要是要考虑地质条件，洞口位置，隧道长度。地质条 件对隧址的选择起决定性的作用，只要地质条件较好，隧道加长也是 可以的，隧道应按照“顾全大局，兼顾两头，能长则长”的原则确定 隧道的长度。隧道能较好地解决克服高程、缩短路线长度、减少洞口 两端接线的桥梁和路基规模。 要根据线路标准、地形、地质等条件选定隧道位置和长度。选线 应作多种方案的比较。长隧道要考虑辅助坑道和运营通风的设置。洞 １２１位置的选择要依据地质情况。考虑边坡和仰坡的稳定，避免塌方。 １．３纵断面设计 沿隧道中线的纵向坡度要服从线路设计的限制坡度。纵坡形状以单 坡和人字坡居多，单坡有利于争取高程，人字坡便于施工排水和出碴。 隧道的平纵线形应顺应地形与隧道前后衔接的道路整体线形及当 地环境景观协调一致。并考虑地质条件及场地对施工难易程度的影响。 隧道避免设置平曲线的主要原因是线形和通风，当受地形、地质条件 限制时宜采用不设超高的平曲线半径。实际上当采用大半径曲线时， 对中短隧道的通风不会造成大的影响。 １．４横断面设计 隧道横断面由车道、左侧侧向宽度、右侧侧向宽度、检修道（或 人行道或余宽）组成。 隧道横断面即衬砌内轮廓，是根据不侵入隧道建筑限界而制定的 （隧道标准净宽横断面见图１）。 １．５辅助坑道设计 辅助坑道有斜井、竖井、平行导坑及横洞四种。斜井是在中线附 近的山上有利地点开凿的斜向正洞的坑道。斜井倾角一般在１８０—２７。 之间，采用卷扬机提升。斜井断面一般为长方形，面积约为８ １４ｍ 。 ｆ ————————Ｊ垡盟—————— 圈１ 隧道标准净宽横断面图 竖井是由山顶中线附近垂直开挖的坑道，通向正洞。其平面位置可在 铁路中线上或在中线的一侧（距中线约２０ｍ）。竖井断面多为圆形，内 径约为４．５—６．Ｏｍ。平行导坑是距隧道中线１７～２５ｍ开挖的平行小坑 道，以斜向通道与隧道连接，亦可作将来扩建为第二线的导洞。 此外，隧道设计还包括洞门设计，以及开挖方法和衬砌类型的选 择等。 ２隧道施工 ２．１隧道掘进 隧道开挖是隧道施工的重中之重。工程的质量、进度、安全、效 益等无不与之密切相关，开挖符合要求，支护才有一个顺利的保证基 础。开挖方式可分为手掘式、半机械式及机械式。按挡土形式分敞开 式，也叫明挖，其开挖面从隧道外能直接看得到。这种方式多用于浅 埋隧道或城市铁路隧道；密闭式，不能直接看到开挖面，只能靠各种 装置而间接地掌握开挖面，适用于通过高山的隧道。 ２．１．１超前地质预报 开挖遇到最大困难是隧道围岩、地质构造、渗水等情况复杂多变， 很难完全了解。为了及时掌握变化的情况，指导施工，就要重视测量 和地质超前预报。在隧道开挖过程中，每前进ｌｍ都有可能出现新情况。 所以超前预报就显得尤为重要，目前我们能够采用的地质超前预报手 段有：打超前探孔法，地震波法和超声波探测法，也可以借鉴有经验 的地质专家根据地貌特征，掌子面岩石产状，地质构造特征对前方地 质情况的判断。 ２．１．２中线及高程控制 在隧道进行中线测量以前。就要考虑将来隧道打通后的偏差数值。 根据隧道的长度和平面形状，在地形图上先行布置测点的位置和预计 的贯通点，并在平面图上量出必要的尺寸，再根据规范规定的极限误 差试算出测角和量距的必要精度，然后进行测量。这个过程叫做测量 设计或叫做隧道贯通误差的预计４ｋｍ以下的隧道中线贯通极限误差为 ±ｌＯＯｍｍ；４—８ｋｍ的隧道中线贯通极限误差为±１５０ｍｍ。 隧道高程数据的准确对控制建设规模至关重要，短隧道应用普通 水平仪，长隧道应用精密水平仪即能保证需要达到的精度。高程贯通 极限误差为±５０ｍｍ。 在隧道掘进过程中，及时对工程进行推进控制测量。通过控制测 量，以测定隧道的纵向坡度、方向偏离等，来获悉隧道的掘进状态。 ２．１＿３掘进方式 全断面开挖法和分部开挖法是钻爆法开挖常用的方法，但隧道施 建筑与发展 ・路桥建设 ＬｕＱｉａｏ Ｊｉａｎ Ｓｈｅ ３８・ Ｊｉａｎ ＺｈｏＹｏ ＦａＺｈａｎ Ｔ很复杂，时常遇到各种困难情况，如大断层、流沙、膨胀地层、溶 洞、大量涌水等，尚需采取相应措施。 盾构法是采用盾构作为施Ｔ机具的隧道施工方法。松软地质多采 用盾构法开挖。盾构是一种圆形钢结构开挖机械，其前端为切口环， 中问为支撑环，后端为盾尾。开挖时。切口环首先切入地层并能掩护 Ｔ人安全地Ｔ作；支撑环是承受荷载的主要部分，其中安设多台推进 盾构的千斤顶及其他机械；盾尾随着上述两部分前进，保护工人安装 铸铁管片或钢筋混凝土管片。盾构法适用于松软地层，施工安全，对 地层扰动少，控制围岩周边准确，极少超挖。 掘进机法是在整个隧道断面上，用连续掘进的联动机施工的方法。 普通型掘进机的前端是一个金属圆盘，以强大的旋转和推进力驱动旋 转，圆盘上装有数十把特制刀具，切割地层，圆盘周边装有若干铲斗 器装满土后，连续不断地作水平或垂直运转，从而将土提升装车运走。 ２．２隧道支护 隧道开挖后，为使围岩稳定，确保运营安全，需按一定轮廓尺寸 建造一层具有足够强度的支护结构，这种隧道支护结构称为隧道衬砌。 隧道洞身衬砌按新奥法原理，结合工程类比法设计。常用的衬砌种类 有就地灌注混凝土类、预制块拼装、喷锚或单喷混凝土、复合式衬砌。 ２．２．１复合式衬砌 复合式衬砌是在喷锚或单喷支护之后，再就地灌注一层混凝土， 形成喷锚支护同混凝土衬砌结合的复合式衬砌结构。如遇有水地段可 在两层支护间加挂一层塑料板或做其他防水层。 ２．２．２喷锚支护 在隧道工程中，喷锚支护有可能取代构件支撑。喷锚支护的主要 优点是支护及时，安全可靠，并能大量节约木材和钢材。欧洲一些国 家在较弱地层的大断面爆破后，采用长锚杆结合喷混凝土做支护，已 获得成功。中国亦曾在老黄土隧道开挖中使用喷锚支护。自喷锚支护 发展后，对较弱岩层也可进行全断面开挖，以全断面开挖取代分部开 挖。 在岩石地层中采用全断面开挖及喷混凝土衬砌，其质量好坏首先 取决于光面爆破。运用新奥法原理，考虑围岩自身承载能力，可在坑 道爆破后初期支护以喷，锚，网为主要支护手段，喷 昆凝土采用湿喷 工艺。Ｉ、Ⅱ、Ⅲ类围岩径向锚杆采用中空注浆锚杆，还增加了钢拱架 或格栅钢架支护。辅助措施为在Ｉ、Ⅱ类围岩采用大管棚或小导管注浆 超前预加固，ｌＩＩ类同岩采用超前锚杆预支护。为了抗震与防冻融，Ｉ、 Ⅱ类围岩段二次衬砌采用了带仰拱钢筋混凝土结构。 ３结语 将切割的碎石倾入皮带运输机，自后部运出。机身中部有数对可伸缩 的支撑机构，当刀具切割地层时。它先外伸撑紧在周同岩壁上，以平 衡强大的扭矩和推力。掘进机法的优点是对围岩扰动少，控制断面准 确，无超挖，速度快，操作人员少。优点是改善作业环境、减轻劳动 强度、提高推进速度、缩短工期；不足是造价较高、需要大量设备配 合、Ｔ作占地面积大。掘进机法施工对于短隧道或曲线半径小的隧道 不太适合。 ２．１．４开挖的出土方式 进行隧道开挖，就其出土而言，主要为隧道内的出土。当隧道较 长，为加快进度，也有在垂直于隧道轴线方向，设竖井出土。 在隧道轴线开挖时，出土方式：轨道式是隧道内常见的一种 土 方法，轨道车是用蓄电池电瓶车，操作方便，成本低，电瓶车常用载 重量在２～６ｔ之间，配线可为单线、复线及三线等；胶带式是用胶带 循环运转，能连续大量出土，费用低，工作方便，不足是不能运送材 料；装载车式就是用铲车装土，汽车运输，这样效率高，但１＝作面大， 废气排出多不利通风。 从竖井向外出土分为：抓斗方式，是在竖井内设一个土坑或土斗， 将开挖的土倒于斗内，再用抓斗抓上土提升出隧道出土；链盘提升机 方式，是在提升塔两侧，用循环链并在其上装置盘状装土容器，当容 隧道工程是公路工程建设中的重要组成部分。隧道设计施工相对 于路基工程、路面工程、桥涵工程来说有它的复杂性和特殊性：首先 在勘察设计阶段，要根据当地地质地貌特点，勘察设计工作务必力求 科学严谨、数据准确全面；在施工阶段，必须严格遵循施工规范及设 计方案，保证按图施工。同时加强施工管理，选择好先进、合理的施 工机具，做好工艺控制。 （上接第３５页） ＢＬ１后浇带浇注，必须同时上大量机械设备和人员，一次性投人大，施 工组织难度大。 替后，仅剩下亮岗特大桥四个施工单元之间连接的６个钢板连接器后 浇带，仅材料成本就节约１２４万元，若考虑施工成本，累计节约成本约 １５０万元。 ４．２＿３底座板连接浇筑后２４ｈ内温差不大于１２￣（２，必要时需对底座 板洒水降温。 实践证明：在满足锁定温度（２１℃）≤底座板温度≤锁定温度 ４．２＿４钢筋搭接后浇带的施工应采用早强、微膨胀的Ｃ５５高等级混 凝土，要求在底座锁定温度条件下，经２４ｈ快速硬化，抗拉强度应达到 其设计值的５０％以上，配合比的优化设计是施工中的一个重点，混凝 土的生产质量直接关系到工程质量；而钢板连接器后浇带采用Ｃ３０微 膨胀混凝土，与底座板同标号，对混凝土没有早强要求。 ４．２．５采用钢筋搭接后浇带时，对ＢＬ２后浇带浇注条件同ＢＬ１，但 没有温差不超过１２℃限制。 ５、结语 京沪四标十六工区亮岗特大桥全长１５．７６ｋｍ，底座板共分为四个 ＋１０ｑＣ（３１ｏＣ）的前提条件下，用钢筋搭接代替钢板连接器，大大节约 了材料成本，现场实施简单、易于操作，降低了施工难度，加快了施 工进度，且很好的保证了施工质量，较钢板连接器具有明显的优势。 参考文献： １．铁科技函【２００６】２４８号 ２．客运专线扣件系统暂行技术条件 ３．科技基【２００８】１７３号 ４．客运专线铁路ＣＲＴＳ ＩＴ型板式无砟轨道混凝土轨道板（有挡肩） 暂行技术条件 ５．京沪高京徐施轨修四Ｏ１ 施工单元，需设置２４８个钢板连接器后浇带。采用钢筋搭接后浇带代 （上接第３６页） 要将单根桩体灌注的时间控制在超过初凝时间１．５倍之内。 三、结束语 通过对重要环节进行严格控制以及采取改进的措施，把握施工的 要点，针对施工中出现的问题，采取相对应的措施，可以确保在高速 公路施工中钻孔灌注桩没有重大质量事故的产生，同时为了确保工程 的质量，要在施工过程中要始终坚持预防为主、防范结合的方式。 参考文献： ［１］王磊．公路桥基钻孔灌注桩技术探究［Ｊ】．世界家苑，２０１２，（２） ［２】武少华．高速公路施工中钻孔灌注桩技术分析 科技风，２０１０，（８） ［３］夏晓丽．钻孔灌注桩施工质量控制技术［Ｊ】．交通世界（建养机 械），２０１１，（７） ［４］王平．高速公路桥梁大直径钻孔灌注桩施工技术［Ｊ］．城市建设理 论研究（电子版），２０１１，（２３）
