公路隧道施工的动态设计

摘要：随着当前公路隧道工程的科学性开发，施工设计成为工程施工安全质量性能的重要保障措施。很多隧道工程在施工预设计后未对施工过程的相关信息进行反馈和修改设计，导致了工程施工的麻烦和浪费。动态设计作为新奥法设计施工的重要手段，对于促进隧道工程施工质量有着重要的作用。

关键词：公路隧道；施工过程；动态设计

社会经济的发展促进了现代交通业的更快发展。 新奥法施工技术作为当前公路隧道工程中被广泛应用的设计原则和方法，具有较高的施工效益。由于隧道工程的地质环境条件存在复杂性及不确定性，针对施工过程中遇到的很多断层、破碎带等特殊地质工况，采用科学措施进行修改和完善的动态设计，能够有效保障隧道工程的顺利施工。

1.公路隧道及动态设计概述

公路隧道，通常是指为保障交通畅通而在山体岩层中或者地下、海底等围岩结构中开挖修建的狭长型工程通道。动态设计是在动态作用下，以结构构件动力状态反应为依据的优化设计。有时可采用动力系数方法简化为静态设计

公路隧道工程施工中，实施动态设计的主要依据是在具体施工过程中所反馈的各种相关信息，工程监测部门人员根据有关地质超前预报、监控量测数据、掌子面的地质描述以及实际存在的地质条件等反馈信息，采用类比法以及其它科学的分析方法，将反馈信息与施工前预设计的地质勘探资料相互比对，结合工程现场的地质变化工况，针对公路隧道的相关施工方法工艺技术、断面开挖施工步骤顺序、衬砌结构支护参数等进行科学合理的优化和调整，然后依据相关现行规范规定要求，经原工程设计部门作出针对性设计方案的修改，上报隧道工程动态设计决策机构审定，最后由施工单位具体实施落实。以保证隧道工程的施工质量和支护施工的经济性，达到安全施工需求。

工程施工的动态设计，是一个不断优化动态循环的实施过程，相关工程管控、地质监测等部门在施工过程中，要严格依据修改后的设计方案进行监理量测，再次获得变化信息并反馈，如此反复循环，直至工程完工交付使用为止。

2.公路隧道施工动态设计的技术要点

2.1 超前地质检测预报

2.1.1 TSP超前预报

TSP超前地质预报技术是利用地震波在不均匀地质结构中产生的反射波特性来判定并预报隧道掘进面前方及周围临近区域地质状况的技术，具有适用范围广、预测距离长、施工干扰小、资料反馈及时的技术优势。

2.1.2 断层参数预测

断层参数预测技术是利用围岩断层带内的特殊节理裂隙，根据其集中分布的规律性特点，经过系统编录得出计算，超前预报隧洞断层破碎带位置机规模的新技术。以便及时预测隧道中的如溶洞、暗河、岩溶陷落柱、淤泥带等不良地质。

2.1.3 超前钻探技术

超前钻探法是通过在隧道施工掌子面设置钻孔并取芯进行相关力学试验，通过信息比对探测地质岩性节理、围岩力学参数、溶洞空间构造分布以及地下水文特征等各项地质信息，以此判断前方围岩级别及各种地质病害类型及分布规律。

2.1.4 地质雷达预测

地质雷达技术是采用超高频电磁波针对隧道地下岩层介质界面进行扫描，检测地下岩层结构的地质特征，以确定其内部结构形态或位置的技术，对于隧道开挖面前方20-30m的断裂破碎带、含水带等地层变化具有很好的预报性能。

2.1.5 编录预测技术

编录预测技术通常又称掌子面地质素描法，主要通过对隧道施工掌子面的岩层地质体构造进行检测与编录，然后根据获取的相关岩层信息对施工掌子面前方的地质延伸情况进行科学推断。

2.2 施工过程监控量测

隧道施工过程中的现场监控量测是验证施工设计科学性的关键环节，是监测围岩力学性能的最直接手段。由于地质岩体构造的复杂性，隧道施工开挖技术和支护结构强度等对围岩稳定性具有一定的影响，

公路隧道施工的现场监控量测，旨在采集能够准确反映施工过程中的围岩结构信息，据以判定隧道围岩稳定状态，预测比对施工方案及支护结构参数的合理性。实施过程中应根据隧道地质结构条件、开挖施工技术、支护类型参数等制定相关监测项目、监测技术等检测计划，明确量测任务和目的，掌握围岩支护动态，分析监测数据并在科学计算预测后进行及时反馈，提供动态设计参凭数据。

隧道工程的施工量测项目通常分为地质环境和支护状况观察、岩壁地表或拱顶下沉量等必测项目；岩移、围岩及支护压力、钢支撑受力分布、支护衬砌应力以及围岩裂缝、弹性波测试等选测项目，还有锚杆拉拔力检测抽检项目。

隧道工程反分析法是根据工程现场量测数据来反演初始地应力和岩体性态参数的技术措施，利用现场量测获取的来自工程施工引起的介质结构的位移、形变、或地层压力等扰动量，依据给定的材料模型，在施工前后反演工程介质材料的性状参数和初始荷载，并根据反演结果预测后续施工对岩体支护的影响，

2.3 动态信息反馈设计

动态设计是为保障隧道施工能够随时适应实际现场工况环境条件的重要管控措施。通常情况下，隧道施工现场的地质岩层结构与原有地质勘测资料误差较大时，应根据实际工况重新确定支护类型结构和开挖施工方法。针对围岩位移总量监测接近临界值时，要优化施工方案、加强支护结构性能。要重视超前地质预报信息的作用，当工作面前方遇到不良地质状况时，通过反分析法确定围岩地层的初始应力以其特性参数的估计值，设计对策预案。

隧道施工中，由于采用的施工技术和开挖断面形式不同，围岩支护的应力状态也不一样，当施工信息反映出不稳定征兆时，应检查其形成原因，采取暂停开挖、及时锚喷、二次衬砌等改变施工工序，都可能促使围岩支护趋向稳定。当某种方法不能满足围岩稳定性要求时，应及时建议变更施工方法，选择有效的断面形式或辅施工措施。

工程施工前预设计的预留变形量和设计参数，通常是采用工程类比或理论计算确定的，与实际工况存在差异性变化。施工过程中，当预留变形量以及设计参数与现场量测结果不相符时，应及时修正未开挖地段的预留变形量，根据超前地质预报和监控量测信息，并对设计参数进行修改或确认，使之满足工程施工的结构受力要求，减少不必要的工程浪费。

结束语：

总之，动态设计是保障隧道工程施工安全质量的重要管控措施，根据隧道施工过程中的实时反馈的相关量测信息进行必要的动态设与修改，能够有效地保障公路隧道施工的安全质量效果，有利于推动当前社会经济的稳定发展和运行。