高速公路隧道工程建设技术现状与问题探讨

2022-05-17李征

低碳世界 2022年3期

李征

（重庆铁发双合高速公路有限公司，重庆 402761）

1 工程概述

重庆合川—璧山—江津高速公路，与江泸北线高速（在建）相交，机场改线段预留与成渝高速公路相交条件，项目沿线地形、地质、控制因素等较为复杂，存在较长的软基段落，同时存在顺层边坡、采空区等不良地质条件，多处跨越河道，相交公路、铁路频繁，穿越渝西腹地村庄密集。九峰山挂线段存在危岩落石、岩堆和滑坡等现象，且施工场地极其狭窄，施工难度大。

2 技术保证条件

九峰山二号隧道为本项目重点控制性工程，隧道洞身最大埋深290 m。其中Ⅲ级围岩512 m（占11.48%）、Ⅳ级围岩2174.71 m（占48.76%）、Ⅴ级围岩1773.29 m（占39.76%）。隧道洞口如图1所示。

图1 隧道洞口

2.1 技术准备

（1）相关人员必须深入了解设计图纸，明确图纸内容与实际施工不冲突，才能够为以后的隧道施工作业打下良好的基础。

（2）需要有专业的人员正确编写安全交底工作内容，同时，在开工的前期安排好交底工作。

（3）定期组织人员进行施工规范及验收标准的相关学习，贯彻执行规范及标准[1]。

（4）技术资料相关的各种表格要准备齐全。

（5）在施工工艺方面，要推行隧道施工工艺标准化，聘请行业专家前来指导，根据实际情况不断完善现场操作流程，使之实施更加有效；集中研讨下一步工作安排，确保现场管理人员能够熟练掌握工作标准，指导施工班组在作业过程中严格执行标准要求；定期通报检查结果并及时解决现场问题[2]。

2.2 施工技术交底

必须按照三级技术交底制度标准进行交底，即第一级由高速公路隧道施工的相关总负责人向各阶段重要负责人进行交底，第二级为各阶段重要负责人向每个阶段的关键监管人员进行交底，第三级关键监管人员是向技术人员进行交底。要全面细致地进行三级技术交底，才能最大限度满足关键部分的具体质量要求。需要重视的难点以及事项，技术人员必须谨慎听取交底工作，经反复确认后，再对相关操作班组进行进一步确认、交底。班组长在交底清楚

后，必须组织工人进行共同讨论，确保能够按要求安排好施工任务[3]。

3 高速公路隧道施工特征

3.1 施工难度和风险较大

高速公路工程建设中隧道工程施工难度最大，主要原因是实际的地质条件以及外在施工环境都极为恶劣，施工作业人员在这种情况下没有办法准确地预测隧道工程实际的地质情况。由于隧道工程的建设风险大，且施工作业的难度较高，若相关人员施工作业不谨慎，造成的后果将会影响交通的正常运输，严重时会发生交通事故，甚至对人们的生命安全产生威胁[4]。

3.2 施工环境较为恶劣复杂

高速公路隧道进行施工的现场空间受限，通风和照明条件通常也比较差，实际进行的施工工序也较为复杂，其中相关的开挖施工、支护施工以及排水管道交叉施工都因为空间受限而难以深入开展[5]。

3.3 工期与成本控制难度大

隧道建设工程的施工工期以及成本控制难度也不小。多数高速公路都将长大隧道列为项目控制性工程，可见其施工周期长，影响项目关键进度指标。隧道施工由于施工条件变化多，施工复杂性较大，且这些工程大部分为地下工程，几乎每位施工人员都属于单一工种，极易产生较严重窝工情况。另外，若想保障隧道施工的质量，那么，相关人员必须控制好混凝土的成本、施工材料以及机械设备的质量，这是确保隧道施工质量以及经济效益的重要举措。所以，要求相关人员必须落实施工方法以及施工各阶段的主要内容，做好控制，才能提高材料的利用率，避免出现因成本问题产生的误工现象[6]。

4 高速公路隧道工程施工中存在的安全风险

高速公路隧道工程施工过程中，施工难度以及施工过程存在的风险发生概率较大，主要是因为施工路段长度较长，空间跨度较大，施工人员必须面对不同的环境和地质空间。

若施工人员没有对地质条件进行准确的评估，就会导致安全事故频发，造成严重的经济损失甚至出现人员伤亡。高速公路隧道工程项目施工环境较为复杂，因此不确定因素、不可预估安全风险因素较多。例如：①隧道爆破施工，爆破振动及冲击波危害；②隧道通风。若风速及风量不能满足施工要求，通风距离过长，空气中氧气含量下降会有窒息风险；③坍塌。施工作业人员没有进行技术交底，不按设计工法进行开挖。地质条件变化没有及时调整施工方法和支护措施，影响隧道内围岩稳定安全，发生坍塌事故[7]。

5 高速公路隧道施工控制方向

隧道施工质量与我国高速公路的可持续发展有密切的关系，所以相关建设单位必须高度重视隧道工程的建设施工，相关专业人员必须根据严格的技术规范进行施工作业，才能从根本上降低隧道安全事故出现的概率[8]。隧道施工流程如图2所示。

图2 隧道施工流程

5.1 合理设计施工图纸和及时的动态设计是安全和进度的保障

在进行高速公路隧道施工之前，必须核对好施工图纸，如果施工图纸与实际建设情况有误差，那么必须进行修改直至符合要求后再运用。如果施工图纸设计存在问题，那么在后期进行施工作业的过程中再进行变更，就会使原定的工期受到影响，且无法保证施工效果，影响整体的经济效益。所以，相关的专业人员在核对图纸的过程中发现问题一定要和设计人员进行核实，及时调整差异大的部分，并探讨存在差异的具体原因，最终设计出科学合理的施工图纸，确保施工后期不受到任何影响，顺利完成隧道的施工建设[9]。同时，随着工程推进，现场揭露的地质情况很可能与设计有一定出入，设计单位必须随时驻守现场，第一时间分析地质变化情况，现场由业主方、建设方、设计方、监理方共同确定最适合的开挖支护参数，保证现场安全稳步推进。

5.2 优化设备工装选择，以机械化配套为支撑，提升安全质量水平

遵照“机械化减人、信息化换人”管理理念，在九峰山二号隧道配备了移动液压栈桥、多功能地质钻机、数字化台车、多功能拱架安装台车、全电脑三臂凿岩台车等系列机械，有效提高了隧道施工质量安全管控水平。隧道开挖使用全电脑三臂凿岩台车，减少了实际的作业人数；隧道开挖结束后，通过湿喷机械手对掌子面进行初喷封闭，用三臂凿岩台车实施系统锚杆，拱架的安装需要运用多功能拱架台，且要多台机协同作业，能够最大限度地排除隧道风险隐患，提高作业环境。自主研发的二衬自动浇筑衬砌台车具有主监控、拱顶压力监测、空洞监测、附着式振捣、自动插入式振捣、自动浇筑控制六大系统，实行自动分仓浇筑，能够解决使用一孔灌到底浇筑方式时出现的问题，灌满提醒、带模注浆、信息可视等功能可预防拱顶脱空问题，高频振动、自动插入式振捣装置提高了混凝土密实度。

5.3 以智能化建造为引领，探索品质工程升级

相关工作人员可利用互联网、BIM、大数据云平台、三维成像、VR、3D打印等新技术，结合现有设备工装，积极探索智能建造隧道，着力提升隧道施工整体水平。

（1）多运用人工智能技术进行测量。当前，由于隧道内的监控测量主要依靠人工进行数据的具体采集，往往测量的频次较低，需要投入较大人力，且无法及时整理相关具体数据。针对此现象，需要专业人员应用人工智能以及自动检测技术。在监测断面设置无线自动监控量测仪，该设备能够在每15 min对被检断面进行自动监测，必须每天完成96次的量测数据采集，且把采集的数据精准上传到监控量测预警云平台，然后通过人工智能技术进行详细分析对比，若出现数据超限，必须及时传送数据至报警设备，进行预警。

（2）探索超前地质预报智能化管理。通过创建超前的地质预报中心，管理好隧道的整体工序，运用项目信息化云平台，实现超前地质预报智能化管理，提高了隧道超前预报工作效率。采用BIM、三维成像、超前地质钻孔、孔内摄影等技术，形成三维地质预报云图结果，直观准确反应前方围岩地质情况，大大降低了地质灾害事故的发生概率。

（3）探索二衬浇筑智能化管控。通过自动控制的浇筑台车，与信息化系统进行科学结合，使浇筑操作更加简单，过程可视明显，且浇筑信息数据具有可追溯性，基本实现了二衬混凝土智能浇筑管控，解决了隧道混凝土人字冷缝、振捣不密实及空洞等质量问题，确保隧道运营安全。

（4）探索养护智能化管理。配置二衬数字化养护台车，通过人机交互操作界面，自动保持和调整养护作业恒温、恒湿状态，减少了外部不稳定因素的干扰，有效提高了混凝土养护质量。同时，通过电脑智能控制系统检测，及时对养护数据进行记录和处理，实现了养护过程的信息化、可视化管理。