隧道施工技術(shù)難點問題分析
——以特長隧道為例

陶益勝，劉斌，劉巖，楊家寧

（中國建筑土木建設(shè)有限公司，北京 100073）

1 引言

社會經(jīng)濟的發(fā)展推動了各類型工程項目規(guī)模的擴大，特長隧道逐漸成為我國交通工程的重要組成部分，拉近了各區(qū)域間的聯(lián)系，促使區(qū)域經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展。但特長隧道的施工條件復雜、施工難度較大，施工活動中的不確定因素較多，給施工工程的順利開展埋下諸多隱患。本文主要探討特長隧道施工技術(shù)難點，并針對性地提出防治措施，確保特長隧道整體施工安全。

2 項目概況

某鐵路工程分兩期施工，特長隧道施工作為一期工程，施工長度為1 256 km。鐵路等級為客運專線，正線數(shù)目為雙線。該隧道工程標準斷面采用單心圓曲墻型內(nèi)輪廓，線路中線與隧道中線相重合，結(jié)構(gòu)左右對稱。

3 特長隧道施工技術(shù)難點

根據(jù)該鐵路工程特長隧道施工情況可知，技術(shù)難點涉及通風施工、塌方治理、巖爆問題以及涌水治理等。

3.1 通風施工問題

根據(jù)特長隧道施工活動的實際開展情況來看，通風施工技術(shù)難點有3 個：（1）在施工活動中主要運輸方式為無軌運輸，因而汽車尾氣污染現(xiàn)象較為嚴重；（2）隨著特長隧道挖掘長度增加，加上坡度及其他因素的影響，會導致空氣流通難題[1]；（3）在隧道洞口存在二次襯砌臺車與較大截面，導致施工風阻較大。以上因素促使隧道通風施工技術(shù)難以有效運用。

3.2 塌方問題

在該項目中，因為隧道地質(zhì)條件復雜，加上鉆探條件的限制，后期施工過程中極有可能出現(xiàn)新的變化，導致原先設(shè)計的襯砌結(jié)構(gòu)不能滿足支護要求。長時間后，圍巖松動風化、地層出露，最終導致隧道塌方，嚴重威脅施工人員的生命安全。

3.3 巖爆問題

因為特長隧道貫穿山體較長，埋深較深，導致施工過程中極有可能出現(xiàn)巖爆問題。一般情況下，產(chǎn)生巖爆現(xiàn)象有兩個決定性因素：地應力與巖性。尤其在該工程中，因為存在混合麻巖段，再加上部分區(qū)域埋深大于200 m，極易形成巖爆，為施工活動的正常開展埋下隱患。一旦發(fā)生拋射型巖爆，不僅會對施工人員、機械設(shè)備的安全威脅較大，對隧道的破壞也較大[2]。

3.4 涌水問題

涌水問題作為特長隧道施工活動中的常見問題，也是施工技術(shù)難點之一。若不能將此類問題有效解決，會對施工人員的生命財產(chǎn)安全造成嚴重威脅。基于此，相關(guān)人員要對該問題引起重視。

4 特長隧道施工技術(shù)難點問題的解決措施

要保障特長隧道施工順利開展，需要結(jié)合項目需求，針對施工技術(shù)難點問題采取針對性的治理手段。筆者結(jié)合自身工作經(jīng)驗，通過以下內(nèi)容對特長隧道施工技術(shù)難點問題的解決措施進行論述。

4.1 通風技術(shù)優(yōu)化對策

要解決特長隧道施工過程中的通風技術(shù)難點問題，需要結(jié)合項目需求，采取機械通風手段。在此之前，需要對所需風量、維持洞內(nèi)最小風速以及通風機工作風量進行計算。

1）施工人員所需風量

式中，Vp為施工人員所需風量，m3/min；vp為施工人員需要的新鮮風量，取3 m3/min；m為施工人數(shù)，個；K為風量儲備系數(shù)，通常取1.2。

2）維持洞內(nèi)最小風速所需風量

式中，Vd為洞內(nèi)最小風速所需風量，m3/min；Vmin為洞內(nèi)最小風速，m3/min；Smax為隧道端面面積，m2。

3）通風機工作風量

式中，V1為通風機工作風量，m3/min；P為每100 m 風管的漏風量m3/min；L為風管長度，m；V為工作面需要的有效風量，m3/min。

完成上述計算工作后，工作人員需要根據(jù)隧道項目需求，對通風方案進行確定。

1）在該隧道工程中，進洞1 500 m 處采用三級混合式通風，將1 臺SDF（C）-NO12.52×110 型壓風機安設(shè)在距離洞口20 m處，并且需要連接150 mm 風筒布至掌子面附近，掌子面炮響之后進行送風。在通風10 min 后基本上掌子面100 m 范圍內(nèi)的空氣即可置換完畢.

2）襯砌臺車上安裝SDF（A）-NO602×22 型風機，在炮響10 min 后正式開機工作，將濁煙及時排向洞口[3]。

3）在距離掌子面500 m 處架設(shè)同樣型號的風機，連接60 mm 的風筒布，直接通向洞口，以便將濁氣直接排除。所有通風機設(shè)備調(diào)度需要由專人專項負責，除了在爆破工作后開展通風工作外，在出渣、鉆眼及其他環(huán)節(jié)要經(jīng)常性地保持通風，這樣才能滿足隧道的通風需求，為隧道工程后續(xù)施工活動的順利開展奠定基礎(chǔ)。

4.2 塌方治理

針對隧道塌方問題，施工單位需做好以下幾點：

1）重視超前地質(zhì)預報工作，做到心中有數(shù)，從隧道施工材料準備到施工隊伍技術(shù)交底、襯砌、仰拱作業(yè)等工序調(diào)整及安全預案，都需要充分考慮項目實況，對隧道中極有可能發(fā)生塌方事故的區(qū)域提前制訂方案進行防治，以便將塌方事故的影響最小化。

2）需結(jié)合項目實況，選擇合理的開挖工法，針對特長隧道，常用的開挖工法有臺階法、弧形導坑法、全斷面法、中隔壁法（CD）和交叉中隔墻法（CRD）法。在本工程項目中，選擇CD和CRD 法。需注意，中臂的拆除是關(guān)鍵技術(shù)，施工單位需要對中壁的拆除時間以及拆除后的安全性進行分析[4]。通常情況下，在隧道工程施工中，基本上都是靠凈空收斂與拱頂下沉維護斷面穩(wěn)定。因此，施工單位一旦發(fā)現(xiàn)隧道開挖過程中7 d內(nèi)拱頂下沉增量在2 mm 以內(nèi)，那么可以將此作為拆除中壁的基準，保障后續(xù)開挖工作順利開展，防止出現(xiàn)塌方事故。

3）做好臨時支撐工作。臨時支撐雖然簡單，但是十分有效，針對隧道施工過程中的不良地質(zhì)區(qū)域，除了要加強支護，做好安全預案，還需結(jié)合實際情況做好臨時支撐工作，防止支護結(jié)構(gòu)變形。等到施工活動進行到下半斷面閉合后，再將臨時橫撐拆除。

4）加強圍巖排險工作，對工作開挖面全面觀察。在開挖過程中，需要借助挖機設(shè)備排險，排險內(nèi)容包括掌子面、拱頂，并且工作人員還要對開挖面進行全面觀察。巖層強度、種類、變質(zhì)情況、分布情況，以及斷層的走向、位置，圍巖是否存在坍塌現(xiàn)象等，都需要進行勘測，做好排險工作，充分掌握工作面情況，若在監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn)不良現(xiàn)象，需采取針對性措施及時治理，為塌方治理工作的順利開展奠定基礎(chǔ)。

4.3 巖爆治理

1）做好施工準備工作。（1）對于易發(fā)生巖爆現(xiàn)象的地段，在開挖前需全面審核相關(guān)地質(zhì)資料，以審核結(jié)果為依據(jù)，對該地段情況進行判斷分析，提前做好巖爆防治的技術(shù)準備工作，為保障后續(xù)施工活動順利開展奠定基礎(chǔ)；（2）針對易巖爆區(qū)域的施工人員，還需要配備專業(yè)設(shè)備，如防彈背心、鋼盔等；（3）在隧道支護區(qū)域還需設(shè)置專職安全員，通過施工視頻監(jiān)控對圍巖狀態(tài)進行觀測，若發(fā)生險情，立刻警示通知有關(guān)人員，及時疏散施工人員[5]。

2）做好施工過程中的防控工作。在易巖爆區(qū)域施工過程中，開挖后施工人員要向洞壁以及掌子面及時噴灑高壓水，潤濕巖面、降溫除塵，以此增強圍巖塑性，在一定程度上可以減輕巖爆發(fā)生時的劇烈程度。此外，在條件允許的情況下，要對打眼車進行改造，在臺車上方以及側(cè)面設(shè)置鋼繩防護網(wǎng)，確保施工人員安全。

3）做好光面爆破工作，保障挖洞室輪廓圓順，避免在后期施工過程中因局部應力問題加劇巖爆。結(jié)合項目實際施工情況，對巖爆類型與大小進行明確，通過在巖爆地段洞壁打孔的方式，提前釋放應力；或采用超前摩擦錨桿進行支護，起到卸壓作用，釋放隧道高地應力，減弱隧道巖爆強度[6]。

4）有效治理巖爆問題，需結(jié)合施工情況及時改變開挖方式。對于易發(fā)生強雷巖爆段，施工單位需預留2 m 厚的巖爆處理層，采用短進尺2 m 循環(huán)，等待巖爆過后，再進行二次爆破與支護。需注意巖爆問題對于施工人員的生命安全威脅較大，必要情況下需要及時疏散施工人員進行躲避，等待巖爆區(qū)域平靜再進入施工。對于強雷巖爆區(qū)域，必須通過設(shè)置錨噴掛鋼筋網(wǎng)以及鋼拱架進行支護，為施工活動的順利開展奠定基礎(chǔ)。

4.4 涌水治理

為有效處理隧道涌水問題，施工單位結(jié)合項目需求，遵循截、堵、排的治理原則，以排為主做好涌水綜合治理工作。在此過程中，施工單位需做好以下幾點：（1）提前做好施工區(qū)域的地質(zhì)勘察工作，掌握施工區(qū)域的水文地質(zhì)環(huán)境，采用超前地質(zhì)預報等綜合手段，判斷隧道中地下水的分布，掌握隧道涌水量大小[7]；（2）根據(jù)涌水量大小、水壓，借助大功率排水設(shè)備，將涌水及時排出；（3）合理利用帷幕灌漿技術(shù)有效治理隧道涌水問題。要提高涌水問題治理效果，需在涌水引排、導流的情況下應用帷幕灌漿技術(shù)[8]。帷幕灌漿是指通過巖面注漿孔、超前探孔注射水泥、水泥漿等化學漿液，通過巖石裂縫擠出其間的水，進而促使化學漿液與圍巖裂隙充填密實，固結(jié)為一體，形成止水帷幕。這一技術(shù)目標性強，治理效果明顯。

5 結(jié)語

綜上所述，在當前我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不斷完善的背景下，交通工程規(guī)模逐漸擴大，特長隧道工程作為交通工程中的重要組成內(nèi)容，因為地質(zhì)條件復雜等因素導致施工難度大。在這種情況下，有關(guān)單位在特長隧道施工過程中，需充分考慮各種施工技術(shù)難點問題，采取針對性措施進行防治，以便減小施工問題帶來的不良影響，保障施工人員生命安全的同時，在特長隧道施工中不斷探索。