公路隧道绿色环保进洞施工技术探讨

2024-06-08李家亨

大科技 2024年20期

李家亨

（四川川交路桥有限责任公司，四川德阳 618300）

0 引言

为了能够更好地满足人们的交通需求，国家以及地方政府都加大了对公路建设的投资力度，因此在公路建设中出现了越来越多的隧道工程。由于我国经济发展速度较快，所以在公路建设过程中隧道工程数量也在不断增多。但是在隧道工程建设过程中会涉及一定范围内的山体，因此对于山体开挖和防护工作是一项较为重要的工作内容。这一过程中如果不注重保护环境、破坏生态平衡就会给工程带来极大危害。

1 工程概述

某公路隧道工程在建设过程中，需要在隧道进口和出口之间的山体中开挖隧道。进洞施工过程中，必须要在确保山体稳定的情况下进行，同时还要考虑到隧道长度以及工程质量等因素，因此进洞施工时需要对山体进行有效保护。根据项目实际情况可知，该公路隧道工程是一个单线隧道工程，长度约为300m。在进洞施工时，需要采用一种绿色环保进洞施工技术，以减低对周围环境造成的影响和不足。

2 公路隧道进洞施工对绿色环保施工技术的需求

进洞施工是公路隧道施工的关键环节，同时也是公路隧道施工的主要难点和重点，影响公路隧道进洞施工的因素比较多，会同时受到地形地貌、地质条件、气候条件、周围环境等多种因素联合影响。再加上近年来，环境保护事业的快速发展，对生态保护效果提出了更高的要求，这就使得公路隧道进洞施工对绿色环保施工技术的需求愈发突出，主要体现在以下方面。

（1）节能减排。隧道建设过程中，特别是在正洞开挖环节，能耗占比高达90%以上。因此，采用高效节能的施工方法和设备，如TBM 掘进机等，能够显著降低能耗和减少排放。

（2）资源节约。在隧道建设中应注重资源的合理利用，包括材料的选择、使用以及废弃物的回收再利用，减少对自然资源的消耗。

（3）环境保护。施工过程中应采取措施减少对周边环境的影响，例如，实施“零开挖”进洞施工方法，以保护生态环境并减少对自然景观的破坏。

（4）安全耐久。确保隧道工程的安全性和耐久性，减少长期维护成本和可能的环境风险。

3 绿色环保进洞施工技术方案选择

在公路隧道绿色环保进洞施工中绿色环保施工技术方案的选择是否科学合理直接关系到最终绿色环保施工的效果，在选择绿色环保施工技术时，需仅仅围绕如何在保证施工安全、资源节约和环境保护的前提下，采用新技术、新方法实现隧道建设的绿色化、低碳化。就案例工程而言，适合本工程进洞绿色环保施工的技术方案有以下3 种。

方案一：零开挖进洞施工技术。这是一种创新的施工理念和技术，通过减少对自然环境的破坏，实现隧道建设过程中的环保目标。这种技术能够在不进行大规模开挖的情况下，完成隧道的进洞工作，从而保护了地质结构和生态环境。

方案二：前置式洞门施工方式。这是一种具体的实施方法，通过在隧道入口处预先建造一个结构，然后利用这个结构作为支撑点进行隧道的延伸，实现了真正的零开挖。这种方法不仅减少了对周围环境的影响，还提高了施工效率和安全性。

方案三：装配式建造技术。这是一种将隧道各个部分在工厂内预制好，然后运到施工现场进行组装的技术。这种方法不仅可以提高施工效率，减少现场施工对环境的影响，还能降低材料损耗和废弃物产生，符合绿色低碳的要求[1]。

进洞施工区域内主要为黄土土质，并且伴有岩石风化、剥落现象。除此之外，该区域内的岩石中含有大量的泥质以及黏土等物质，而且岩层中还存在一定程度的断层、裂隙和溶隙。因此在施工过程中存在较大风险，一旦发生地质灾害就会对工程造成巨大影响。综合对比3 种进洞绿色环保施工技术的优缺点和应用范围，方案一更加契合本工程进洞施工。

4 零开挖进洞施工技术的应用要点

零开挖进洞施工技术主要是通过一系列精心设计的步骤和技术措施，实现了对环境的最小影响，同时也保证了隧道施工的安全性和效率。因此，在实际应用中必须充分结合工程特点和现场条件，来严控每个施工细节，才能保障进洞施工任务得以高效、安全、绿色环保的完成。

4.1 做好洞口防护工作

在进洞前，需对地形地质情况进行勘察，对进洞位置的山体坡度、植被分布情况进行勘察，以此确定施工方案。在该公路隧道工程施工过程中，需要做好洞口地质情况勘察工作。此外在该隧道进洞施工前还需要做好相应的洞口防护工作。主要包括以下方面。

（1）对于洞口位置的山体进行全面勘察，并且做好防护工作，避免出现滑坡、坍塌等情况影响公路隧道建设质量。

（2）在施工过程中需要加强对洞身周边岩层的观察，并且做好围岩分级工作。

（3）于洞口位置的山体进行开挖和支护工作。除此之外还需要注意的是在公路隧道进洞施工过程中对隧道洞口位置的山体进行开挖时，一定要按照相应的设计方案进行开挖，避免出现山体崩塌等情况。

（4）在对山体进行开挖时还需要对边坡进行稳定性控制工作，而对于公路隧道进洞施工区域内的植被进行合理保护。

4.2 做好超前支护

由于本工程进洞口所在位置地质条件比较复杂，影响进洞开挖施工安全、质量的因素比较多，未给隧道进洞开挖提供良好的条件，并降低对周围环境造成的影响，需在进洞开挖前，切实做好施工超前支护工作，在进洞口施工位置，体现形成一个封闭围岩支护体系。结合本工程所在区域的地质条件和地形地貌，采用大管棚支护可实现对不良地质的有效加固，为后期施工提供良好的施工条件。为提升超前支护施工效果，应用大管棚超前支护技术时需高度重视以下4 点。

（1）为保证进洞施工能够安全、顺利的进行，必须严格按照规范设计要求，于洞口段环形布置大管棚，管棚采用直径为89mm 的无缝钢管，壁厚不应小于6mm，环向布置23 根，每根管棚的长度控制在35m 左右，环向间距控制在40cm 左右，外插角控制在1.5°左右。孔口管宜采用热轧无缝钢管，外径不应小于114mm，壁厚不能小于5mm。

（2）综合考虑本公路隧道进洞口的围岩情况，还需在洞口位置安装上3 榀I20 导向墙，作为隧道进洞施工的钢拱架，严格按照每隔50cm 的间距进行布置，通过焊接的方法连接牢固，并用长度不小于4m 的锁脚锚管将其锁定锚固。

（3）针对长度超过1m，直径为114mm，壁厚为5mm的导管，可按照1.5°的外插角将其牢固的定位在指定位置，并用直径不小于22mm 的连接钢筋，将导管和钢拱架通过焊接的方法固定到一起，以提升超前支护效果[2]。

（4）当导向墙混凝土浇筑完成之后，需及时跟进混凝土喷射，以采用C25 混凝土进行湿喷，喷射厚度不应小于15cm，湿喷混凝土的主要作用是实现对仰坡面的全部封闭，作为大管棚支护时止浆墙。在注浆操作施工中，为最大限度上提升注浆效果，以采用间隔注浆方法，先浇筑奇数大管棚，再浇筑偶数大管棚。

4.3 隧道开挖施工

在公路隧道进洞段施工中，结合现场实际情况，可用的开挖方法有以下3 种。

第一种，台阶法。台阶法是目前我国公路隧道进洞施工中比较常见的一种方法，这种方法适用于坡度比较平缓的隧道进洞施工过程中，但是这种方法存在一定的局限性。由于台阶法需要开挖多个工作面，并且对围岩稳定性要求也较高，因此在实际应用过程中容易出现安全隐患。

第二种，反台阶法。反台阶法是一种较为先进的公路隧道进洞施工方法，这种方法主要是在隧道进洞之前先在地面上开挖一个工作面，然后在工作面上进行进洞作业。这种方法适用于坡度比较大、围岩稳定性较差以及坡度比较陡的隧道进洞施工过程中。

第三种，新奥法。新奥法是一种比较先进的公路隧道进洞施工方法，其应用范围非常广泛。

就案例工程而言，影响进洞施工效果的因素比较多，为降低进洞开挖效果和对周围环境造成的影响，需等大管棚支护完成，且强度达到设计要求后，方可进行进洞开挖操作。本工程进洞开挖时采用了两台阶开挖技术，同时考虑到围岩较为破碎，宜采用减震爆破技术，以最大限度上降低对隧道周围围岩稳定性造成的不良影响。

由于本工程洞口段地质条件较为复杂，且影响最终开挖效果和安全的因素比较多，为提升爆破效果，在实际开挖施工中必须严控以下4 点。

（1）应采取上下台阶法开挖。这种方法通过缩小开挖断面和爆破进尺，有效减少爆破对周围岩体的扰动。这种方法不仅能够降低对岩体的破坏，还能够提高施工效率，保证开挖质量。

（2）采用微差爆破技术。这种技术严格控制总装药量和单段最大起爆装药，能够显著减小爆破对岩体的扰动，提高爆破效果。通过精确控制装药量和起爆时间，微差爆破能够产生更少的裂缝和破碎区，有利于保持岩体的整体稳定性[3]。

（3）光面爆破技术的使用也至关重要。该技术通过优化爆破参数，确保开挖轮廓线光滑平整，有效减少应力集中现象。这不仅有利于开挖面周边的初期支护稳定可靠，还能够提高整个洞室的安全性。

（4）合理控制炮眼间距、装药量及起爆时间间隔也是提升爆破效果的关键。通过精确计算炮眼间距和装药量，以及合理安排起爆时间间隔，可以使爆破后的岩碴块度均匀，从而达到快速出碴和初期支护尽早封闭的效果。同时，加强炮眼堵塞也是必不可少的措施，它能够防止炸药气体泄漏，提高爆破效果。

4.4 隧道支护

考虑到隧道洞口围岩破碎的复杂特性，为确保隧道施工的安全与稳定，本工程采取了超前大管棚加固措施。这一举措不仅增强了隧道初期支护的参数，还确保了二次衬砌的及时施工。通过这一系列的加固措施，隧道初支与围岩得以形成稳固的整体结构，从而保障了隧道的安全。在超前大管棚加固支护技术基础上，还加强了隧道初期支护参数的设计。这包括对支护结构的材料选择、截面尺寸、布置方式等进行优化，以提高支护结构的承载能力和稳定性。同时，还严格控制了支护结构的施工质量，确保每一道支护都能发挥其应有的作用。除了加强初期支护参数外，还需及时施作了二次衬砌。二次衬砌作为隧道的主要承载结构之一，其施工质量直接关系到隧道的安全。因此，在施作二次衬砌时，严格控制了材料质量、施工工艺等方面，确保二次衬砌的施工质量符合设计要求[4]。本工程初期支护采用设计参数如下：拱墙锚杆采用了直径为22mm 的砂浆锚杆，其长度为3m，锚杆间距按照1.2m×1.0m 的距离进行布置，钢筋网由直径为8mm 的钢筋编制而成，钢筋网格按照边长为25cm 的网口直径进行布置，初喷混凝土厚度不能小于22cm，支护措施宜采用I16 型钢钢架，拱架间距需按照1m 的间距进行布置。而在二次衬砌施工中，拱墙的混凝土喷射厚度应控制在35cm 左右，底板混凝土浇筑厚度则需控制在25cm 左右。

4.5 隧道洞门施作

在进行暗洞开挖掘进时，爆破作业是不可避免的。然而，爆破产生的震动和冲击波可能会对洞顶围岩的稳定性造成破坏，导致围岩松动，甚至发生滚石。这些滚石一旦落下，不仅可能砸伤工作人员，还可能破坏施工设备，造成严重的安全事故。因此，在挖掘深度达到20m 后，及时进行洞门施工显得尤为重要。洞门施工可以有效地固定洞顶围岩，增强其稳定性，从而防止滚石等安全事故的发生。同时，洞门施工还能为后续的暗洞开挖掘进工作提供一个安全的施工环境，保障施工的顺利进行。

具体的洞门施工过程中，除了要选择合适的施工方法和材料外，还需要严格遵守施工规范和安全操作规程。例如，在洞门施工前，应对洞顶围岩进行详细的地质勘察，了解其结构特征和稳定性状况；在洞门施工过程中，应对围岩进行实时监测，及时发现和处理可能存在的安全隐患[5]。洞门施工完成后，还应对洞门结构进行质量检测，确保其符合设计要求，能够有效防止滚石等安全事故的发生。