山体隧道施工技术的研究

曾根龙

(中铁十二局 第一工程有限公司，陕西 西安 710038)



山体隧道施工技术的研究

曾根龙

(中铁十二局 第一工程有限公司，陕西 西安 710038)

对山体隧道工程的各项开挖施工技术作了简要介绍，重点对近年来创新的山体隧道开挖工法“新意法”和“铣挖法”的具体施工程序进行详细叙述，并就这两种新工法的特点与施工方式跟传统工法进行对比，为相关施工技术人员提供参考。

隧道施工；新意法；铣挖法

0 前 言

山体隧道工程是公路工程的一个重要分项，是指在野外铺筑公路时，遭遇连绵的山体，由于工程建设要求等因素，不适宜采用开挖半山峒施工方式进行施工，公路的修建需穿过山体内部进行公路铺设，开凿山体的工程就是隧道工程。隧道工程缩短了公路建设工程量，减少了公路通车后的行车时间，为提高交通运输效率发挥了重要作用。随着山体隧道施工技术的不断发展，今年来也研究出了许多新的施工技术，随着这些技术应用也取得了不错的效果。本文重点就“新意法”和“铣挖法”这两种典型的山体隧道新工艺进行详细研究，并比较出其与传统工艺的不同之处。

1 传统隧道施工工法介绍

传统的隧道施工技术分为3大类，即山岭隧道施工、浅埋及软土隧道施工和水底隧道施工3大类型。其中山体隧道的施工流派有两大类：山岭隧道施工和浅埋及软土隧道施工[1-2]。山岭隧道施工分为矿山法及掘进机法，其中，矿山法在其原有的基础上又创新研发出新奥法；浅埋及软土隧道施工的工法主要有5种，分别是明挖法、地下连续墙法、盖挖法、浅埋暗挖法和盾构法。目前山体隧道施工技术的主流为盾构法及新奥法，二者中又以盾构法居绝大多数，因此，本文将再接下来的篇幅中重点介绍盾构法[3-5]。

1.1 新奥法

新奥法是在传统矿山法的基础上改进而来，其主要施工方法是最大化地减少对围岩的扰动，利用围岩自身的承载能力，采用爆破技术进行隧道全断面开挖，开挖完成后立即对洞身锚喷混凝土，再用锚杆固定防护网在混凝土洞身上，此种支护形式最大限度地发挥了围岩本身的承载力。新奥法适用于山体土质较坚硬的地质条件下进行施工。

1.2 盾构法

盾构法是指借助盾构机进行的一种全机械式隧道挖掘方法，是现在包括山体隧道在内的大多数隧道施工方式的首选。盾构施工法是借助盾构机前方的螺旋刀片将隧道断面的石块土壤切削挖掘，再将挖掘出的碎土石由盾构机前方的切口环传送至盾尾，再由盾尾将土石排出，隧道会随着盾构机的推进而不断挖掘成形。此种工艺适用于挖掘较长的隧道。

盾构机施工，大体主要分以下几大步骤：

1) 在置放盾构机的地方打一个垂直井，再用混泥土墙进行加固；

2) 将盾构机安装到井底，并装配相匹配的千斤顶；

3) 用千斤顶之力驱动井底部的盾构机往水平方向前进，形成隧道；

4) 将开挖好的隧道边墙用事先制作好的混泥土衬砌加固，地压较高时可以采用浇铸的钢制衬砌加固来代替混泥土衬砌。

盾构法施工前，应现在山体隧道的进出口两侧各设置一个升降盾构机所用的竖井，用来放入及取出盾构机，又可用来将盾构机切削下来的土体运出隧道，并方便对盾构机进行检修。为了方便对盾构机的检修，在较大工程的隧道中央还应再设置一个检修站，方便在施工中处置盾构机突发事件，确保施工顺利进行。

盾构法的主要施工顺序为土层开挖—推进纠偏—衬砌拼装—衬砌压注。

土层开挖分为网格式开挖、机械切削式开挖、挤压式开挖、敞开式开挖这4种。分别对应不同的地质采取不一样的开挖方式。

推正纠偏为盾构机在山体隧道挖掘的过程中，由于机械本身及地质原因，会产生不可避免的挖掘方向偏离设计轨道的情况，因此，就需要实时对盾构机的前进的角度进行测量，一旦发现有偏差，立即停止施工，及时调整推力及方向进行改正。

衬砌拼装是随着盾构机的前进对隧道进行铺设工作。盾构法施工中，其隧道一般采用以预制管片拼装的圆形衬砌，也可采用挤压混凝土圆形衬砌，必要时可再浇筑一层内衬砌，形成防水功能好的圆形双层衬砌。

衬砌压注是为了为了防止地表沉降，必须将盾尾和衬砌之间的空隙及时压注充填。压注后还可改善衬砌受力状态，并增进衬砌的防水效果。

以上几种施工工艺，最适于山体隧道施工的工法是盾构法及新奥法，但由于当今隧道工程施工长度往往较长，建设工程又有工期要求，而盾构法采用全自动盾构机施工，可以全天候不间断施工，且不受恶劣天气影响，不延误工期，且盾构法是在山体内施工，对山体外已有的交通运输不造成影响，所以盾构法施工是绝大多数山体隧道施工的首选。

但盾构法也存在其自身的问题，一是盾构机造价高，且维护成本相对较高昂，对于投资预算有限的工程来说不是首选。如果建设项目的工程量达不到一定程度，使用盾构机施工有可能会带来财政紧张问题。二是山体土质会随着隧道施工的变化而时刻发生改变，如果一直按原先设计的方案进行施工的话，很可能会造成隧道围岩不稳定，影响工程进展，甚至会发生质量安全事故。因此必须要引进新的山体隧道施工技术，替代成为不适宜使用盾构法施工的工程项目进行施工，弥补盾构机施工法自身缺陷。

2 山体隧道施工新工艺

2.1 新意法

新意法最早起源于20世纪70年代的意大利，又称岩土控制变形分析法(ADECO-RS法)这种施工工艺最早流行于欧洲，近年间传入我国。其理论是基于围岩压力拱形理论和新奥法施工工法提出的，是通过对隧道掌子面土体的勘察、丈量，测试出围岩受应力后的形态变化，根据测试出的形态变化的结果，以围岩稳定、暂时稳定、不稳定为划分标准，其中稳定型为岩石型变形特性、暂时稳定为黏性变形特性、不稳定为松散地形型变形特性，按这3种特性将隧道掌子面划分为A、B、C 3种类型，根据不同的类型设计出相应的支护措施。此法意在困难地质施工时，采用新意法对岩土变形情况进行分析，并根据不同类型的岩土特质，设计出不同的施工方案。此工法可依据施工的进展而进行动态的设计，随时掌握施工区域岩土变形情况，并根据其变化设计出合理的施工方案。其设计基于以下3点原则：

1)施工方式采取全断面开挖，对断面以此开挖成型，不采取分块施工模式；

2)在施工前根据岩土变形情况，提前设计好支护和加固措施的方案，在全断面开挖之前预先对隧道断面进行支护加固措施，尽最大努力保持岩土不产生形变，使施工能够按照根据原先测定的岩土变形量设计出的施工方案进行施工；

3)当施工隧道的掌子断面间距较短时，应采取全封闭式支护结构，以达到最大限度减少支护变形的目的，使施工状态下的隧道岩土形变在最大程度上符合预先设计的标准。

新意法的设计及施工阶段是一个动态的整体，因此整个阶段应分为测量阶段—诊断阶段—处治阶段—实施阶段—监控阶段—最终设计调整阶段。其中，测量阶段为分析隧道掌子面岩土形态变化，搜集设计所需的基础数据；诊断阶段的工作为分析和预测隧道断面在不采取任何支护措施的情况下，其最大变形状况；处治阶段为根据先前读取的数据设计出施工时所需支护结构标准，防止施工是隧道岩体变形超出设定范围；实施和监控阶段为具体的施工操作和在施工过程中随时监控隧道围岩发生的变化并控制其变形；最终设计调整阶段为根据前面所做的工作，解释出隧道围岩形变的原因，根据分析出的原因设计出隧道整体支护稳定系统，使隧道洞身及掌子面与支护系统之间能够形成平衡。

新意法的整体施工工序为先在准备施工山体外进行测量放线，待复查施工点位无误后，将钻机运送至设计点位开始开挖作业，在钻孔过程中随时检测并调整钻孔的角度，钻孔完成后下喷管喷射灌注水泥浆，喷射完成检验合格后再进行下一个钻孔的施工。随着支护系统的施工同时进行隧道全断面开挖作业，并随着隧道围岩土体变形的变化，随时调整隧道的支护及施工方案。

新意法的最大特点是能随着施工的进程，随时检测隧道土体变形的状况，能够及时调整设计方案，做到设计与施工同步进行，加快了工程中变更处置的速度，提高了施工效率，降低了建设成本。相比传统施工工艺施工的隧道，使用新意法工艺的隧道能将施工时间缩短1/3以上，提前了通车时间，提高了交通运输的效益。

2.2 铣挖法

铣挖法在国外是一种成熟的山体隧道施工工艺，已经积累了相当丰富的施工经验，为了适应新的施工要求，我国于近几年引进了该施工技术。其主要施工工法为使用专业铣挖机，将隧道断面分层分块进行开挖。现将隧道断面开挖分为3层台阶，先将上台阶部分土体开挖，预留上台阶核心土体作为隧道围岩支撑，然后搭设上台阶初衬结构。接下来开挖中中台阶，将中层台阶分为3段(根据实际需要可为分更多段)，先开挖两侧土体，再开挖中间土体，两侧土体开挖完成后立即施工初衬支护，待两侧支护完成后再开挖中层核心土。下层台阶施工顺序同中层一致，待下层核心土开挖完成后做隧道底初衬支护，所有支护完成后对整体隧道进行二次衬砌支护，完成隧道施工。

铣挖法的测量工作与传统工法相同，铣挖法施工相比于传统施工方法，具有施工效率高，养护时间短，且经济性强，性价比高，适用于有一定预算限度的隧道工程。

3 结 语

随着我国经济的发展，交通运输也迎来了其高速发展的黄金时期，这就需要投资建设更多的基础设施来提高公路运力，维持交通运输发展水平。而我国地形所致，公路的修建也越来越多地涉及到了山体隧道的施工建设，隧道工程的立项也逐渐增多。由于各地地形不同，工程建设的实际条件及建设要求也不尽相同，因此需要因地制宜地采取适合本项目的隧道施工工艺，才能实现运输价值最大化。本文就山体隧道施工的传统工艺与新兴工艺的特点做了相关研究，比较了其间的施工特点，为工程建设者根据自身项目的实际情况选择相应施工工艺提供了参考，为其创造最大化的建设价值。

[1] 周爱国. 隧道工程现场施工技术[M]. 北京: 人民交通出版社, 2004 .

[2] 李绪云, 王刚. 隧道工程施工中的工序质量控制[J]. 吉林交通科技, 2007(4): 56-57.

[3] 徐华生. 浅探隧道工程实例中的施工技术及质量控制[J]. 科技资讯, 2008(9): 63.

[4] 朱云飞. 试析隧道大体积混凝土施工质量控制[J]. 科技资讯, 2008(14): 57.

[5] 孙建伟, 曲正家. 和风山隧道施工的质量控制[J]. 黑龙江交通科技, 2010(33): 10.

A Research of Tunnel Construction Technology

ZENG Genlong

(The1stEngineeringCo.Ltd.,ChinaRailway12thBureauGroup,Xi'an,Shanxi710038,China)

This article has made a brief introduction of the excavation of tunnel engineering construction technology with its focus on innovative methods of tunnel excavation in recent years “new method” and “milling excavation method of specific construction procedures. It also talks about the characteristics of these two kinds of new construction methods and construction way to compare with the traditional method, the technical personnel for the related construction.

The tunnel construction; New method; Milling excavation method

2016-11-04

陕西省科技新星科研项目(2013KJXX-54)

曾根龙(1985-)，男，江西丰城人，工程师，研究方向：铁道技术，手机：13718125675，E-mail：954794360@qq.com.

U455.4

B

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2016.05.023