隧道施工技术难点问题分析——以特长隧道为例

陶益胜，刘斌，刘岩，杨家宁

（中国建筑土木建设有限公司，北京 100073）

1 引言

社会经济的发展推动了各类型工程项目规模的扩大，特长隧道逐渐成为我国交通工程的重要组成部分，拉近了各区域间的联系，促使区域经济协调发展。但特长隧道的施工条件复杂、施工难度较大，施工活动中的不确定因素较多，给施工工程的顺利开展埋下诸多隐患。本文主要探讨特长隧道施工技术难点，并针对性地提出防治措施，确保特长隧道整体施工安全。

2 项目概况

某铁路工程分两期施工，特长隧道施工作为一期工程，施工长度为1 256 km。铁路等级为客运专线，正线数目为双线。该隧道工程标准断面采用单心圆曲墙型内轮廓，线路中线与隧道中线相重合，结构左右对称。

3 特长隧道施工技术难点

根据该铁路工程特长隧道施工情况可知，技术难点涉及通风施工、塌方治理、岩爆问题以及涌水治理等。

3.1 通风施工问题

根据特长隧道施工活动的实际开展情况来看，通风施工技术难点有3 个：（1）在施工活动中主要运输方式为无轨运输，因而汽车尾气污染现象较为严重；（2）随着特长隧道挖掘长度增加，加上坡度及其他因素的影响，会导致空气流通难题[1]；（3）在隧道洞口存在二次衬砌台车与较大截面，导致施工风阻较大。以上因素促使隧道通风施工技术难以有效运用。

3.2 塌方问题

在该项目中，因为隧道地质条件复杂，加上钻探条件的限制，后期施工过程中极有可能出现新的变化，导致原先设计的衬砌结构不能满足支护要求。长时间后，围岩松动风化、地层出露，最终导致隧道塌方，严重威胁施工人员的生命安全。

3.3 岩爆问题

因为特长隧道贯穿山体较长，埋深较深，导致施工过程中极有可能出现岩爆问题。一般情况下，产生岩爆现象有两个决定性因素：地应力与岩性。尤其在该工程中，因为存在混合麻岩段，再加上部分区域埋深大于200 m，极易形成岩爆，为施工活动的正常开展埋下隐患。一旦发生抛射型岩爆，不仅会对施工人员、机械设备的安全威胁较大，对隧道的破坏也较大[2]。

3.4 涌水问题

涌水问题作为特长隧道施工活动中的常见问题，也是施工技术难点之一。若不能将此类问题有效解决，会对施工人员的生命财产安全造成严重威胁。基于此，相关人员要对该问题引起重视。

4 特长隧道施工技术难点问题的解决措施

要保障特长隧道施工顺利开展，需要结合项目需求，针对施工技术难点问题采取针对性的治理手段。笔者结合自身工作经验，通过以下内容对特长隧道施工技术难点问题的解决措施进行论述。

4.1 通风技术优化对策

要解决特长隧道施工过程中的通风技术难点问题，需要结合项目需求，采取机械通风手段。在此之前，需要对所需风量、维持洞内最小风速以及通风机工作风量进行计算。

1）施工人员所需风量

式中，Vp为施工人员所需风量，m3/min；vp为施工人员需要的新鲜风量，取3 m3/min；m为施工人数，个；K为风量储备系数，通常取1.2。

2）维持洞内最小风速所需风量

式中，Vd为洞内最小风速所需风量，m3/min；Vmin为洞内最小风速，m3/min；Smax为隧道端面面积，m2。

3）通风机工作风量

式中，V1为通风机工作风量，m3/min；P为每100 m 风管的漏风量m3/min；L为风管长度，m；V为工作面需要的有效风量，m3/min。

完成上述计算工作后，工作人员需要根据隧道项目需求，对通风方案进行确定。

1）在该隧道工程中，进洞1 500 m 处采用三级混合式通风，将1 台SDF（C）-NO12.52×110 型压风机安设在距离洞口20 m处，并且需要连接150 mm 风筒布至掌子面附近，掌子面炮响之后进行送风。在通风10 min 后基本上掌子面100 m 范围内的空气即可置换完毕.

2）衬砌台车上安装SDF（A）-NO602×22 型风机，在炮响10 min 后正式开机工作，将浊烟及时排向洞口[3]。

3）在距离掌子面500 m 处架设同样型号的风机，连接60 mm 的风筒布，直接通向洞口，以便将浊气直接排除。所有通风机设备调度需要由专人专项负责，除了在爆破工作后开展通风工作外，在出渣、钻眼及其他环节要经常性地保持通风，这样才能满足隧道的通风需求，为隧道工程后续施工活动的顺利开展奠定基础。

4.2 塌方治理

针对隧道塌方问题，施工单位需做好以下几点：

1）重视超前地质预报工作，做到心中有数，从隧道施工材料准备到施工队伍技术交底、衬砌、仰拱作业等工序调整及安全预案，都需要充分考虑项目实况，对隧道中极有可能发生塌方事故的区域提前制订方案进行防治，以便将塌方事故的影响最小化。

2）需结合项目实况，选择合理的开挖工法，针对特长隧道，常用的开挖工法有台阶法、弧形导坑法、全断面法、中隔壁法（CD）和交叉中隔墙法（CRD）法。在本工程项目中，选择CD和CRD 法。需注意，中臂的拆除是关键技术，施工单位需要对中壁的拆除时间以及拆除后的安全性进行分析[4]。通常情况下，在隧道工程施工中，基本上都是靠净空收敛与拱顶下沉维护断面稳定。因此，施工单位一旦发现隧道开挖过程中7 d内拱顶下沉增量在2 mm 以内，那么可以将此作为拆除中壁的基准，保障后续开挖工作顺利开展，防止出现塌方事故。

3）做好临时支撑工作。临时支撑虽然简单，但是十分有效，针对隧道施工过程中的不良地质区域，除了要加强支护，做好安全预案，还需结合实际情况做好临时支撑工作，防止支护结构变形。等到施工活动进行到下半断面闭合后，再将临时横撑拆除。

4）加强围岩排险工作，对工作开挖面全面观察。在开挖过程中，需要借助挖机设备排险，排险内容包括掌子面、拱顶，并且工作人员还要对开挖面进行全面观察。岩层强度、种类、变质情况、分布情况，以及断层的走向、位置，围岩是否存在坍塌现象等，都需要进行勘测，做好排险工作，充分掌握工作面情况，若在监测过程中发现不良现象，需采取针对性措施及时治理，为塌方治理工作的顺利开展奠定基础。

4.3 岩爆治理

1）做好施工准备工作。（1）对于易发生岩爆现象的地段，在开挖前需全面审核相关地质资料，以审核结果为依据，对该地段情况进行判断分析，提前做好岩爆防治的技术准备工作，为保障后续施工活动顺利开展奠定基础；（2）针对易岩爆区域的施工人员，还需要配备专业设备，如防弹背心、钢盔等；（3）在隧道支护区域还需设置专职安全员，通过施工视频监控对围岩状态进行观测，若发生险情，立刻警示通知有关人员，及时疏散施工人员[5]。

2）做好施工过程中的防控工作。在易岩爆区域施工过程中，开挖后施工人员要向洞壁以及掌子面及时喷洒高压水，润湿岩面、降温除尘，以此增强围岩塑性，在一定程度上可以减轻岩爆发生时的剧烈程度。此外，在条件允许的情况下，要对打眼车进行改造，在台车上方以及侧面设置钢绳防护网，确保施工人员安全。

3）做好光面爆破工作，保障挖洞室轮廓圆顺，避免在后期施工过程中因局部应力问题加剧岩爆。结合项目实际施工情况，对岩爆类型与大小进行明确，通过在岩爆地段洞壁打孔的方式，提前释放应力；或采用超前摩擦锚杆进行支护，起到卸压作用，释放隧道高地应力，减弱隧道岩爆强度[6]。

4）有效治理岩爆问题，需结合施工情况及时改变开挖方式。对于易发生强雷岩爆段，施工单位需预留2 m 厚的岩爆处理层，采用短进尺2 m 循环，等待岩爆过后，再进行二次爆破与支护。需注意岩爆问题对于施工人员的生命安全威胁较大，必要情况下需要及时疏散施工人员进行躲避，等待岩爆区域平静再进入施工。对于强雷岩爆区域，必须通过设置锚喷挂钢筋网以及钢拱架进行支护，为施工活动的顺利开展奠定基础。

4.4 涌水治理

为有效处理隧道涌水问题，施工单位结合项目需求，遵循截、堵、排的治理原则，以排为主做好涌水综合治理工作。在此过程中，施工单位需做好以下几点：（1）提前做好施工区域的地质勘察工作，掌握施工区域的水文地质环境，采用超前地质预报等综合手段，判断隧道中地下水的分布，掌握隧道涌水量大小[7]；（2）根据涌水量大小、水压，借助大功率排水设备，将涌水及时排出；（3）合理利用帷幕灌浆技术有效治理隧道涌水问题。要提高涌水问题治理效果，需在涌水引排、导流的情况下应用帷幕灌浆技术[8]。帷幕灌浆是指通过岩面注浆孔、超前探孔注射水泥、水泥浆等化学浆液，通过岩石裂缝挤出其间的水，进而促使化学浆液与围岩裂隙充填密实，固结为一体，形成止水帷幕。这一技术目标性强，治理效果明显。

5 结语

综上所述，在当前我国基础设施建设不断完善的背景下，交通工程规模逐渐扩大，特长隧道工程作为交通工程中的重要组成内容，因为地质条件复杂等因素导致施工难度大。在这种情况下，有关单位在特长隧道施工过程中，需充分考虑各种施工技术难点问题，采取针对性措施进行防治，以便减小施工问题带来的不良影响，保障施工人员生命安全的同时，在特长隧道施工中不断探索。