长大隧道施工要点探讨

摘要：隧道是一个狭长的地下建筑物，正常情况下，只有进、出口两个工作面，相对于桥梁、线路工程来说，施工速度比较面，工期比较长，一些长大隧道往往会成为控制全线通车的“关键性工程”，或称“卡脖子工程”，由此可见长大隧道施工在一项道路工程所占的重要比重。本文现就长大隧道施工技术要点做简要探讨并加以合理分析。

关键词：长大隧道 施工机械化 系统

一、前言

为加快长大隧道的施工进度，我国在以往的隧道建设中，通常是利用平行导坑、横洞、竖井及斜井等所谓的辅助坑道，增加工作面，实现“长隧短打”。由于平行导坑很少被扩建为“H”线，因此，这种做法的费用很高。在国外，4～6km的隧道一般不设辅助坑道，尽量减少辅助坑道，充分发挥进出口的功能，降低造价。目前，我国隧道的独头施工长度也在逐渐增加。因此，在工作面数目一定的条件下，如何加快隧道的掘进进度是十分重要的，而掘进速度与所选择的掘进方法密切相关，隧道的掘进方法基本上可以分为矿山法、掘进机法、沉管法、顶挖法、明挖法等。

矿山法，因最早应用于采矿而得名。由于多数情况下，矿山法都采用钻眼爆破进行开挖，故又称钻爆法（Drilling and blasting），它包括传统的矿山法和新奥法，有时为了强调新奥法与传统矿山法的区别，将其从矿山法中分出，另立系统。

掘进机法包括隧道掘进机（Tunnel Boring Machine）法和盾构掘进机（Shield Tunneling Machine）法，前者适用于岩石地层，后者适用于土质围岩。

沉管法、顶挖法、明挖法主要适用于修建水底隧道、城市地铁及埋深很浅的山岭隧道等。

因此，可供特长山岭隧道选择的只有钻爆法、隧道掘进机（TBM）法及钻爆和隧道掘进机（TBM）法相结合的掘进方法。

二、工程前的造价分析

现行的《公路工程概算定额》、《公路工程预算定额》中，隧道工程一章中的“机械开挖自卸汽车运输”是根据新奥法的原理编制的，故按新奥法设计和施工的公路隧道的造价编制和计量支付，只能以该部分定额作为计算依据。

隧道工程一章中的“人工开挖（手推车运输）}”和“机械开挖轻轨斗车运输”两向是根据矿山法施工的技术特点制定的，它是按矿山法设计和施工的公路隧道编制造价和计量支付而定依据。

由于明挖法施工的隧道，其主体结构施工与地面上的工程施工相似，因此，现行定额中未编制专门的定额项目。故编制明挖法施工的公路隧道的造价和进行计量支付时，应分别按路基工程和桥涵工程中类似的定额项目作为计算依据。

三、特长隧道的施工机械化配套

长大隧道要实现快速施工，必须做好机械配套工作。施工机械化配套原则包括：施工机械与施工方法配套；动力选型以电-液为主；单机选型要考虑质量可靠、高效、经济合理、维修方便、机械设备生产能力匹配。

机械配套必须注意解决的以下几个关键问题：

1施工进度既取决于机械化程度和配套设备的生产能力，更取决于机械设备的管理，有效地将设备的故障停机率降低到最低限度，以保证施工生产的正常进行。

2、要解决好零配件与整抓的寿命匹配问题，尤其是一些部件备品，要有一定的预见性，现场应备足。

3、要解决好施工机械设备的配套衔接问题，大型设备进洞，必须考虑与之相适应的运输设备和通道。

4、应将洞内通风防尘与防排水机械纳入机械化配套中。

5、应根据实际情况和工程需要准确调整好开挖运输、喷锚支护、防水衬砌三条作业线工序和合理间距，尽可能减少施工各环节的互相干扰。

在施工前期阶段，应按照建设任务、施工管理的特点将隧道建设项目进行逐级划分。特长隧道可按照标段的划分为若干单位工程；长隧道每座可作为一个单位工程；同一标段的若干中、短隧道可合并为一个单位工程，然后加权平均进行汇总。隧道的分部工程按照结构部位、施工的特点及任务划分，一般包括隧道总体、洞身开挖、支护、防排水系统、二次衬砌、明洞、洞口、路基路面、以及通风、照明附属设施等。

四、特长隧道的施工通风问题

隧道施工中，由于钻眼、炸药爆破、装渣、喷射混凝土、内燃机械和运输汽车的排气、开挖时地层中放出有害气体等因素，使洞内空气中氧气含量大大减少，且混杂各种有害气体与粉尘，造成洞内空气污浊。随着隧道开挖不断向山体深处延伸，洞内温度和湿度相应提高，对洞内作业人员的健康产生较严重的影响。在金寨特长隧道分段独头掘进，人工钻爆法开挖，无轨运输的情况下，施工通风难度大。

利用钻爆法进行隧道施工时，凿岩、爆破、装运石渣、喷射混凝土（特别是干喷）等作业及运输机械的开动，会产生大量粉尘和有害气体，如CO和NO2等，煤系地层中的隧道，还存在瓦斯，致使洞内空气质量严重恶化。污浊的空气不仅有损于施工作业人员的身体健康，降低工作效率，影响洞内照明，而且还会因洞内缺氧，使内燃设备效率降低，废弃排放量增多，使空气质量进一步恶化。

射流通风是一种较理想的纵向式通风，有许多方面综合形成的整体优势中，对气流状态所具有的调控能力是其显著特点之一。利用射流风机的调节作用，部件可在大范围内进行不同幅度的速度调节（增大或减小），而且还可按照要求控制纵向气流的方向（正向与逆向）。同样，通过风机调节也可改变火灾气流的状态，烟雾的扩散特性也随之改变。

五、特长隧道施工时的地质灾害问题

由于受到内力和外力地质作用的联合影响，风化卸载带及其附近的新鲜岩带内各种成因、不同序次的非连接结构面十分发育，使其成为岩石圈中连续性、整体性最差的圈层。同时，该层位又是地下水最主要的赋存场所，地球的陆地部分就像被笼罩在一层饱水的海绵里一样。

此外，来自地核的热能还能通过传导、对流等方式向地表散射，即存在所谓的低温梯度。不仅如此，地球表面还存在一系列地温异常区，构造发育的褶皱山系就是地温异常的多发区之一。煤层、煤系地层时十分普遍的岩性组合之一，作为隧道围岩，其中蕴含的瓦斯对于隧道施工是一个巨大的威胁。

因此，隧道工程往往是修建在由水、岩、热、气等构成的一个复杂的巨型系统之内的。天然情况下，该虚土具有自身的（动态）边界（力学、补给或排泄），系统各构成要素或不同要素之间维系着一种动态平衡或祸和动态平衡的关系。隧道的开挖，相对于在一定空间范围内盖板了系统的边界（对与岩体）或增加了输出边界（对于流体），这样，系统本身就必然按照其固有的运动规律对此作出反应，具体表现则为隧道附近一定范围内的围岩破坏，水、热、瓦斯气向隧道排泄。当这种反应形式过于强烈时，变演化为施工中的地质灾害。

六、结束语

在现代道路隧道工程施工中，从理论分析到技术论证，再从技术论证到实际的设备进场、开始动工等是一个系统化、复杂化的一整套程序，特别对于关键路线的长大隧道工程施工，它的施工状况常常影响着整条施工线路全线通车的工程质量、工期快慢和通车安全。