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公路隧道设计及施工工艺分析

发表时间：2020/6/17 来源：《基层建设》2020年第6期作者：和永军

[导读] 摘要：随着我国交通运输行业的快速发展，公路隧道建设也得到了更高的重视，对于公路隧道设计和施工技术水平的要求也就更加的严格。

        天津中交鸿达道桥技术开发有限责任公司天津 300122
        摘要：随着我国交通运输行业的快速发展，公路隧道建设也得到了更高的重视，对于公路隧道设计和施工技术水平的要求也就更加的严格。公路隧道设计与施工技术决定着隧道工程的整体质量，所以一定要加强对公路隧道设计与施工技术的管理。
        关键词：公路隧道；隧道设计；施工技术
        引言
        公路隧道建设随着经济的迅猛发展，每年都以万米的速度增长，这对公路隧道的设计提出了更高的要求。当前，我国的公路隧道设计已经与国际的设计水平接轨，公路隧道的施工技术也取得了更高的成就，工程施工的效率与整体质量得到了保证。本文对公路隧道的设计和施工技术进行了详细的分析和探讨。
        1公路隧道设计遵循原则
        公路隧道设计应按照国家规范要求设计，隧道中线与洞口等高线斜交，则洞口可采用斜交结构设计，隧道中线及端墙交角应大于45°。施工图纸设计应考虑到隧道内轮廓，隧道洞口设置洞门，可采用削竹式、端墙式、柱式、台阶式。洞门设计应符合实际施工特点，满足工程地理条件。内部轮廓设计应确保排水、照明、管理、通风等设备所需空间。洞门设计应按照地质条件及施工需求，结合工程周边环境确定。若隧道位于城镇、村落等建筑物附近，应更加注重隧道的美观性，确保工程建设与城市建设及环境保护的协调。
        2公路隧道设计
        2.1洞门的设计
        公路隧道洞门要根据当地的地形和地貌来进行整体设计，从而保证不破坏周围环境和生态。同时，还要在洞门的周围种植当地或者是符合地质条件和地理环境的植物，保证洞门的美观性。
        2.2隧道衬砌设计
        隧道衬砌结构需要根据隧道围岩的地质条件和施工条件来设计。隧道衬砌结构主要分为浅埋段和深埋段的复合式衬砌以及明洞衬砌这两种。只有隧道围岩的土质达到了Ⅴ级的时候才可以使用矿山法原理进行隧道衬砌设计，其他等级的围岩土质的隧道衬砌设计就要使用新奥法原理。如果部分隧道围岩的土质较差，在进行衬砌设计的时候要将衬砌下围岩土质较好的地段延长10m左右，并且要将加强段衬砌设置在主洞与车行横道相互交叉的地段。衬砌材料一定要用钢筋混凝土。明洞衬砌要保证仰拱和拱墙的混凝土强度不低于C25。
        2.3隧道选线
        隧道位置决定了工程造价、建成后养护及安全运营多方面内容。在勘测设计中，应确定路线走向，深入调查后，科学设计方案。若路线开挖深度大于30m，应进行隧道及深路堑方案比对，综合考虑施工难度、成本、运营、维护等内容，同时兼顾政治、经济、国防、环保等需求来确定采用的方案是否合理。
        2.4隧道排水和防水设计
        隧道排水与防水要注意以下几个部位设计：
        1)洞外的排水和防水设计。在设计洞外防排水的时候，要在隧道在洞口正面朝向迎坡方向的侧沟设置5%的反坡排水，并且要在距离洞口1～2m处的地面设一个横向盲沟来拦截路面的积水和雨水。
        2)洞内的排水和防水设计。在设计洞内的防水和排水系统的时候，要在隧道内沿着岩面设置一条透水管，透水管和墙底部纵向的排水管相互连接，并且每隔不大于10m就要设置一处横向的引水管，将水引入隧道洞内路面下纵向排水管或路缘排水沟当中，再由路面下纵向排水管或路缘排水沟将水引到隧道外面。这样保证衬砌背后的积水能顺利地排出，并不会对隧道的行驶造成任何影响。
        3公路隧道施工工艺
        3.1隧道掘进
        在公路隧道工程中，隧道掘进需符合政府规范要求，开挖后设置支护。应重视公路隧道地质超前预报，加强监控，掌握掘进可能出现的风险问题。掘进方式可选择手掘式、半机械及机械式掘进等。

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开挖隧道的方法分为明挖法和暗挖法两大类型：明挖方式，其开挖面从隧道外直接观测，在城市浅埋隧道施工中应用广泛；暗挖方式，不能直接观测到开挖面，需加以固定装置来间接掌握开挖面，在贯穿高山隧道中应用广泛。
        3.2隧道施工排水及防排水
        洞内的积水或渗水要将水汇入集水坑内，然后在使用泥浆泵将水导出洞外。隧道施工的防排水要采用多种方案。在安装防水板之前要安装软式的透水管，并且要检查防水板的质量，在防水板的边缘的10cm处做搭接线记号，然后要做好各个材料的准备工作。在固定防水板的时候，要以0.5m的间距在防水板边缘的5cm处开始锚定，并且拱部防水板的中线要与隧道的中线重合。防水板的接缝要以10cm的搭接宽度为标准进行黏接，要保证黏接的质量。
        3.3隧道支护
        3.3.1复合式衬砌
        以喷锚网或单喷作为初期支护后，泵送混凝土形成拱圈作为二次衬砌，形成喷锚网支护+混凝土衬砌。考虑隧道防排水需要，在初支与二次衬砌间铺挂排水管、防水板等，建立防水层。
        3.3.2喷锚
        锚杆种类繁多，在施工中应针对围岩及设计需求，选择喷锚方式，确保支护稳定。喷锚方式分为干式和湿式两种，无论用哪种喷锚方式，都应确定合适混凝土配合比，确保其满足强度、喷射要求，喷射材料选择水泥、粗集料、细集料、速凝剂、水等。施工前应清理喷岩面，确保喷射混凝土与岩面有良好的粘结力，控制混凝土厚度，使厚度满足设计要求，锚杆、钢筋网、钢支撑等具有足够保护层，发现局部脱落及时补喷。
        3.4钻爆施工
        在完成高速工程隧道初期勘察设计以后，需要根据隧道施工现场的具体情况，采用钻爆施工技术开展隧道施工前期工作。在钻爆施工过程中，借助硝铵炸药进行爆破以后，才可以进行开挖施工。在钻爆施工过程中，由于爆破具有一定的安全风险，需要加强钻爆施工现场的安全防护工作，并根据现场的实际情况，编制爆破专项施工方案，并对施工方案进行专家论证，从而确保爆破施工方案的科学性、合理性，避免钻爆施工中碎石砸伤周围人员。
        3.5隧道明洞、暗洞施工
        在高速公路隧道洞口施工中，多采用明洞施工技术，其需要在拱部设置自进式锚杆，从而可以有效地避免开挖施工过程中隧道顶部出现塌落。在明洞施工过程中，多数采用明挖施工的方式完成拱部和墙体施工。在明洞施工完成以后，需要利用钢筋插入洞壁，并进行混凝土浇筑，以增强隧道的稳定性和安全性，确保后续工作的顺利实施。
        在暗洞施工区域，对于Ⅴ级围岩暗洞施工，需要先进行超前预支护，再进行开挖施工。对洞口区段采用管棚支护与注浆相互结合的方式。在双侧壁导坑法施工过程中，洞身段需要应用小导管注浆的方式实现对开挖区域的预支护，再采用弱爆坡开挖或人工开挖的方式对核心区域进行施工。Ⅳ级围岩地段可采用台阶开挖的方法，且每阶台阶的长度可控制在1.5倍隧道宽度。在暗洞和明洞相互连接的区段可采用分部台阶开挖法和正台阶开挖法，同时需要配合应用超前锚杆以提高围岩的稳定性，防止围岩出现坍塌危害。对于Ⅲ级围岩需要采用全断面开挖的方式，且在紧急停车带可采用留取核心土分部进行开挖的方式进行施工。
        结语
        随着经济和科学技术的发展，许多新技术和新材料都运用到了施工当中，这就造成了原有的公路隧道设计跟不上新的施工技术。在今后的发展过程当中，相关的技术人员和部门都要对隧道设计进行深入的研究，不断的完善施工技术，提高施工技术水平。本文对公路隧道设计和施工技术都进行了分析和研究，希望能够促进公路隧道工程的发展，为促进社会经济的进一步发展发挥重要作用。
        参考文献
        [1]袁永新.甘肃黄土公路隧道设计与施工技术研究[D].西安：长安大学,2007.
        [2]张晓彬.吕中玉.大跨度公路隧道设计与施工技术及其发展趋势[J].山西建筑,2007,33(22):341-343.
        [3]刘富强.公路隧道设计与施工技术探究[J].工程建设与设计，2017（7）：96-98.
        [4]曾宏飞，王玉锁，李俊杰，等.单洞四车道公路隧道现场监测分析研究[J].铁道建筑，2015（4）：85-88