隧道施工工艺概述

摘 要：当前隧道建设在我国有了快速的发展.本文以我国隧道的发展建设情况为背景,概括了隧道工程的特点,对隧道施工工艺进行了分析,并重点探讨了新奥法施工的种类及其优缺点.

关 键 词：隧道工程；新奥法；施工技术

0引言

近年来随着我国公路建设的快速发展,由8.5万公里构成的“7918”高速公路网已经建成.而我国人口较多,有关部门正在规划和完善国家高速公路网络,以满足人们出行和经济发展的需求.由于高速公路线形的技术指标高,当其进入山区或重丘区时就不可避免地需要采用隧道来穿越山岭.因此,在我国中西部山区修建高速公路,通常桥梁和隧道所占的比例较高,而且建设难度较大.

1隧道工程特点

在进行隧道施工时,必须充分考虑隧道工程的特点,才能在保证隧道安全的条件下,快速、优质、低价地建成隧道建筑物.隧道工程的特点,可归纳如下：

（1）整个工程埋设于地下,因此工程地质和水文地质条件对隧道施工的成败起着重要的、甚至是决定性的作用.不仅要在勘测阶段做好详细的地质调查和勘探,尽可能准确地掌握隧道工程范围内的岩层性质、岩体强度、完整程度、地应力场、自稳能力、地下水状态、有害气体和地温状况等资料,并根据这些原始材料,初步选定合适的施工方法,确定相应的施工措施和配套的施工机具[2].

（2）公路隧道正常情况下只有进、出口两个工作面,相对于桥梁、线路工程来说,隧道的施工速度比较慢,工期也比较长,往往使一些长大隧道成为控制新建公路通车的关键工程.因此,要求施工中加强管理、合理组织、避免相互干扰.洞内设备、管线路布置应周密考虑,妥善安排.隧道施工机械应当结构紧凑,坚固耐用.

（3）地下施工环境较差,甚至在施工中还可能使之恶化,例如爆破产生有害气体等.必须采取有效措施加以改善,使施工场地合符卫生条件,并有足够的照度,以保证施工人员的身体健康,提高劳动生产率.

（4）公路隧道大多穿越崇山峻岭,因此施工工地一般都位于偏远的深山狭谷之中,运输不便,供应困难,这些也是规划隧道工程时应当考虑的问题之一.

（5）公路隧道埋设于地下,一旦建成就难以更改,所以除了事先必须审慎规划和设计外,施工中还要做到不留后患.

当然,隧道工程也有很多有利的方面,例如施工可不受或少受昼夜更替、季节变换、气候变化等自然条件改变的影响,可以竟日终年、稳定地安排施工.

2新奥法

新奥法即新奥地利隧道施工方法,原文是NewAustrianTunnelingMethod,简称为NATM.它与法国称收敛约束法或有些国家所称动态观测设计施工法的基本原则一致.

目前新奥法几乎成为在软弱破碎围岩地段修建隧道的一种基本方法,技术经济效益是明显的.新奥法的基本要点可归纳如下：

（1）岩体是隧道结构体系中的主要承载单元,在施工中必须充分保护岩体,尽量减少对它的扰动,避免过度破坏岩体的强度.为此,施工中断面分块不宜过多,开挖应当采用光面爆破、预裂爆破或机械掘进.

（2）为了充分发挥岩体的承载能力,应允许并控制岩体的变形.一方面允许变形,使围岩中能进行承载环；另一方面又必须限制它,使岩体不致过度松弛而丧失或大大降低承载能力.

（3）为了改善支护结构的受力性能,施工中应尽快闭合,而成为封闭的筒形结构.

（4）通过施工中对围岩和支护的动态观察、量测,合理安排施工程序、进行设计变更及日常的施工管理.

（5）为了敷设防水层,或为了承受由于锚杆锈蚀,围岩性质恶化、流变、膨胀所引起的后续荷载,可采用复合式衬砌[3].

（6）二次衬砌原则上是在围岩与初期支护变形基本稳定的条件下修筑的,围岩和支护结构形成一个整体,因而提高了支护体系的安全度.

上述新奥法的基本要点可扼要的概括为“少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭”[1].

新奥法施工按开挖断面的大小及位置,基本上又可分为全断面法、台阶法、分部开挖法三大类及若干变化方案,其优缺点及适用条件如下：

（1）全断面法：适用于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级较完整的坚硬围岩,必须具备大型施工机械.优点：工序少,相互干扰少,便于组织施工和管理,工作空间大,便于组织大型机械化施工,因此施工进度高.

（2）台阶法：台阶法中包括长台阶法、短台阶法和超短台阶法三种.

①长台阶法.适用条件：凡是在全断面法中开挖面不能自稳,但围岩坚硬不用底拱封闭断面的情况.

②短台阶法.适用条件：Ⅰ-Ⅴ级围岩,尤其适用于Ⅳ、Ⅴ级围岩.优点：可缩短支护结构闭合的时间,改善初期护的受力条件,有利于控制隧道收敛速度和量值.缺点：上台阶出碴时对下半断面施工的干扰较大,不能全部平行作业.

③超短台阶法.适用条件：适用于膨胀性围岩和土质围岩,要求及早闭合断面的场合.优点：初期支护全断面闭合时间更短,更有利于控制围岩变形.缺点：上下断面相距较近,机械设备集中,作业时相互干扰较大,生产效率较低,施工速度较慢.

（3）分部开挖法：台阶分部开挖法、单侧壁导坑法、双侧壁导坑法.

①台阶分部开挖法.适用条件：适用于一般土质或易坍塌的软弱围岩中.优点：与超短台阶法相比,台阶长度可以加长,减少上阶施工干扰；而与下述的侧壁导坑法相比,施工机械化程度较高,施工速度可加快.

②单侧壁导坑法.适用条件：适用于断面跨度大,地表沉陷难于控制的软弱松散围岩中.

③双侧壁导坑法.适用条件：当隧道跨度很大,地表沉陷要求严格,围岩条件特别差.优缺点：双侧壁导坑法虽然开挖断面分块多,扰动大,初期支护全断面闭合的时间长,但每个分块都是在开挖后立即各自闭合的,所以在施工中间变形几乎不发展.

4结语

随着社会经济的发展,隧道建设也发展的越来越快,这必然会对隧道的施工技术带来了挑战和完善的机遇.本文根据我国隧道发展的现状探讨了隧道施工的种类、特点及其适用条件,对隧道施工等方面具有一定的参考价值.