公路隧道设计及施工技术问题分析

章英文

（贵州省公路工程集团有限公司，贵州 贵阳 550001）

1 公路隧道建设中存在的设计及施工技术问题

近年来，我国公路建设的数量及质量都有了较大幅度的提升，使得国家对公路运输方式的需求得到了某种程度上的有效满足。单就公路结构中的隧道建设来讲，其建设的相关设计以及施工也都实现了对以往工作的突破，许多施工的设计水平已经赶超了国际水平，施工技术的应用也实现了对于复杂地质、水文、气象环境等问题的有效应对。同时，隧道施工建设对新的材料以及工艺的使用也呈现出新面貌。总之，我国公路隧道的施工建设在新时期取得的成就是极其显著的。从细节方面来看，当前在设计和施工技术方面存在的问题还不容忽视。下面分别对这两个方面的问题进行分析。

1.1 公路隧道设计中存在的问题

1.1.1 公路隧道设计中支护方面存在的问题

1）首先，当前的设计人员还未能就支护结构应当具有的耐久性达成一致。虽然近年来耐久性的问题已经得到了重视，但它在复合式的主流衬砌结构设计方面依然没有明确的耐久性设计标准，而是继续采用初期支护以及后期围岩共同支护的方式来保持其耐久性。这就表示在初期进行支护时，必须使用具有较强耐腐蚀性的材料，以及先进的施工机械及工艺的配合，在这种状况下，较高的支护成本以及难以控制的具体施工是不可避免的。

2）其次，设计人员还存在着在衬砌支护设计方面的参数差异，而且其参数设计也未能体现出同一级的围岩稳定性间应存在的差异。当前设计人员主要是依靠围岩的分级进行参数设计，而不同的单位在这种独立的设计中会产生各自不同的参数结果。

3）第三，公路隧道设计人员一般都为初期的支护工作设计了工字型钢架，这种钢架较容易操作，且花费不高、节省人力，因此，施工人员更倾向于使用工字钢架而非格栅钢架进行支护。但是，施工人员若想切实地保证长期的衬砌结构安全，就应该率先对格栅钢架进行应用，这种钢架存在着与混凝土迅速有效结合的优势。

1.1.2 公路隧道设计中存在的其他方面问题

1）公路隧道支护还存在系统锚杆设置工作中认知的不统一，该问题主要存在于软弱围岩阶段隧道的支护。某些单位认为按照新奥法理论为拱墙部位设置系统锚杆是非常必要的，而有些研究人员则认为此锚杆应设置在边墙，而拱部的则可取消。但是，不管怎样，其锚杆的设置一般都采用人工打设，这就使锚杆的设置出现了人为减少的问题，不利于锚杆作用的顺利实现。

2）目前，隧道设计施工中所采用的传统新奥法理论（此理论以断面横竖切割以及纵向台阶的方式进行软弱围岩的隧道施工，其工序颇多，且施工的进度较慢）已经不能够满足设计施工的要求，它的应用在很大程度上减缓了施工机械化以及快速施工的实现。

1.2 公路隧道施工技术应用中存在的问题

1）公路隧道的某些关键部位的施工还有待于进一步实现机械化。目前，隧道施工已经在整体上实现了较高的机械化，但在某些关键点部位（比如爆破开挖以及系统锚杆的钻孔施工）施工还使用人工操作，这种操作具有较高的灵活性且成本低，但其操作的精度较差，容易出现质量问题。

2）公路隧道的开挖工作与支护工作存在着衔接不紧的问题。由于仰拱开挖的施工操作与掌子面存在过长的距离，不能及时地形成支护的封闭环，而且，其二次衬砌的后掌子面中存在着过长的长度，使得二次衬砌的施工往往严重地落后于掌子面，导致二次衬砌施工出现了不完整施工等问题。

3）公路隧道当前的二次衬砌施工、光面爆破、防排水施工等方面都存在着较多的问题。二次衬砌施工中，由于模板台车、泵送混凝土施工技术的应用，再加上台车的长度过长（12m）、混凝土木板拆除过早（1天1模、2天3模），且缺乏足够的衬砌厚度以及必要养护，使得二次衬砌问题较为严重。光面爆破目前并不能满足施工的平整圆顺轮廓开挖要求，而且由于其爆破振动较大，隧道的防排水存在着防水板接缝质量低，容易破损、盲沟连接未采用三通、中心水沟存在渣滓、回填的碎石有较高含泥量等问题。

2 隧道设计及施工技术优化

隧道施工对公路建设产生着重要的影响，公路施工单位针对施工设计以及具体的施工技术应用中存在的问题采取有效的措施。本文分别针对这两方面的问题做优化策略的详细分析。

2.1 隧道设计工作方面的优化

1）从衬砌支护耐久性设计的完善方面来看，施工人员一方面可以在现有的复合式衬砌理念基础上，在初期支护的全部组成部分以及二次衬砌的混凝土施工部分彻底地按照耐久性使用年限进行施工设计，以推动其支护在这两种耐久施工的支撑下实现优化。而且，施工人员还可以对初期支护应用的钢架进行强化设计，并将二次衬砌支护按照常规以及混凝土耐久性设计两个方面来进行其承载比例的设计。同时，施工人员还可以在全部荷载均有二次衬砌承担时，充分地对二次衬砌做好耐久性设计，而初期支护则作为普通的临时施工安全储备。需要注意的是这种只侧重二次衬砌施工的措施更适用于高水压隧道以及水下隧道等施工，而对山岭隧道则不太适用。

2）从支护参数设计的差异来看：一方面国家的公路管理部门应该积极地吸收借鉴先进的隧道施工经验（如铁路部门设计经验）等，来对公路隧道编制一套统一的标准图或者是通用图；另一方面，施工单位要积极地对围岩自身的稳定性、岩体的强度与完整性及地下水定量等因素进行有效分析，以保证支护措施的设定能够在锚杆的角度、长度与间距等各个方面，实现对于隧道支护稳定性设计的参数要求。

3）从新奥法理论应用的落后性方面来看：一方面，施工单位应当积极地加强对于新奥法的学习与应用，用这种全断面的机械开挖系统施工方法及技术来优化新奥法，将超前核心的岩土变形以及隧道稳定性当作其工作的主要设计指标，以超前预加固作为基础施工保证来进行全断面施工，需要注意的是，此方法更适用于软弱地层中的浅埋隧道的地面沉降控制、大断面隧道的开挖工作等；另一方面，施工单位还要继续积极地对隧道的常见病害进行研究分析，为其病害制定出准确的分级以及详细的结构性能，并将二者间存在的定量关系彻底弄清楚，以采取适当的加固策略来对隧道结构的安全性进行设计。

2.2 隧道施工技术的完善应用

1）施工单位应该针对其关键施工部位机械化程度低下的问题采取相关的完善策略，如施工单位可以对一次性投入较大、且不方便周转存放的相关钻孔台车进行优化，开发出适合进行隧道钻孔施工的小型简易台车，并且还要积极地研发可以供施工人员进行任意角度钻孔的钻孔机，为拱部系统的锚杆钻孔以及爆破开挖周边孔的钻孔提供技术支撑。

2）针对防排水施工的缺陷，施工队伍一方面要认真地清理爆破时留下的碎石渣滓，并利用天然条件设计防排水，保证隧道的清洁性，为防排水施工提供良好的施工基础以及施工条件。另一方面，施工单位要分别针对防水系统以及排水系统做好材料的选用、检测，以及具体的施工控制方面的工作。从防水系统来看，施工单位要将材料检验以及施工安装检验独立进行全面检验，通过对高分子的防水卷材进行长度、厚度、宽度、裁件的尺寸与形状、拉伸强度、撕裂强度、低温柔性、耐老化等检验，保证材料质量。而且，应用双焊缝技术进行焊接，同时，保证其中间留有空腔，而防水板要吊挂在距离拱部0.1～0.7m，距离墙部1.0～1.2m的位置，且防水层的点间不能够紧绷。而就排水系统施工来讲，施工人员可采用经过直径、规格以及滤布包裹环向排水管施工，并且严格地控制其安装顺直度、与围岩密贴度、和纵向排水管衔接等工作的质量。而横向以及纵向的排水管则可采用硬质PVC管。

3）施工单位还要就上文提出的施工中的其他技术问题进行有效解决。首先，要将其模板台车长度控制在10m以内，并进行中部预留凹槽施工，而且，将滞后掌子面的长度控制在200m以内，并且要严格地对混凝土进行合理配比及养护，还要在二次衬砌施工前利用断面仪对初期支护的内轮廓进行测量，以凿除欠挖部分。其次，施工单位要按照隧道技术应用细则来对开挖的断面形状以及尺寸轮廓、爆破效果等进行标准化的检测与施工，从而提高其光面爆破的施工水平。第三，隧道施工单位必须严格地做好对于开挖和支护两项工作的衔接施工，在控制好掌子面的长度（小于等于200m）后，将V级的围岩台阶长度设置为小于1B，而仰拱与掌子面间的距离为30m以下，IV级的围岩则将上台阶的长度设置为小于5B，保证施工中能够及时尽早地达到支护所需要的封闭环的形成。

3 结束语

在当前的交通运输环境下，隧道施工建设质量的好坏对于公路应用效果的影响越来越高，因此，推动隧道施工建设水平全方位的提升，施工建设单位应该给予高度的重视。而施工建设单位针对这一任务，采取优化措施对隧道设计与其施工技术进行完善，是极为必要有效的。所以，在当前以及未来一段时期，公路建设的相关施工建设单位都要致力于推动隧道设计以及施工工作的不断完善及进步，保证公路运输达到应用需求。

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