论隧道施工中的关键要素

崔晋春

摘要：本文针对隧道工程地质条件复杂、施工管理困难的特点，详细地阐了隧道施工中的五大关键要素, 包括开挖、支护、通风、道路、衬砌, 以完善隧道施 工工艺, 更好地保证隧道施工的安全、质量和经济效益, 从而促进隧道工程的发展。

关键词：隧道施工；关键要素

Abstract: this article in view of the tunnel engineering geological conditions of the complex, construction management difficult characteristic, detailed explanation to the tunnel construction of the five key elements, including the excavation, support, ventilation, roads, lining, in order to perfect the tunnel engineering;, and to better ensure the safety of the tunnel construction, quality and economic benefit, so as to promote the development of tunnel engineering.

Keywords: tunnel construction; Key elements

中图分类号：U45文献标识码：A 文章编号：

引 言：随着国民经济的稳步发展, 我国的基础建设工程领域不断扩大, 特别是在近些年的土木建设工程中地下工程的比例居高不下, 并且向长、大隧道发展, 以避开不良地质, 缩短运距, 提高运力。总体来说, 地下工程的建设技术已日臻成熟, 新技术、新材料、新工艺、新设备的不断涌现为地下工程的建设提供了更为科学的保证措施。文中根据多年的施工经验及体会, 对隧道施工的关键要素提出一些看法, 以供参考。

1 隧道工程的关键要素

隧道施工的终极目的是“贯通”, 因此, 不论采取何种方案都局限在“凿岩出渣、衬砌”这个范围内, 施工方案确定后, 开挖、支护、通风、道路和衬砌等各工序工艺是否科学, 直接影响到施工的安全、质量和经济效益。

1. 1 开挖

1. 1. 1 T BM刀具的破岩机理

滚刀在刀盘上以一定的刀间距分布, 掘进时刀盘在驱动装置的带动下匀速旋转, 同时启动推进油缸使滚刀以一定的力作用在开挖面的岩面上。滚刀随刀盘的旋转在岩石摩擦作用下在开挖面滚动, 当滚刀作用在岩石上的压力大于岩石的强度时, 岩石被破坏剥落。岩石在滚刀正应力破坏的同时刀刃沿部分的岩石在应变时产生龟裂, 刀盘进一步顶压, 使得滚刀更加深入岩层, 从而在岩层表面部分产生张力, 导致龟裂向更深更远处进一步的增加, 使相邻刀具作用轨迹之间的岩石剥落, 从而实现T BM 的开挖掘进。

1. 1. 2 盾构的工作原理

现在较常用的盾构为组合盾构, 其特点是自身能前进, 不需要以衬砌环作后座, 不用支配式的衬砌管片, 可以用现浇的钢筋混凝土衬砌。它吸取了自进和任意组合灵活性好的优点, 克服了体积大、推进较难等缺点。它的工作原理是: 滑动护板宽约( 坑道的横向) 0. 8 m~ 1. 2 m, 长约( 坑道的纵向) 7 m, 与护板座组合成基本单元体, 护板与护板座只能前后伸缩滑动, 根据坑道的形状和大小的需要沿着坑道边界布置, 护板座连成一个整体, 组成为滑动护板自进盾构体。它是通过每个滑动护板逐个前进而向前推进, 当全部护板前进完毕后, 再将护板座拉向前进, 至此使整个滑动护板盾构体前进一个进程。在它的保护下前部可以挖土并将土运走, 而掘进后的尾部空间, 此时滑动护板的尾部又是一个外模板, 可以在它的保护下绑扎钢筋、立内模和端模并浇筑混凝土。机械掘进速度快、质量好, 但成本高, 对操作人员及地质条件要求高, 其发展前景广泛; 目前在我国隧道施工中钻爆法仍占主导地位。

1. 1. 3 钻爆法开挖

隧道钻爆法开挖关键是光面爆破的控制, 光爆控制好, 可以减少超欠挖, 减少对岩体的扰动, 减少混凝土回填, 节约成本; 光爆效果控制的好坏和开挖方式、钻孔设备及爆破参数的设计等因素有关。控制好光爆效果重点应从以下几方面着手:

1) 选择性能良好的钻孔设备;

2) 根据围岩级别综合考虑围岩状况、岩石整体性好坏、节理裂隙发育规律等多方面因素, 精确合理设计爆破参数;

3) 对操作人员进行岗前培训。

1. 2 支护

支护是安全的保证。隧道支护应根据不同的围岩类别及地质状况进行施作, 对洞口存在堆积体、滑坡体、浅埋及软弱地层等不良地质隧道,例如，某隧道施工中采用了大管棚、小导管注浆超前支护, 地表注浆加固及地面旋喷桩加固等措施。部分隧道洞口设置抗滑桩保证坡体的整体稳定, 进洞后尽快施作洞门, 确保进洞洞口安全; 洞内软弱地层地段以锚、喷、网为主要支护手段, 必要时加格栅钢架, 强化支护措施, 同时减少对岩体的扰动, 抑制围岩过度松弛变形, 确保洞内施工安全。

1. 3 通风

1. 3. 1 独头通风

独头通风方式是目前采用的主要通风方式, 独头通风又分为压出式通风和压入式通风。

1) 压出式通风( 抽出式) 。例如，中铁二十局在“引大入秦”8 号引水洞的施工过程中采用了压出式通风。8 号引水洞全长4 000 余米,单口长2 000 余米, 无平导, 当时采用1 m 直径的硬质通风管, 通风设备采用2×55 km 的日产通风机, 通风机安装在洞口, 爆破后废气从通风管抽出洞外, 新鲜空气流经全洞, 效果很理想, 通风时间由原来的210 min 缩短到30 min, 不论从施工进度或经济效益方面都取得了满意的效果, 仅因通风时间的缩短而节约的电费和软质通风管的费用即可满足购置硬质通风管,同时硬质通风管也有其不便的因素, 即制作及安装较困难。

2) 压入式通风。是隧道施工中常用的方式, 优点是掌子面空气新鲜, 有利于施工人员工作, 其关键是计算好通风量及风管、设备等。

1. 3. 2 巷道通风

利用平行导坑作主要回风道, 如图1 所示。巷道式通风的最大优点是在最短的时间内使正洞空气清新,采用这种方式通风应注意两个问题:

1) 横通道应随导坑的前进及时封闭, 一般保留不超过3 个。

2) 平行导坑口应设两道风门, 横通道设一道风门, 风门应保持密封, 尽量做到不漏风。隧道出口采用巷道式通风, 效果比较理想。

1. 4道路

道路造环境。仰拱和铺底超前施作可以有效地改善隧道施工环境。首先, 可以防止围岩过度松弛变形, 对保证施工安全、消除安全隐患起到重要作用; 其次, 极大地改善了洞内环境, 提高了洞内文明施工程度。例如，某铁路施工隧道仰拱和铺底时, 铺设10 m~ 12 m 跳板过渡, 既保证了仰拱和铺底的施工质量, 又不影响洞内其他工序施工。仰拱和铺底超前是值得推广的施工方案, 关键是采取合适的方案避开与其他工序的干扰。

1. 5 衬砌

衬砌树形象。衬砌是隧道内最重要的结构。隧道衬砌质量的好坏直接关系到隧道施工安全及运营安全, 也是一个单位的形象代表。例如，某铁路隧道衬砌根据隧道长度、围岩状况及不良地质存在的情况等因素采用了整体式衬砌、复合式衬砌、抗水压衬砌等多种形式, 同时注重施工质量, 做到“内实外美, 不渗不漏”。衬砌质量和原材料、混凝土配合比、搅拌、运输、浇筑、振捣、模板台车的安装就位等工艺控制及相关参数有关。铁路隧道衬砌施工采取紧跟的原则, 即衬砌施工以距掌子面不超过200 m 为限。仰拱超前、衬砌紧跟能在洞内迅速形成闭合环, 防止围岩过度松弛变形, 保证了施工安全, 在软弱地层段其作用更为显著。从铁路整个隧道衬砌来看, 衬砌质量上了一个台阶。

2 结束语：

隧道施工的方法在不断发展, 人类对隧道安全、快速的施工方法在不断探索。文中所论述的隧道施工的关键要素不可能一一概全, 难免有遗漏之处, 对隧道施工的关键要素的认识也是“仁者见仁、智者见智”, 不足之处愿同各位同行在做商讨。

参考文献：

[1] 刘 伟. 浅论双连拱隧道的施工技术[ J] . 山西建筑, 2007, 33( 4) : 131- 132.

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。