高速公路隧道施工技术及控制要点分析

张建民

（山西振兴公路监理有限公司，山西 太原 030000）

0 引言

高速公路隧道施工的作业环境相对复杂，在建设过程中极易受到现场环境以及各种外力因素的限制，并且在一些特殊地质条件的影响下，还可能导致隧道坍塌事故的发生。为此，要求作业人员在施工过程中需要重点针对各类影响工程质量的障碍因素进行分析，同时制定合理的建设施工方案，以便于能够有效解除相关问题，并确保隧道工程的顺利开展。

1 工程概况

山西省离石至隰县段是G59 呼北国家高速公路的重要组成部分，该项目LJ2 合同段全长3.0169km，起讫桩号为K15+000—K18+016.9，其中包含一座分离式长隧道项目，左线长为2.35km，右线长为2.398km。隧道左右线出口位置处于同一直线，洞口纵坡均为1.8%，采用端墙式洞门设计。现围绕隧道隰县端左线1060m（ZK15+000—ZK16+060）、右 线1090m（K15+000—K6+090）部分的施工环节展开讨论，隧道工程各主要工序进度指标如表1 所示。

表1 隧道隰县端各主要工序进度指标

2 隧道施工的控制要点

2.1 洞口段爆破开挖施工

隧道出口段黄土湿陷等级为Ⅱ级（中等）自重湿陷，自重湿陷129mm，总湿陷量138mm。在洞口开挖期间需要首先对山体坡面的不稳定岩石进行清除，同时遵循“弱爆破、短开挖、强支护、早闭合、衬砌紧跟”的原则，对洞口段进行施工。为此，在作业开展期间的首要难点便是需要控制好洞口段的爆破施工。根据现场实际情况，作业人员可以选在风化以及微风化岩结构上展开爆破作业，同时在布孔定点的过程中，作业人员需要首先对现场地势环境进行调查，充分利用临空面特点合理布设爆破点，以此减少爆破作业带来的各类影响。其中，炮眼间距布置可以参照以下公式进行计算：

式（1）中：a 表示爆破点布置的间距，m；b 表示系数，根据项目所在的岩土特性，可取值为0.8～2.3；W 表示最小抵抗线，m，其取值通常为1.05m。

在实际进行炮眼排距的过程中，通常需要保证取值范围在间距的0.85 左右，同时为了避免爆破产生的振动对周围施工设施造成影响，作业人员可以采用纵向小台阶炮眼的施工模式控制振动范围，此外在对山体边坡结构实施爆破作业的过程中，可以采用光面爆破与多层防护相结合的方式展开施工[1]。同时，严格控制药量，结合《公路隧道施工技术规范》（JTG/T 3660—2020）将炸药使用量限制在0.45～0.85kg/m3之间，并配合支护作业工序共同进行。

2.2 长隧道施工通风

隧道隰县端左右线掘进距离分别为1060m 和1090m，单头掘进距离过长，在考虑隧道施工通风问题时，采用了在隧道纵坡结构上单向布设通风管道的处理方式，然而在实际施工过程中发现效果并不理想，因此导致出现了以下主要问题：

第一，施工期间采用无轨运输的方式输送各类施工材料，而在此期间由于隧道通风效果不理想，导致车辆尾气对隧道内部环境造成了极大影响，严重阻碍了施工开展进程。

第二，作业现场的地势环境相对复杂，部分纵坡坡度较大的位置无法发挥出通风口的排风作用，因此导致污风大量积聚。

第三，由于隧道单程掘进距离过深，因此在进入施工后期时排烟与通风间距被大量延长，出现了风阻问题。

针对以上问题，现场作业人员调整了原有的串联风机布置模式，而采用射流风机与轴流风机相结合的方式，将相邻两个排风口设置为一个循环结构，并充分发挥汽车横洞的连接作用，使更多通风口组合成一个完整的循环通风体系，以此有效改善洞内的通风环境[2]。

2.3 隧道监控量测

进行洞身段施工的过程中，由于会涉及土方挖掘、混凝土输送以及支护工程等作业环节，因此对土体环境造成的扰动较大。作业人员需要根据现场实际需求，对水平收敛、地表沉降、拱顶下沉、地质及支护状态等相关数据进行全场检测，确保能够及时掌握洞内围岩变化情况，保障施工的稳定运行，同时将重要施工数据完整建档归案，以便能够在隧道项目后期维护过程中起到一定参考作用。具体实施过程中，主要采用各类信息技术工具来实现对隧道项目的全周期监测，内容包括对重要建筑构件的变形和位移情况进行判断，从而精准指导施工，并及时预报险情，以此全面加强安全管理工作。

隧道监测项目主要包括钢架拱脚下沉、周边位移及拱顶下沉、隧道爆破震动试验、地表下沉等技术指标。采用的方法为以位移监测为主，辅以力、变监测项目，按照固定周期持续采集工程数据后，采用回归函数处理配合散点图的形式对施工数据进行分析，以便能够精准掌握现场施工动态。同时在施工过程中，涉及的主要仪器包括声波仪及配套探头，钢筋应力计，测缝计，压力盒，频率计，单点、多点杆式或钢丝式位移计等相关设备。测量期间全部数据由系统自动采集管理，同时按照日报、周报、月报的频率分别向建设单位、监理单位、设计勘察单位提供测点位移或力时态曲线图，使相关部门能够随时掌握现场施工动态，并根据实际检测数据为隧道施工提供准确参考意见。时间—位移关系如图1 所示。

图1 时间—位移关系图

在获取足够的施工数据后，可以采用回归函数的方式对某一观测点的位移变化数据进行分析，以便能够确认其在接下来的施工过程中是否会出现最大位移超过临界值的问题，公式如下所示：

式（2）～（3）中：U——变形值（或力值）；

A、B——回归系数；

t——测点的观测时间（单位：天）。

3 高速公路隧道施工技术

3.1 初期支护施工

3.1.1 超前小导管施工技术。超前小导管技术是隧道施工中常用的一种加固技术，主要是针对一些松散、软软的围岩部分进行加固，并且通过混凝土注浆的方式改善洞内围岩的稳定性，使洞内原有的软弱土质或一些裂隙结构能够结成稳定的整体。

在施工过程中，作业人员首先需要保障导管的材料质量，控制其长度在500cm 左右，外径数值不可低于50mm，同时选用壁厚为5mm 热轧无缝钢管进行施工。在具体操作过程中，需要将导管一端设置为锥状，另一端则采用钢箍进行连接固定，并根据注浆距离提前设置出400mm 左右的止浆段。随后作业人员需要根据现场的地质勘测报告找到对应的注浆位置，并按照设计图纸及规范要求设置孔位以及孔距。完成孔位设置后，工作人员需要进行清空处理，将孔内石渣泥土清空之后，使用牛角泵展开注浆作业。施工过程中需要控制好设备的压力参数，使其稳定维持在0.7～1.0MPa 之间，作业需要持续15min 以上才可停止施工[3]。

3.1.2 锚杆施工技术。隧道掌子面施工的过程中，可以采用φ22mm 螺纹钢砂浆锚杆和φ25mm 中空注浆锚杆进行加固。前者主要是使用套丝机将锚杆加工出12cm 的长螺纹，并在结束混凝土初喷之后，按照梅花形桩位设置锚杆，以此起到良好的加固作用。在钻孔作业期间，作业人员需要控制好孔口的垂直度，防止孔位出现倾斜，同时利用高压风机等设备将孔内残渣全部清除之后，利用锚垫板与螺栓固定锚杆，锚垫板要紧贴岩面，防止后续注浆过程中造成锚杆移动。而在对后者进行施工的过程中，作业人员需要严格控制压浆速度，调整设备的压力参数在0.5～1.0MPa 之间，注浆密实，注浆量符合要求，并防止锚杆在施工期间受到损坏[4]。

3.1.3 钢拱架施工。施工过程中可以按照1∶1胎模放置型钢，以保证钢架的连接性与稳定性。型钢的材料符合设计要求并检验合格，将其按照设计规格分别放置在对应的连接单元之后，使其形成一道完整的钢拱架，并在拱脚处与平铺槽钢进行连接，从而起到支撑加固效果。拱脚处槽钢严格按照设计加工安装，置于牢固的基础上，从而起到理想的加固效果。同时，各个连接单元的轮廓误差应控制在±3cm 以下，且在完成构件试拼处理并在地面水平放置时，连接件各个部位的翘曲误差不应超过±2cm。

3.2 洞身开挖施工技术

明洞开挖、支护完成，边仰坡稳定后方可进行暗洞施工。其中，明洞段施工过程中需要先清除坡面不稳定碎岩，尽量在小范围内展开挖掘作业，必要时需要立刻对作业面周围的不稳定坡面采取加固措施，以便能够顺利开展后续施工作业。若作业面周围岩体、坡面较为稳定，可以一次性完成洞口、明洞以及回填作业，确保减少对仰坡面造成的扰动。若施工过程中存在其他干扰因素，可以在暗洞展开作业30～40m后，对其洞口位置的1～2 模进行二次衬砌。

暗洞作业期间采用了新奥法施工工艺，具体施工流程为：对洞身围岩段进行分级，根据每一级的不同情况分别制定合理的施工措施，如遭遇特殊情况需要对施工方案进行特殊处理时，则应先联系设计单位与技术人员对洞身围岩的力学特征进行分析，随后根据现场实际情况做出相应处理。其中，Ⅲ级围岩段拟定的施工方案为全断面或台阶法开挖。Ⅴ级围岩段则采用弧形导洞留核心土或单侧壁导坑法进行开挖。施工前需要做好超前支护措施，并且需要根据作业面地质情况，合理控制好上下断面之间的距离。如深埋段断面间距控制在8～10m，黄土浅埋段需要控制间距在3～5m，石质浅埋段需要控制间距在5～10m。Ⅳ级围岩段采用上下台阶或环形预留核心土开挖，具体做法为正式开挖后可以按照两台阶开挖法施工，每级作业面长度大约控制在4m 左右，每完成上一级的施工后，需要对作业面做好支护处理，避免对下一级施工造成影响。同时，作业人员需要以0.5～1.2m 循环进尺为标准，对挖掘面的纵向以及水平情况进行测量，避免在施工过程中产生较大误差。

3.3 二次衬砌施工

二次衬砌采用泵送混凝土和整体式模板台车的机械化配套施工方案，施工之前需要对围岩的变形情况进行监测，在确定其整体数值达到稳定之后才可进行施工。在施工期间同样需要保证洞内排水系统的设置，避免对施工带来扰动，严格按照设计图纸使用EVA 防水板和土工布对洞内展开进一步的防水处理，以此确保能够提高施工质量，同时需要在此期间完成管线的预设与埋放施工。

整体式钢模立模长度大约在12m 左右，拼装完成后进行验收，符合设计轮廓线要求，在其周围设置环形排水盲沟以及纵向排水管，使洞内积水能够快速排出，从而为后续施工创造良好条件。随后在进行浇筑的过程中，作业人员需要保证一次性完成作业，避免期间产生较长间隔而影响施工质量，同时采用外拉内顶的方式对钢模进行固定处理，避免浇筑期间导致模板位置移动。完成主体部分的浇筑作业后，工作人员需要进一步对顶部以及临时支护设备留下的缝隙进行填筑，待混凝土整体强度达到2.5MPa 之后才可进行拆模。

4 结语

本文讨论了在高速公路隧道施工项目中相关的控制要点以及施工技术，强调施工单位需要正确认识隧道施工的复杂性与风险性，同时严格按照行业技术标准，对隧道工程的施工流程进行全面把控，从而有效提高施工质量，并减少隧道施工中的意外事故。