隧道工程論文全文(5篇)

1大跨軟巖隧道存在的問題

由于地層地質的復雜性，大跨軟巖隧道工程仍然面臨著以下幾個急需解決的關鍵問題:

1)對圍巖變形的判斷與控制。對于軟巖隧道圍巖變形的研究主要集中在三個方面:

a．從理論方面對變形機理進行研究;

b．選擇合理的施工工法對圍巖變形進行控制;

c．運用有限元或其他數值模擬的手段對圍巖的變形量和變形趨勢進行預測。從眾多的學術論文和科研成果中不難發(fā)現，對于圍巖變形的機理多是采用連續(xù)性介質理論進行分析，而實際工程中的圍巖是非連續(xù)的，它是巖塊和結構面在三維空間的一種非定向關系。尤其是對于地質狀況比較復雜的軟弱圍巖，都是由多種物理成分組成的，且各物理成分的大小、多少及分布具有很大的隨機性。但是，在實際的研究和應用中，例如采用數值模擬的方法對軟巖隧道圍巖變形進行分析時，又必須運用巖體的本構關系，這本身就是存在問題的，更不要說計算結果的準確性了。不論是理論分析還是數值模擬都沒有辦法對圍巖的變形量進行準確的判斷。這將引起另外一個問題，就是在采取控制變形措施時，通常采用的是依據相似工程經驗制定施工方案，并沒有針對不同的變形量采取相應的控制措施，因此變形控制措施也具有一定的盲目性。另外，隧道施工中變形可以達到1．0m甚至更大，軟弱圍巖變形本質上屬于大變形問題，然而巖體力學中使用的彈塑性變形理論雖然對材料的非線性進行了考慮，但是嚴格意義上仍屬小變形理論。

2)對合理支護時機的探討。隧道二次襯砌施作時機始終是隧道界討論的熱點問題，二次襯砌的支護時機是保證二次襯砌長期穩(wěn)定的關鍵。特別是對于軟巖大變形隧道，如果二次襯砌施作過晚，則可能造成初期支護變形過大而無法控制，以致隧道失穩(wěn);但如果施作過早，則不利于地應力的釋放和充分發(fā)揮圍巖的自穩(wěn)能力，從而使二襯受力過大而導致開裂，降低了隧道結構穩(wěn)定性。因此，合理確定二次襯砌施作時機是保證隧道施工階段和長期運營階段安全性的關鍵。但是現階段，對于隧道二次襯砌支護時機的研究仍然沒有形成系統的體系。研究者多根據具體的工程背景選擇不同的巖石彈塑性模型，采用的確定合理支護時機的判定方法也各有不同。對于二襯支護時機的影響因素的分析也多是針對單一影響因素，并沒有綜合考慮。

1項目概況

項目主要工程內容包括主隧道及隧道出、入口路槽明挖段線下工程：

1）隧道為分離式鐵路單線隧道，由2個4．625km的主洞和18個橫通道組成，單個橫通道長約17m；隧道施工總長9556m；

2）西口明挖段長約1165m，主要為石方開挖及擋墻工程；

3）東口明挖段長約960m，主要為鉆孔樁擋墻、土方開挖以及一座抽水泵房工程；招標文件規(guī)定可以選擇鉆爆法、TBM工法中的其中一種來進行報價，通過經濟技術比較分析，選擇了鉆爆法。

2項目合作模式

設計施工總承包模式在國外較流行和成熟，而在我國正處于推廣階段。采用設計施工總承包模式可以使得設計方案更貼合實際施工，有效地控制投資，在一定程度上能減少變更設計和設計、施工交流不暢的問題，并可以取得縮短建設周期、降低建設成本、提高工程質量的綜合效果，還可使業(yè)主免于處理各種復雜的協調關系，因此在國際上廣為流行。設計施工總承包要求承攬單位應同時具有相應的設計和施工資質。目前我國同時具有設計和施工資質的企業(yè)并不多，因此參與國外項目投標一般采用聯合體模式，由兩家或兩家以上單位優(yōu)勢互補。該項目投標采用了國內慣用的聯合體投標模式，為了減小國內大量勞務人員輸出的難度，對一些分項工程或者專項工程進行了分包，構成了一個復雜而系統的設計施工總承包模式。特別注意的是，由于分包單位眾多，同一條隧道的不同施工工序由不同單位完成，工作面矛盾、施工組織沖突等問題需及時協調，因此中標后總承包單位的協調、組織工作需尤其重視。該隧道項目采用中方公司———A公司與外方當地公司組成聯合體的合作模式。A公司與一家以色列公司組成聯合體共同管理項目，中外雙方在聯合體中所占股份50％∶50％。

一、公路隧道常見的質量問題

（1）隧道水害。在公路隧道所出現的一系列質量問題中，隧道滲漏水所造成的危害尤為普遍。隧道水害不僅增加隧道內濕度，降低路面抗滑性能，造成電路短路等

事故，危及運營安全，而且還易引起其他病害。由于隧道滲漏水、積水，將會造成襯砌開裂或使原有裂縫發(fā)展變大，加重襯砌裂損；當地下水有侵蝕性時，會使襯砌混凝土遭受侵蝕，并且隨著滲漏水的不斷發(fā)展，侵蝕程度日益加重；在寒冷地區(qū)，水是影響隧道圍巖凍脹的重要因素，水害嚴重必然導致凍害嚴重［1－3］。

（2）襯砌缺陷。襯砌缺陷主要是因為襯砌空洞、厚度、強度、密實度等原因造成的襯砌變形、襯砌移動及襯砌開裂等。作用在隧道襯砌結構上的壓力，與隧道圍巖的性質、地應力的大小以及施工方法等因素有關。由于受技術和資金條件的限制，一些因素在設計前是難以確定的，所以在隧道襯砌結構設計中常帶有一定的盲目性，導致結構強度不夠或與圍巖壓力不協調，造成襯砌結構開裂、破壞。然而，工程上出現的襯砌開裂更多的則是由于施工管理不當（襯砌厚度不足、混凝土強度不夠等）造成的。

（3）凈空受侵或軸線偏位。因模板強度、剛度不足而出現跑模，或因測量誤差過大，出現模板定位偏差過大，都有可能導致隧道凈空甚至建筑限界受侵或者出現隧道整體軸線偏位。也有因對已建成隧道的襯砌質量缺陷進行套拱處理而出現限界受侵的情況。

（4）通風不暢。所有的公路隧道均需要通風，不管是自然通風還是人工通風。事實上，當前國內相當數量的公路隧道尤其是中長隧道，通風設施常常形同虛設，一般不開啟（多數是為節(jié)省運營費用），造成洞內運營環(huán)境污濁。而且，國內公路隧道通風設計主要依據現行《公路隧道通風照明設計規(guī)范》［4］，其中對運營通風之規(guī)定應該說較為詳盡，但火災通風仍需進一步探討從而以規(guī)范形式予以認定。

（5）照明不良。我國公路隧道設計雖然都考慮了照明，但迫于運營維護成本的壓力，許多隧道有燈具而未照明，而且這種現象相當普遍，甚至某些長度不短的公路隧道根本就沒有安裝照明燈具。事實上，國內現行相關設計標準及國外一些國家設計標準都規(guī)定長度大于100m的公路隧道應設照明。

一、公路隧道襯砌形式

隧道襯砌一般常用的形式有整體式襯砌、復合式襯砌、噴錨襯砌。整體式襯砌通常為保證施工安全要采用噴錨支護等臨時支護措施，這種支護不是永久的受力結構，只有模筑混凝土才是永久受力結構。復合式襯砌通常也將噴錨支護作為初期臨時支護，內層用模筑混凝土作為二次襯砌的永久結構，為防止初期噴錨支護和二次模筑混凝土襯砌間因為材料、受力或其他因素而發(fā)生不同變形，進而導致混凝土出現裂紋，一般要在兩層間根據需要設置防水層或隔離層。噴錨襯砌是將噴錨支護作為了永久性襯砌結構，適用于地下水不充裕的Ⅲ級或以上圍巖的短隧道，噴錨支護是柔性結構，它充分利用圍巖的自承能力和圍巖形成一體產生共同變形。通過對這三種常用襯砌形式受力結構的分析，我們可以非常清晰地認識到：三種襯砌中噴錨支護極為重要，其施工質量直接關聯隧道主體結構的工程質量，如果出現質量問題，將為公路隧道施工以至于整條公路留下質量隱患或安全隱患。

二、公路隧道支護技術

公路隧道初期支護方式要根據施工要求采取不同的支護形式。主要選擇的有噴射混凝土、錨桿、鋼筋網和鋼架等支護形式。

（1）噴射混凝土：其方法大致分為素噴和網噴兩種，噴射混凝土的作用是對圍巖節(jié)理、裂隙起到充填作用，將不連續(xù)的巖層層面膠結起來，形成一個整體。同時產生楔效應增加巖塊間的磨擦系數，進而有效防止巖塊沿軟弱面滑移脫落，使表面巖塊保持穩(wěn)定狀態(tài)。噴射混凝土由于具有一定粘結力和抗剪強度，能與巖層粘貼的同時和圍巖形成了統一的承載體系，極大改善了噴層的受力條件。噴射混凝土一定要及時并做到分層施噴，噴層雖薄但其具有較高的強度。這樣，噴層有效控制了圍巖變形。即使在圍巖仍有較大變形的情形下，仍不致于產生坍塌，這樣就有效提高了圍巖自承能力。同時噴射混凝土能使隧道周邊的圍巖盡早封閉，進而有效防止了圍巖的進一步風化。在噴射混凝土作業(yè)施工中，首先要做好職工準備，準備充足的材料如水泥、砂、石、速凝劑、水等，嚴格檢驗材料質量，盡量用新鮮的相容性試驗合格的水泥和速凝劑，砂、石含水率要達標。檢修好噴射機、混凝土攪拌機等設備，并進行就位前的試運轉。風管和水管管路及接頭要確保良好。檢查開挖斷面，將附著于巖面的泥圬沖冼干凈。對滲漏較大處做好引排水處理。在做好充足的準備工作后進行操作，操作中要注意：控制好風壓、水壓和水灰比。要想保證噴射混凝土的質量，降低回彈率，減少揮發(fā)粉塵，噴射作業(yè)時要求風壓控制要穩(wěn)定，壓力大小應調整適當。水壓通常要比水壓50-100Kpa，要在噴頭水環(huán)位置形成水霧，充分濕潤干拌合料。干噴時，如果噴射的混凝土易粘著，回彈小而且表面濕潤光澤，說明水量適中。如發(fā)現表面無光、回彈物多、灰塵大、混凝土不密實等現象，則說明水量小。如果表面出現流淌滑動現象，則說明水量大。要掌握好噴射角度和噴射距離。噴嘴與巖面的角度一般要垂直于巖面。如果靠近邊墻，應將噴嘴略向下俯約10°左右，使混凝土噴射在較厚的混凝土頂端。噴嘴與巖面的距離一般保持在0.8-1.2m。每一次噴射混凝土的厚度，應掌握在拱部為5-6cm，邊墻為7-10cm。噴射的順序應先墻后拱從下而上，先噴凹處找平，然后繼續(xù)向上噴射。噴射時料束要盡量呈旋轉軌跡運動，大致要一圈壓半圈，縱向按蛇形進行。為保持噴層表面平整，噴射完應對表面再掃射一層。噴射順序應自上向下，料束要呈橫掃方式運動，不能旋轉或者停留。

（2）錨桿：錨桿主要起到了懸吊、加固和組合梁的作用，根據材質不同可以分為砂漿、藥卷和自進注漿錨桿。其懸吊作用主要表現在：因為外部震動或其他因素導致局部巖塊不穩(wěn)定，為防止巖塊脫落，就用錨桿把活動巖塊吊掛在穩(wěn)定的巖體上?；蛘邔^(qū)內不穩(wěn)定的圍巖懸掛在應力區(qū)以外牢固穩(wěn)定的巖體上，從而保證了這部分巖體能夠保持相對穩(wěn)定的特性。其加固作用主要表現在：從圍巖的徑向四周科學布設錨桿，隨著圍巖的挖空，部分松軟的圍巖在錨桿的固定之下，與主體形成承載拱形，不至于脫落造成圍巖形變。噴射混凝土后，與圍巖形成一體，共同承載了外部壓力。其組合梁作用表現在：錨桿將巖層緊密連接在一起，促使巖層達到了密合程度，大幅增加了巖層間的摩擦力，這種酷似組合梁的結構，充分發(fā)揮了固定圍巖的作用。使用錨桿時，要注意位置分布，做到布局合理，大部分錨桿位置是沿著隧道周邊呈梅花狀均勻分布，方向與周邊巖面盡量保持垂直。由于錨固力不足或錨桿強度不夠往往會導致錨桿失效，這就要求要采取更換高強度錨桿、大徑錨桿或增加錨桿數量、增大錨孔直徑等有效措施加以解決。

（3）鋼架：鋼架的優(yōu)點在于使用方便，效力發(fā)揮上具有即發(fā)性。由于這種特性，所以，多用于噴射混凝土沒有達到固定強度，為防止脫落，架設鋼架來進行支護。通常錨桿砂漿在未達到固定強度前也用鋼架支護。安裝鋼架應達幾項指標。首先要將底腳下清理干凈，沒有雜物，安裝橫向偏差和高程要在±5cm范圍之內，垂直度偏差不超過±2°。不要任意割斷鋼架，各節(jié)間要使用螺栓連接。為了加強鋼架的縱向穩(wěn)定性，必須要在鋼架間設置鋼拉桿，同時要沿著鋼架外部邊緣隔2m用楔子楔緊，以加強鋼架橫縱向剛度。隧道在竣工交驗時必須在外觀上達到不滲不漏的標準。隧道滲漏水是嚴重的施工質量問題?，F如今在隧道施工設計中一般都采取堵和排相結合的辦法防止?jié)B漏水問題的發(fā)生。通常在二襯施工縫中設置遇水膨脹的止水條，在二襯與初期支護中間設置復合型材料防水板。二襯的背面設置有環(huán)向和縱向的透水管肓溝。其中復合型防水板的鋪設質量非常關鍵，所以在鋪設防水板施工中必須注意以下幾個方面的問題。一是初期支護表面要求大致上達到平順的標準，要保證錨桿尾部外露長度應嚴格控制在小于1cm的范圍內。二是在防水層施工區(qū)段不要有爆破或強震動施工作業(yè)。三是防水板與初期支護要達到緊密貼合的標準要求，同時不要繃得過緊，以防止灌注混凝土的過程中將防水板脹壞脹破。四是要求焊接要采取雙焊縫焊接工藝，嚴格避免假焊、漏焊現象的發(fā)生。

1新奧法技術要點

新奧法的思想和基本理論形成于上世紀的60年代，是奧地利學者在長期的隧道工程實踐過程中，在巖土開挖理論的一個系統總結的基礎上提出來的。新奧法的核心是將圍巖不僅視為荷載，也是結構的一部分，最大限度地利用和發(fā)揮圍巖的自承能力。利用這一基本思想，根據地層條件，在隧道的設計施工中最大程度地利用圍巖的自穩(wěn)能力，合理確定支護的時機，使支護的代價最低。新奧法的基本思路有以下幾點：

1）因為圍巖要參與整個結構的承載，應盡量減少對圍巖的擾動，充分保護巖體。

2）為充分發(fā)揮圍巖承載能力，應允許并控制巖體的變形。施工中應采用能與圍巖密貼、及時筑砌又能隨時加強的柔性支護結構，就能通過調整支護結構來控制巖體的變形。

3）開口不利于結構形成整體的受力結構，為此，在施工過程中應使襯砌盡早封閉成整環(huán)。

4）利用信息化施工技術，合理布置監(jiān)測點，及時掌握圍巖及支護結構的應力和變形，通過監(jiān)測信息的反饋及時調整支護參數。

5）多采用噴錨式初襯外加現澆混凝土二襯的復合式襯砌結構。二次襯砌等初襯施工完成、圍巖基本穩(wěn)定之后再施作。二次襯砌可以用來承擔圍巖流變等引起的后續(xù)荷載?；谏鲜雒枋?，新奧法的精髓可以概括為十二字方針，即“少擾動、早噴錨、勤量測、快封閉”。新奧法自創(chuàng)立以來，在我國的諸多軟弱破碎圍巖中也得到了廣泛而成功的應用，目前已經發(fā)展為山嶺隧道及地下工程施工的一種重要方法。金雞嶺隧道所處地層圍巖穩(wěn)定性差，故采用新奧法修建，在修建過程中克服多種施工中的難題，取得了較大的成功。本文將對該隧道的施工技術進行系統地分析。