高速公路隧道施工技術(shù)與質(zhì)量控制策略

李建榮

摘要：文章介紹了高速公路隧道的施工特性，分析了當(dāng)前隧道施工中存在的主要問題，總結(jié)了現(xiàn)階段隧道施工運(yùn)用的相關(guān)技術(shù)，并對隧道施工質(zhì)量控制要點(diǎn)進(jìn)行探討，以期推動高速公路隧道的高效施工。

關(guān)鍵詞：高速公路隧道;施工技術(shù);質(zhì)量控制

0 引言

高速公路為國民經(jīng)濟(jì)的健康可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)了強(qiáng)有力的交通保障，其工程施工一般都有較大難度，特別是遇到特殊的山區(qū)地形地貌，有必要考慮加強(qiáng)隧道設(shè)計與施工的質(zhì)量，對施工技術(shù)的要求較高。只有積極優(yōu)化施工技術(shù)，不斷提升施工質(zhì)量，才能保障隧道工程的安全性，推進(jìn)全路段的標(biāo)準(zhǔn)化施工。因此，探討高速公路隧道施工技術(shù)與質(zhì)量控制策略，具有非常重要的意義。

1 工程項目概況

柳州經(jīng)合山至南寧高速公路位于廣西壯族自治區(qū)柳州市轄柳江區(qū)，來賓市轄忻城縣、合山市、興賓區(qū)，南寧市轄上林縣、賓陽縣、武鳴區(qū)和興寧區(qū)境內(nèi)，是《廣西高速公路網(wǎng)規(guī)劃修編（2010-2020）》“六橫七縱八支線”高速公路網(wǎng)中“七縱”桂林-柳州-南寧公路的重要組成部分。項目起于柳州市洛滿鎮(zhèn)附近，接三江至柳州高速公路，向南經(jīng)里高、思練、果遂、合山、三里、澄泰、巷賢、思隴、昆侖，終于南寧市五塘鎮(zhèn)，接南寧外環(huán)高速公路，路線全長200.019 km，同步建設(shè)8條連接線113.258 km。項目主線按四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)修建，瀝青混凝土路面，設(shè)計速度為120 km/h，路基段寬為26.5 m，全線設(shè)置洛滿西、土博、里高、忻城、思練、合山、平陽、龍聯(lián)、上林東、賓陽西、思隴西、昆侖、五塘互通式立交13處，其中洛滿西、思練（預(yù)留）、龍聯(lián)、思隴西、五塘5處互通為樞紐互通;設(shè)置服務(wù)區(qū)4處、監(jiān)控分中心2處、收費(fèi)站9處（含五塘樞紐互通收費(fèi)站改擴(kuò)建1處），并設(shè)置其他交通工程及沿線設(shè)施。本文就是對該高速公路11標(biāo)段隧道施工技術(shù)與質(zhì)量控制策略進(jìn)行分析。

2 高速公路隧道的施工特性

新柳南11標(biāo)段隧道屬低山丘陵地貌，地形起伏較大，溝谷較發(fā)育。擬建隧道穿越低山丘陵山脊山谷，地面高程為259.31～764.59 m，相對高差約為505.2 m。隧道兩端丘谷較發(fā)育。隧道地表由殘坡積層覆蓋，植被較發(fā)育，主要為杉木等經(jīng)濟(jì)林木，局部地段見基巖及崩坡積巖塊出露。特殊性巖土主要為花崗巖殘積土?；◢弾r殘積土內(nèi)多分布有球狀風(fēng)化體，且土體粗粒含量較多，結(jié)構(gòu)疏松，裂隙發(fā)育，力學(xué)性質(zhì)受水的影響顯著。邊坡的抗沖蝕能力較弱，不僅水土流失嚴(yán)重，且施工特性鮮明。

（1）難度偏高。高速公路隧道主要是在山體中開鑿隧洞并縱向挖掘，因此山體的地質(zhì)結(jié)構(gòu)等方面存在很多足以影響施工進(jìn)度與效果的不確定因素。隧洞的設(shè)計寬度確定后，工程的施工空間受到限制，很多高速公路常用大型機(jī)械設(shè)備的調(diào)度應(yīng)用效率有所降低，施工過程可能遭受涌水、冒頂、坍塌、突泥、巖溶等災(zāi)害風(fēng)險，不利于整個工程施工建設(shè)。

（2）環(huán)境復(fù)雜。高速公路隧道的施工必須全面考察周圍巖體結(jié)構(gòu)、地質(zhì)條件、地形地貌、水文資源、溫度差異等環(huán)境要素，施工所處環(huán)境具有動態(tài)變化性，因此表現(xiàn)得較為復(fù)雜。隧道工程施工的繁瑣工序與復(fù)雜工藝使得交叉施工的概率加大，存在一定的安全隱患。

（3）安全事故隱患大。高速公路隧道施工過程中的事故發(fā)生概率較高，安全隱患是不容忽視的現(xiàn)實(shí)問題。施工中很多不確定的因素會增加事故概率，而事故頻發(fā)的另一主要原因在于施工過程未完全按章操作，同時全過程管理的效能不高，不同工序之間的銜接過度不暢，都可能導(dǎo)致施工事故形成。

（4）項目隱蔽。高速公路隧道工程施工中，往往習(xí)慣先完成前道工序，再開展后道工序，因而產(chǎn)生一定的隱蔽子項目，這些隱蔽項目的施工質(zhì)量會對整個工程施工質(zhì)量形成影響，需要引起重視。

（5）方案差異。高速公路的隧道工程施工，要求緊密結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際狀況來組織設(shè)計和施工。當(dāng)巖況出現(xiàn)變化時，需要對設(shè)計方案進(jìn)行必要的調(diào)整，并指導(dǎo)施工技術(shù)方案完成相應(yīng)調(diào)整。這就使得隧道工程施工的方案存在差異性，要求實(shí)時掌握施工進(jìn)度和實(shí)際地質(zhì)條件修正方案。

3 現(xiàn)階段高速公路隧道施工存在的主要問題

3.1 隧道施工的支護(hù)問題

高速公路的隧道施工中，頂幫支護(hù)是重要的施工內(nèi)容。要在隧洞縱深開挖中及時對圍巖進(jìn)行支護(hù)，若未按操作規(guī)程或技術(shù)規(guī)范實(shí)施支護(hù)，則會遺留安全質(zhì)量隱患。隧道圍巖支護(hù)要確保閉合成環(huán)以構(gòu)建穩(wěn)定的承力結(jié)構(gòu)。在一些隧道工程中，若采用臺階式開挖手段，可能拉大縱向臺階距，不利于支護(hù)的閉合成環(huán)，支護(hù)強(qiáng)度達(dá)不到要求，支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性減弱，圍巖脫離初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的可能性較大，最終形成拱腳懸空或拱頂空洞等施工質(zhì)量問題。

3.2 隧道施工的開挖問題

高速公路隧道需持續(xù)有序地進(jìn)行開挖，若施工者不注意現(xiàn)場圍巖變化情況，未認(rèn)真判斷圍巖性質(zhì)去調(diào)整爆破參數(shù)，就會偏離爆破開挖預(yù)設(shè)值，無法準(zhǔn)確滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，形成超欠挖等嚴(yán)重質(zhì)量問題。

3.3 隧道施工的防水問題

高速公路隧道施工全過程都需要處理好防水問題。若未準(zhǔn)確監(jiān)測監(jiān)控圍巖滲水量，防水操作中沒有設(shè)計針對性的施工措施，是不利于整個工程的安全施工的。一些隧道施工工程所應(yīng)用的防水材料質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，在材料的存放、使用等方面沒有保持科學(xué)規(guī)范的態(tài)度，也會給工程施工質(zhì)量帶來更多不可預(yù)知的風(fēng)險隱患。

4 高速公路隧道施工的主要應(yīng)用技術(shù)

4.1 洞口周邊及明洞施工技術(shù)

隧道洞口按照設(shè)計要求開挖的邊坡、仰坡等結(jié)構(gòu)，要抓好水土保持工作，開挖完畢后即刻組織地表復(fù)原，所有操作應(yīng)按照環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行。隧道洞口巖體或土方的開挖與支護(hù)等施工作業(yè)要充分考慮對圍巖造成的擾動性，若計劃啟用爆破手段，則需要控制好爆破范圍，降低炸藥用量。洞口的邊坡支護(hù)施工要有統(tǒng)籌意識，既要考慮施工安全性、進(jìn)度與質(zhì)量，又要考慮未來投入運(yùn)營階段的安全性及環(huán)保影響。隧道洞門的設(shè)計與施工要優(yōu)先于隧道主體工程開挖施工，應(yīng)同步完成洞門工程以及周邊排水設(shè)施的施工作業(yè)。對隧道明洞段的施工，要求通過技術(shù)手段明確掌握地形地貌特征與地質(zhì)巖土層條件后再組織開挖，要科學(xué)計算邊坡及仰坡角度，開挖作業(yè)要與支護(hù)施工同步開展，期間加強(qiáng)對坡體穩(wěn)定性的監(jiān)測監(jiān)控。

4.2 隧洞主體開挖施工技術(shù)

高速公路隧道工程的施工中，洞身主體的開挖周期較長，施工技術(shù)應(yīng)用要求多?？梢赃x擇環(huán)形開挖預(yù)留核心土法、全斷面法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、臺階法、單側(cè)壁導(dǎo)坑法、中導(dǎo)洞法的技術(shù)工藝要求組織作業(yè)。每一種施工方法的技術(shù)工藝要求都有側(cè)重點(diǎn)，如臺階法多應(yīng)用于中小跨度隧道施工，圍巖等級為Ⅲ到Ⅴ級，若圍巖等級達(dá)到Ⅵ級，則應(yīng)率先進(jìn)行預(yù)加固處理后再組織臺階式開挖作業(yè)。一般來說，單車道隧道宜采用二臺階法;地質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的雙車道隧道同樣宜應(yīng)用二臺階法;洞身斷面大或單層臺階斷面大的隧道宜采用三臺階法。通常結(jié)合實(shí)際工程施工情況總結(jié)可知，圍巖等級為Ⅱ、Ⅲ級的隧道適宜采用二臺階法，此法可降低一次性開挖斷面積，因此提高了施工進(jìn)度，增加了施工安全性。三臺階法的臺階長度一般大于隧道開發(fā)跨度，達(dá)到后者的2倍左右，此法擴(kuò)大了拱部開挖面，可抑制爆破夾制作用，利于光面開挖，且可增加支護(hù)閉合成功率。

4.3 錨桿支護(hù)施工技術(shù)

高速公路隧道施工要加強(qiáng)錨桿支護(hù)施工技術(shù)應(yīng)用，必須引起所有技術(shù)人員和施工人員的高度重視。施工者應(yīng)盡早盡快熟悉設(shè)計圖紙，對設(shè)計要點(diǎn)進(jìn)行梳理，按照設(shè)計圖紙完成放樣，標(biāo)識清楚支護(hù)施工區(qū)域的典型位置，點(diǎn)位標(biāo)識后開展鉆孔作業(yè)。鉆孔要及時清理巖層粉末、鐵銹等雜質(zhì)，在孔洞內(nèi)插入錨桿后要達(dá)到預(yù)緊力要求，并在封堵鉆孔口處及時灌漿，確保錨桿與圍巖實(shí)現(xiàn)整體加固。錨桿支護(hù)過程中，技術(shù)人員要認(rèn)真完成預(yù)緊力檢測，確保錨桿的牢固性、穩(wěn)定性達(dá)標(biāo)，且有較強(qiáng)的抗拉拔能力。在具體支護(hù)過程中，還要隨時掌握圍巖特性，對特殊條件位置使用不同功能的錨桿，如錘擊式、自進(jìn)式、管縫式錨桿等，確保整體加固效果。

4.4 混凝土錨噴施工技術(shù)

高速公路隧道施工中，圍巖支護(hù)后要及時組織混凝土噴射。從實(shí)際應(yīng)用看，錨噴技術(shù)分濕噴、潮噴、干噴三類，其中濕噴的技術(shù)優(yōu)越性較為突出，有利于增強(qiáng)混凝土噴射的粘結(jié)性，實(shí)際應(yīng)用范圍廣泛。濕噴噴射厚度應(yīng)在0.1 m以上，一般要參考鋼筋埋置距離，要均勻嚴(yán)實(shí)，可表現(xiàn)出較弱回彈力，增加圍巖支護(hù)質(zhì)量。應(yīng)用混凝土錨噴施工技術(shù)要注意：（1）結(jié)合現(xiàn)場實(shí)況選定好噴射機(jī)類型，注重噴射的均勻效果，且要達(dá)到連續(xù)性及密封性標(biāo)準(zhǔn);（2）結(jié)合作業(yè)需求選定好噴射方法，要密切關(guān)注環(huán)境條件的變化動態(tài)選擇噴射技術(shù)與方法;（3）不能過于依賴速凝劑的粘結(jié)作用，而應(yīng)科學(xué)配置混合料，提升混凝土自身性能。混凝土的潮噴施工技術(shù)有優(yōu)于干噴的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢，可改善隧道施工環(huán)境，控制速凝劑用量，利于壓縮施工成本。在噴錨作業(yè)結(jié)束后，技術(shù)人員要跟進(jìn)檢測施工強(qiáng)度、噴射厚度，并檢查是否存在空洞鼓包，發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)采取相應(yīng)的技術(shù)進(jìn)行處理。

4.5 二次襯砌施工技術(shù)

高速公路隧道工程施工常常為增加表面裝飾效果而運(yùn)用二次襯砌施工技術(shù)，此技術(shù)應(yīng)用還可增加工程安全性，有效承受圍巖外部水壓、蠕變壓力、膨脹性地壓或其他淺層荷載等壓力。二次襯砌施工技術(shù)要在定型模板臺車的應(yīng)用下實(shí)施，現(xiàn)階段多使用較為先進(jìn)的整體移動式模板臺車、全斷面液壓襯砌臺車（如圖1所示），一方面可減少立模時間，另一方面可完成墻拱連續(xù)澆筑，從而提升了施工速度，是較先進(jìn)的模板設(shè)備。二次襯砌施工多采用從下而上的順序，先墻后拱，均衡對稱分層完成澆筑，最大程度確?；炷馏w襯砌獲得高效質(zhì)量。

4.6 隧道整體防排水技術(shù)

高速公路隧道施工的防排水工作是貫穿于整個施工過程的，一般宜采用“防、排、堵、截”等技術(shù)手段，不同的技術(shù)手段可相互配合，因地制宜，按照現(xiàn)場施工作業(yè)需求完成防排水的綜合治理。隧道防排水系統(tǒng)的科學(xué)建設(shè)，可有效增強(qiáng)隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，并確保隧道投入營運(yùn)后的行車安全。具體施工時，隧道洞口施工完成后，要建立暢通可靠的輔助坑道排水系統(tǒng)，增加對地表水的排放。增加有效防水層的鋪設(shè)面積與范圍，達(dá)到良好的防水效果。在“堵”的技術(shù)施工方面，要重視地下水層的隔離，可采用超前小導(dǎo)管預(yù)注漿、圍巖預(yù)注漿等技術(shù)手段。在實(shí)際的防排水施工中，還可以在現(xiàn)場周邊鑿眼打井來降低地下水位。

4.7 超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)

超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)主要是指通過在施工過程中應(yīng)用先進(jìn)探測設(shè)備和技術(shù)手段加強(qiáng)預(yù)報隧道作業(yè)進(jìn)度，掌握異常情況，以便調(diào)整施工方案，控制施工進(jìn)度，降低施工風(fēng)險隱患，強(qiáng)化施工異常問題的處理。高速公路的隧道施工容易受到圍巖性質(zhì)與地質(zhì)條件等復(fù)雜因素的影響，因此需要廣泛開展超前地質(zhì)預(yù)報，通過技術(shù)的優(yōu)化可最大程度提供安全施工保障。隧道工程所采用的超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)主要有接觸機(jī)械鉆探、電磁探測、紅外線探測、直流電探測、高密度電探等手段，其中直流電探測適用于隧道兩幫含水構(gòu)造探測，高密度電探可探測地質(zhì)界線以及特殊的巖溶環(huán)境。隨著超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)的發(fā)展，隧道施工可能受到的未知影響將得到預(yù)判識別與控制，是提升施工安全效率的重要保障。

4.8 隧道鉆爆施工技術(shù)

高速公路的隧道施工為保障工期進(jìn)度，常啟用鉆爆施工技術(shù)。此技術(shù)運(yùn)用中，首先應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場工況選定鉆爆方法。不同的地質(zhì)結(jié)構(gòu)所要求的施爆強(qiáng)度并不一致，堅持制定合理的鉆爆方案，才能為整體施工提供可靠的安全質(zhì)量保障。通常，隧道工程的鉆爆施工具備一定的技術(shù)流程，如圖2所示。當(dāng)前，隧道鉆爆施工技術(shù)組織多選用硝銨炸藥，炸藥用量、裝設(shè)時間都有嚴(yán)格的技術(shù)規(guī)范，爆破的最終目的是保障工程結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定，降低后期施工出現(xiàn)安全事故的可能性。

5 高速公路隧道施工的質(zhì)量控制策略要點(diǎn)

5.1 逐步完善施工工藝

高速公路隧道施工必須要著眼于不斷增強(qiáng)施工質(zhì)量，擴(kuò)大工程建設(shè)效益，因此要注重通過完善施工工藝，改進(jìn)施工流程等措施提高質(zhì)量控制效果。技術(shù)人員要積極學(xué)習(xí)和借鑒當(dāng)前國內(nèi)和國外的先進(jìn)施工技術(shù)及工藝，要注重總結(jié)不同地質(zhì)結(jié)構(gòu)和圍巖條件下的隧道施工工藝，形成一定的標(biāo)準(zhǔn)化施工體系。施工人員應(yīng)主動增強(qiáng)自我見識，不斷補(bǔ)充學(xué)習(xí)新的施工技術(shù)工藝，不僅要能夠采用先拱后墻施工方法完成施工，還應(yīng)將臺階法等諸多先進(jìn)的施工工藝應(yīng)用在實(shí)際施工中，為有效強(qiáng)化施工穩(wěn)定性，增強(qiáng)施工安全性，控制施工成本提供更多的保障。

5.2 有效增強(qiáng)材料監(jiān)管

施工材料是完成工程項目的基礎(chǔ)保障。施工材料在選購階段就應(yīng)堅持與具備良好資質(zhì)的廠商進(jìn)行合作，按照施工需求選購材料。在材料進(jìn)場前，技術(shù)人員要采取必要的檢測手段完成材料抽檢，及時清除不合格產(chǎn)品，保障進(jìn)場材料的高質(zhì)量。施工階段，相關(guān)負(fù)責(zé)人員應(yīng)周期性做好材料存放地的巡查，注意防火、防潮、防盜，提高安全性。特別是對于隧道鉆爆施工所用的炸藥品，必須安排專人實(shí)施定點(diǎn)管理，確保炸藥品存放環(huán)境的安全干燥，杜絕出現(xiàn)受潮隱患或引爆事故。

5.3 科學(xué)規(guī)范設(shè)備監(jiān)管

高速公路隧道施工現(xiàn)場會應(yīng)用大量的機(jī)械設(shè)施設(shè)備，因此增強(qiáng)對機(jī)械設(shè)備的監(jiān)管也十分必要。管理人員要制定并嚴(yán)格執(zhí)行好設(shè)備管理制度，對每日運(yùn)行的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行編號登記，記錄必要的調(diào)度軌跡，避免設(shè)備長期閑置受損，同時也應(yīng)避免機(jī)械設(shè)備超負(fù)荷超時限運(yùn)作。設(shè)備維保人員要肩負(fù)維保使命，及時對機(jī)械設(shè)備進(jìn)行保養(yǎng)，對可能出現(xiàn)的故障隱患做好預(yù)判，提前更換異常零部件，及時維修受損位置，避免施工機(jī)械設(shè)備的安全隱患。

5.4 精準(zhǔn)實(shí)施人員監(jiān)管

高速公路隧道工程項目組應(yīng)注重組織所有參與人員的培訓(xùn)教育，首先應(yīng)加強(qiáng)管理人員管理理念與技能的培訓(xùn)，鞏固管理者的安全責(zé)任意識，訓(xùn)練提升應(yīng)急處置能力。其次應(yīng)加強(qiáng)施工人員施工安全培訓(xùn)和技術(shù)工藝培訓(xùn)，確保施工現(xiàn)場營造濃厚的安全作業(yè)氛圍，堅持按章操作，積極保障施工質(zhì)量。

5.5 全面推進(jìn)安全管理

高速公路隧道施工質(zhì)量的前提保障是安全，抓好了安全管理，才能贏得更多的質(zhì)量與效益。因此，施工現(xiàn)場必須堅持開展安全標(biāo)準(zhǔn)化管理，規(guī)范人的操作行為，嚴(yán)格要求佩戴安全帽等個人防護(hù)用品，并控制機(jī)、物的合理應(yīng)用。對于工程中涉及的電纜線路、通風(fēng)管道、運(yùn)輸以及行人通道等，應(yīng)建立統(tǒng)一的規(guī)劃管理模式。在隧道洞口內(nèi)外的醒目區(qū)域，均應(yīng)有效張貼宣傳標(biāo)語，明示警示標(biāo)志，設(shè)置安全格擋或柵欄。洞口附近設(shè)值班點(diǎn)，對進(jìn)出人員實(shí)施全員登記。

6 結(jié)語

高速公路隧道施工會面臨諸多復(fù)雜的影響因素，因此需要注重加強(qiáng)技術(shù)的研究優(yōu)化，并做好施工質(zhì)量控制。隨著施工實(shí)踐的不斷增多，將會有更多適用性強(qiáng)的施工技術(shù)應(yīng)用于隧道施工。而施工中注意逐步完善施工工藝，有效增強(qiáng)材料監(jiān)管，科學(xué)規(guī)范設(shè)備監(jiān)管，精準(zhǔn)實(shí)施人員監(jiān)管，全面推進(jìn)安全管理，將有助于實(shí)現(xiàn)隧道施工質(zhì)量的提升。

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