公路隧道设计与施工的现状问题探讨及展望

2022-01-04郑增波ZHENGZengbo

价值工程 2022年1期

郑增波ZHENG Zeng-bo

（中交公路规划设计院有限公司，北京 100088）

0 引言

大量公路隧道工程建设项目的实施表明，我国公路隧道技术取得了卓越的发展成效，先进工艺和技术的应用，可克服传统工艺、技术的诸多限制，提升整体的施工水平。虽然如此，因为公路隧道工程现场所面临的环境条件十分复杂，在开展施工建设的过程中常常会出现诸多的问题，为提高工程建设水平和效益，工程企业需加大对公路隧道现场的调研，确定最佳的施工方案，解决工程现场的一切难题。

1 公路隧道设计与施工的现状及问题分析

1.1 设计问题

①衬砌支护参数设计问题，因为公路隧道结构的特殊性，在开展隧道施工时，尤其要注意衬砌支护的设计，衬砌支护关乎隧道结构稳定性和安全性，为最大程度上发挥其支护作用，设计人员需综合现场的诸多因素，开展支护参数的设计与优化。但显然，一些工程企业在衬砌支护方面，各个参数的设计过于随意，支护体系的设计难以与实际要求相一致，增大了隧道结构安全风险[1]。

②未及时采取先进的设计理念。我国关于公路隧道项目建设有着多年的实施经验，且行业始终处于不断的变化过程中，这就要求各个工程企业在参与公路隧道建设时，往往需注重隧道设计理念的更新，但因为现阶段的公路市场上，各个施工企业的发展水平参差不齐，部分施工企业发展相对滞后，在开展公路隧道涉及时依旧深受传统设计理念的影响，并未积极将先进的设计理念应用在公路隧道中，没有用先进的设计理念来保障设计效果。

③支护结构耐久性方面没有统一的标准，对公路隧道设计工作而言，一个关键性的指标就是支护结构耐久性，只有保障了这一指标可以达到相应的要求，才能够发挥支护结构在隧道中的作用。但在当下的公路工程领域，公路隧道项目建设方面，并未出台关于支护结构耐久性的统一标准，各个工程企业在开展支护结构设计时，难以开展规范化的设计工作，无法保障整体的设计效果。

1.2 现场管理人员不具备充足的协调能力

公路隧道建设施工中，现场环境恶劣且涉及到的工程要素非常多，为全面推进整体的施工目标实现，在工程现场同样需做好现场统筹和协调工作，以使得一切的施工作业均可以按照设计要求来开展。一些工程企业在参与公路隧道建设的过程中，并未结合现场的具体情况来进行现场管理人员的科学配置，现场管理人员的配备数量不足、素质低下，不具备协调能力，工程建设进度缓慢且质量和安全问题时有发生。

1.3 设计、施工技术与实际条件契合不紧密

不同的公路隧道工程都有各自的特点和施工要求，在开展隧道设计和施工的过程中，设计理念、方法和施工技术的应用都必须与公路隧道的基本情况高度契合起来，以保障最终的施工效果。但在一些公路隧道项目的实施中，设计、施工技术与现场条件的契合度不高，引起了严重的工程技术、质量和安全问题。就现阶段国内外公路隧道的建设施工情况来看，新奥法的应用相对较多，这一方法的科学应用，可使得岩体震动情况得到一定的控制，保持岩体的稳定性，但为使得新奥法施工可取得预期效果，在开展施工建设时，尤其要加强结构、围岩沉降、变形等的全面观测，根据观测结果来进行现场施工工序的调整、工艺参数的优化[2]。因为现场的一切施工作业都是在勘察基础上进行的，前期勘察中很难保障不出现数据偏差，勘察数据完整度、准确度不够使得实际的设计与施工很难与现场情况相一致，施工效果不理想。

1.4 不到位的质量管控力度

任何的公路隧道工程建设施工中，都要将质量管理放在重点性的地位，以通过全过程、全方位的质量控制，来保障质量目标的实现。但市场上的一些工程企业，其在长期的项目实施中，依旧过于追求自身的经济效益，在项目实施的过程中，并未严格开展工程的质量管理和控制，使得公路隧道施工中常常存在着各种的质量问题，如因为施工人员专业素质低下、机械设备配备不足、材料质量不达标、技术管理不到位等导致的质量问题。事实上，对于公路隧道工程的质量管理而言，本身就是一项专业性和复杂性的工作，为使得质量控制可达到预期效果，除了要加强不同部门和人员的配合，更需要在工程企业内部形成一套完善的质量管理体系，严格落实相关人员的岗位责任，遵守规范化施工的要求，但显然，当下的很多工程企业，在参与公路隧道建设施工的过程中并不能遵守这些要求，很难保障质量目标的实现。

1.5 施工机械化程度低

伴随着施工工艺的日渐进步，在开展公路隧道项目的建设中，部分工程企业已经实现了机械化施工，在现场的施工作业进行中，配备了各种的机械设备，用机械化取代了人工作业，整体的施工效率较高也有着更高的施工安全性。但市场上的工程企业发展水平不一致，部分施工企业的发展水平偏低，施工企业没有足够的资金用于机械设备的配备，无法在施工建设的过程中发挥各种机械设备的作用。比如，以公路隧道中的钻爆法来分析，当在现场的施工作业中面临的是全断面隧道或者对于掘进速度有严格要求的施工作业时，一般可采用掘进机来完成现场的施工作业，钻爆法与掘进机作业相比较，整体的成本投入偏低，这种经济性方面的优势，使得这一技术在越来越多的公路隧道中得到了有效的应用。钻爆法施工中的人力资源配置较多，在开展施工作业时，由专业人员通过手持凿岩机来完成现场钻孔，人工架设钢架，现场作业人员面临着环境条件恶劣的限制，整体的劳动强度偏大且施工过程中面临着诸多的风险，易出现塌方等事故，这种人工作业方式显然存在着效率、效益的诸多不足。

1.6 在施工中受到周期和资金的限制

公路隧道工程为大规模项目，在开展此类项目的施工建设过程中，不仅需要有较大的资金投入，整个项目规划到完工阶段，还会消耗非常长的时间。一些工程企业在参与公路隧道的建设时，会进行建设周期、成本的压缩，这种过度压缩的行为从根本上违反了国家的相关规定，增大了工程的质量安全威胁。比如，在前期调研和论证不充分、可行性研究不足、勘察设计不全面的前提下就贸然开展了施工建设，给后续施工带来了极大的安全风险和隐患。隧道工程的建设周期较长，工序复杂且工程量巨大，在施工建设的过程中存在着较大的安全风险，一些不确定因素的出现可能会使得公路隧道面临周期和资金的限制，对施工作业的高效、有序实施极为不利。

2 解决公路隧道设计与施工问题的对策

2.1 建立完整的管理体系

为有效解决关于公路隧道设计和施工中的诸多问题，在开展工程建设的过程中，工程企业需不断总结经验，构建完善的管理体系，以使得现场的一切施工活动均可以高效开展。完善的工程管理体系中应包含质量、安全、成本、进度、技术等方面的管理内容，以使得在公路隧道施工建设的全过程中，不同部门、岗位人员可严格按照该管理体系中的有关规定，履行各自的职责和义务。

2.2 提升设计水平

对公路隧道建设的全过程来看，施工作业是在设计基础上开展的，设计工作是否科学，将直接影响到整体的施工建设效果。因此，公路隧道的设计管理是尤为重要的，必须要通过一系列的管理工作实施，来进行设计优化，确保设计质量。首先，公路主管部门要密切关注行业内关于公路隧道的设计要求，使得在一切的隧道设计中，都可以按照相应的设计标准和规范，来进行隧道设计各个细节的调整，做好衬砌支护参数的科学设计，给予隧道设计提供指导和借鉴。其次，设计单位和专业设计人员在开展隧道设计的过程中，要加强对全部因素的考虑，充分融入精细化、创新性的设计理念，经由经济性、技术性等的科学对比，选定最佳的设计方案[3]。最后，在开展隧道设计时，同样需加强对隧道结构耐久性的考虑，做好对围岩稳定性、岩体强度、完整性、结构面产状等基本因素的考虑和分析，以确保设计效果。

2.3 隧道抗震设计

因为公路隧道有着极高的结构设计标准，在开展设计工作时不可忽略抗震设计，以使得隧道本身可抵御地震灾害。当在公路隧道建设施工时，隧道洞口所处的地质环境十分恶劣，在出现了地震灾害时，山体失稳难以避免，势必会加剧滑动或者坍塌事故的出现。根据相关人员对地震灾害的研究，发现地震作用力对浅埋、偏压、明洞等的危害巨大，因此，这就要求在开展隧道设计和施工的过程中，需加强对地震烈度、地质条件和地形等因素的分析，在结构设计中采取恰当的抗震加固设计方式[4]。减震对于隧道抗震设计非常有效，一般可采取以下处理方式：对隧道性能加以适当调整，控制衬砌内力，比如，可利用轻骨料混凝土或者钢纤维混凝土；在衬砌与地层之间进行减震层的布设，利用减震层来减缓地震对隧道结构的危害。

2.4 公路隧道防水和排水设计

公路隧道的设计中，防排水设计也是重点需关注的方面，因为当隧道面临排水不畅的问题时，积水可能会造成结构损坏，因此，就需要在隧道设计中结合现场的水文条件、气候因素，开展有针对性的防排水设计。我国的公路隧道工程中，渗水问题是非常普遍的，渗漏水加剧了隧道结构的损坏，为有效减少这一方面的问题，在开展隧道设计时，设计人员要综合考虑多方面的因素，来进行防排水设计优化。

2.5 施工方案的确定

施工方案是现场施工作业的参考，在前期的工作进行中，相关人员必须要通过对各种因素的综合考虑，来进行施工方案的确定，确保该施工方案中包含全部的施工要求和规定，使得工程企业能够开展规范化的施工任务。完整的施工方案中，不仅要包含现场地质情况分析、资源分配情况，还需要包含对隧道大小、机械配置、技术流程和规定、进度质量安全管理的相应安排，以使得工程企业可严格在施工建设中执行该施工方案[5]。

2.6 动态设计

2.6.1 变更施工的方法

整个公路隧道的建设施工中，应遵循动态设计原则，一旦在工程现场发现了施工问题，立即进行相应的调整和变更。比如，当所使用的施工方法无法与围岩稳定性要求相一致时，就需要进行断面形式、施工方法的调整，以确保围岩的支护体系应力状态可满足结构施工要求，经由施工方法的变更来使得施工更为规范和安全。

2.6.2 变更施工工序

公路隧道的施工流程复杂，包含了多个的施工工序，在一些特殊的施工情况下，为最大程度上实现工程资源的科学配置，提高施工效果，工程企业也需适当进行施工工序的变更，以通过工序变更来给施工创造良好的条件。

2.6.3 修正预留的变形量

公路隧道的施工方案确定时，往往有关于变形量预留的有关规定，但如果在工程现场的施工作业进行中，发现预留变形量难以满足相应的施工规定，就应该对原有预留变形量加以适当修正，只有当修正后的变形量与现场情况相一致时，才能够正常开展后续的施工作业。

2.6.4 修正设计参数

在隧道设计中往往也存在有多个的设计参数，为提高公路隧道的设计和施工水平，同样需在项目的实施过程中，对各个设计参数加以科学修正，以使得各个参数均可以符合结构受力的标准，提高结构安全性和稳定性。

2.7 加强防排水施工质量控制

防排水设计作为隧道结构设计中的关键性方面，在开展任何公路隧道的结构设计中，都需要结合现场的具体情况来进行防排水设计优化，确保所采用的防排水理念、方式的先进性，选择高性能防水材料，开展防排水施工除了要严格按照现场的具体情况来开展外，更需要按照防排水的技术标准来实施，提高施工规范性，开展严格的质量检查和验收。

2.8 提高现场管理人员的综合能力

现场管理人员的管理水平也会影响到公路隧道的施工效果，因此，施工企业的管理人员必须要具备极高的管理能力，可在项目的实施过程中开展各种协调工作。为提高管理人员的总体水平，工程企业要定期组织对管理人员的培训，并加强专业化管理人才的引进，逐步在工程企业内部构建一支高素质的管理团队。

2.9 提高施工机械化程度

伴随着我国各种工程项目的增多，市场上出现了越来越多的机械设备，这些机械设备的配置，使得在开展公路隧道的建设中，施工企业可通过这些机械设备的选择，来替代人工作业。在公路隧道的施工中，液压式岩凿机、立拱台车等的出现，可使得整体的施工效率显著提高，在开挖机械上，可选用铣挖机（如图1）、凿岩台车（如图2）、TBM机械等设备，这些开挖设备的配置和使用，使得整体的开挖水平显著提高，且施工水平明显提高。各个工程企业在开展公路隧道的施工建设时，都要不断提高其施工机械化程度，结合现场的施工要求，配备先进的机械设备。

图1 铣挖机

图2 凿岩台车

2.10 完善施工管理体系，提升施工人员综合素养

为有效结合公路隧道设计和施工中所出现的各种问题，工程企业就要在开展施工建设的过程中，积极进行施工管理体系的完善和优化，通过制度的制定和执行，来提高整体的管理水平。完善的施工管理体系中应该包含管理监督要求，使得现场的一切施工作业和行为均可以在严格监督下开展，用监督工作的开展来约束现场的施工作业。此外，在施工管理体系中也应该明确规定相应的管理责任，通过责任的细分和落实，来提高技术人员、管理人员和施工人员的责任意识、质量和安全意识，使得各个岗位人员可在相互的配合与协调性，确保整体的施工管理工作开展。

3 公路隧道设计与施工的发展趋势

现阶段的公路隧道施工工艺日渐成熟，在技术不断发展的今天，人们加大了在公路桥梁隧道方面的技术研究，针对公路隧道各种质量和安全问题提出了相应的解决对策，提升了公路隧道的建设质量和效益。在信息化快速发展的今天，隧道动态反馈设计与施工、信息化等都是未来主要的发展方向，经由信息化技术与先进施工工艺和技术的结合，可在工程现场开展信息化监控和管理，也就可使得现场的一切施工过程均可以得到及时的监督，确保项目目标的实现。