高速公路隧道施工重难点分析——以敦当高速试验段一标项目为例

朱培盛

(华邦建投集团股份有限公司，甘肃 兰州 730000)

1 施工总体部署

为了保证工程的顺利实施，应在施工过程中，做好对组织机构的设置、总体施工目标的设计、施工场地的规划等工作。下文将以此为研究切入点，对施工总体部署展开研究[2]。例如，施工中要实行公司、项目经理部和作业班组三级管理模式，以此为标准，对施工组织机构现有作业模式进行优化，如图1所示。

图1 施工组织机构作业模式的优化

按照图1所示进行施工组织机构作业模式的设计，在此基础上，提出此次工程工期方面的目标为：42个月。隧道工程各主要工序进度指标见表1。

表1 隧道工程各主要工序进度指标

除上述提出的内容以外，应做好施工队伍的驻地安排，考虑到项目所在地为牧场，无民房可租，且当地为高原寒区，冬季需集中供暖，工人驻地由项目部统一集中搭盖彩板房，供工人住宿[3]。同时，在施工作业现场设置坡面防护及排水设施，弃渣场满足当地国土植被保护、环保、水保要求。拟在隧道进场口两端各建一个钢拱架和钢筋加工棚，拱架加工及钢筋合并建在一起，根据现场地形及施工需要，加工棚尺寸为长70 m、宽25 m，将此部分区域划分为成品与半成品分隔存放区域[4]。

此外，高速公路隧道施工项目在作业过程中投入的主要机械设备见表2。

表2 高速公路隧道施工项目投入的主要机械设备

2 高速公路隧道施工重难点分析

2.1 洞口段爆破开挖施工

针对本文敦当高速试验段一标项目，其第一个施工重难点在于洞口段的爆破开挖施工。针对这一结构的开挖，可选择在风化以及微风化岩结构上完成爆破开挖施工[5]。在对爆破开挖进行布孔时，应当实现对天然临空面的合理使用，同时在施工中不得出现地面贯穿裂缝，以免产生漏气问题对最终的爆破效果造成影响。炮眼之间的距离设置，可按照下述公式计算得出：

a=b·W

(1)

式中：a为炮眼之间的距离，m；b为系数，通常b的取值在0.8～2.3；W为最小抵抗线，m，通常W的取值为25d，即1.05 m。针对炮孔排距的设置，应当按照间距的0.85进行取值。在爆破施工过程中，石方爆破最容易产生破坏，并且进一步造成爆破震动和飞石现象产生，对于周围民房以及临时施工设备而言会造成一定负面影响，因此在施工的过程中应当重点针对这一问题进行防范[6]。为了进一步提高施工安全性，应将爆破影响范围控制在合理范围内。具体而言在控制过程中应当按照如下步骤实施：首先，针对需要进行施工的区段，应当选择纵向小台阶炮眼对其进行爆破控制，针对其边坡结构应当通过光面爆破与多层防护综合爆破相结合的方式实现，以最大限度地减小爆破的震动[7]。其次，合理控制一次爆破时所需的药量，在确保达到理想爆破效果的情况下，通过减小用药量能够在极大程度上减小爆破的震动。

2.2 洞身段钻爆施工

在完成对洞口段的爆破开挖施工后，针对洞身段钻爆施工重难点进行分析。针对本文敦当高速试验段一标项目，将《公路隧道施工技术规范》作为这一施工内容的重要依据。对炸药使用量进行调整，尽可能将其控制在0.45～0.85 kg/m3[8]。同时，在进行钻爆设计时应当结合本项目中的开挖机支护作业工艺流程进行对各级围岩爆破参数的设定[9]。敦当高速试验段一标项目开挖机支护作业工艺流程示意图如图2所示。

图2 敦当高速试验段一标项目开挖机支护作业工艺流程示意图

在对装药结构进行布置时，应当采用跳段布置的方式完成。针对多个导爆管的设置，可将多个导爆管安装在同一个雷管上，以此形成一个包含两个级别层次的爆破网。

2.3 长隧道施工通风

针对本文敦当高速试验段一标项目中的长隧道部分，为实现其施工通风，选择在隧道纵坡结构上采用单向的纵坡布设方式。由于该项目中隧道单头掘进距离较长，施工环节中通风存在以下重难点问题：首先，在对各类施工材料进行运输时，需要采用无轨运输的方式，车辆在运行时会产生大量的尾气，对周围施工环境造成严重的污染，因此为了确保施工环境的洁净，这一段通风需求量更大；其次，坡度极大位置对于污风的排放而言会产生十分不利的影响；最后，隧道整体长度较长，通风和排烟的距离较长，通风过程中风阻相对较大。

针对上述重难点问题，若采用常规的串联风机进行施工通风，将无法达到预期的通风效果。因此，结合上述分析，可采用将两个相邻洞集中为一个循环结构的方式，并通过射流风机与轴流风机相结合，实现施工通风[10]。通过上述通风方式的设置，可以利用汽车横洞作为连接桥梁，将左右两个相邻洞看作是一个完整的循环通风体系。

2.4 长隧道施工供配电

由于敦当高速试验段一标项目单头施工较长，采用常规的低压线路供电会造成电压降低量较大，使得洞内各类用电施工设备无法正常运行，影响施工。当电压降低到施工设备的安全电压以下时，设备会无法正常运行，甚至造成过热、烧坏的问题产生，进一步影响施工的安全性。在洞中使用的设备包括混凝土喷射机、混凝土输送泵等，为了确保在洞内施工时有充足的电源供应，必须减少电压降，因此可采取以下集中供配电措施解决这一重难点问题：

首先，为了能够有效减少电压降，增大线路流量，可在施工洞中选用95 mm2铜芯线作为供电线路，并将照明线路与动力线路进行合理区分，采用三相五线的方式完成对各个线路的铺设。

其次，在施工过程中若出现施工长度大于1 500 m的情况，则需要引入高压线在洞中，并完成对相应施工设备的电路连接。针对高压线材料的选择，同样可采用95 mm2铜芯，但需要选择高压绝缘电缆线。针对施工过程中不可避免的设备移动问题，应当在移动前进行暂时停电处理，并针对高压电缆线采用专用接头进行连接，通过专用绝缘材料包对其进行密封处理。

3 实 证

掌握此次工程在施工中的重难点后，按照上述提出的内容，对高速公路隧道施工方案进行整改与优化，并对比施工方案在优化前后的作业效果。实验前，进行工程工况的分析，隧道进出口两段洞门形式均采用端墙式洞门，隧道桩号为(ZK278+351)—YK278+772(ZK292+795)，总长4 422 m(4 444 m)，隧道进口段二衬表面铺设保温层扩大断面，隧道单线最大涌水量约为4 026 m3/d。为了保证隧道工程的顺利实施，需要在施工前，对施工作业区域进行地质勘查，勘查后发现敦当隧道左右线围岩由Ⅴ级、Ⅳ级、Ⅲ级组成，隧道围岩主要集中分布在Ⅳ级：左线2 960 m，占隧道总长的66.65%；右线2 900 m，占隧道总长的65.64%。隧道主要穿过含榴黑云石英片岩、变粒岩及覆盖层，隧道最大埋深为460 m，最小埋深为20 m，整体完整性较差。

工程施工区域的地质环境较为复杂，覆盖施工作业区域的岩土层中含有大量中岩组(Zcdhb)，细粒变晶结构，夹薄层大理岩，局部与变粒岩呈相变过渡接触，相互穿插，产状140°～170°，角度在50°～74°，呈片状-层状结构，结构一般～较好，岩性坚硬，岩体较完整，属坚硬岩，受区域断裂构造影响，小型褶皱及柔皱发育。该地层与下伏变粒岩呈整合接触。下岩组(Zcdha)隧址区出露岩性主要为变粒岩，与上部含榴黑云石英片岩接触，细粒变晶结构，局部与片岩呈相变过渡接触，相互穿插，层状结构为主，层理与节理较发育，结合一般，单轴饱和抗压强度一般为40 MPa，属较坚硬岩，受区域断裂构造影响强烈，褶皱发育，岩体破碎，产状130°～170°，角度在88°～85°、305°～315°，63°～71°，产状多变，形成多个背斜及向斜构造。

参照上文长隧道施工通风设计中的噪声指标，使用符合GB/T 3785.2标准要求的噪声测试分析仪，对隧道施工中的噪声进行分析。对比施工方案优化前后，施工现场的噪声值下降明显，如图3所示。

图3 施工方案优化前后现场噪声值

从图3可以看出，按照本文提出的措施进行施工现场作业行为的优化与整改，可以保证现场多个区域的噪声被控制在90 dB以下，降低了由于施工造成的社会环境噪声污染。

4 结束语

本文以敦当高速试验段一标项目为例，开展高速公路隧道施工重难点分析，按照上述提出的内容，对高速公路隧道施工方案进行整改与优化，对比优化前后施工现场噪声值，发现此次设计解决了由于施工造成的社会环境噪声污染。为了实现对与之相关工作在实施中的优化。应在施工中，不乱伐树木，不破坏自然生态，采用低噪声风机以减小噪声，改善行车条件；对于施工及生活中的污水或废水集中进行沉淀，在隧道口和生活区分别设置沉淀池，施工和生活用水经沉淀净化后方能排放；出渣车装渣适量，禁止洞渣等废弃物散落道路面上。根据项目当地气象部门发布的气象数据，项目所在地冬季时间较长，每年9月份至来年4月份有冻土，最大冻深达1.78 m，冬季施工措施难度大，做好临建设施是确保该工程冬季施工的重点所在。冬期施工不同于常规施工之处主要在于室外施工时对混凝土、砂浆等的温度控制，因此，为确保工程项目施工正常进行，进行洞外混凝土、钢筋等施工时应采取特殊防范措施，当气温低于-20 ℃时不得施焊。