【摘要】以小佛寺隧道工程為例，基于公路隧道設(shè)計(jì)需遵循的原則，主要探討了小佛寺隧道設(shè)計(jì)工程中的隧道勘測、隧道選線、隧道縱斷面設(shè)計(jì)等內(nèi)容，并詳細(xì)研究了公路隧道的施工工藝，包括隧道掘進(jìn)、地質(zhì)預(yù)報(bào)、中線及高程控制等。
【關(guān)鍵詞】隧道設(shè)計(jì)；隧道施工；公路隧道工程
1工程概況
小佛寺隧道位于山東省濟(jì)南市歷城區(qū)錦繡川鎮(zhèn)，主要通過的村落為東崖村、團(tuán)飄村。隧址區(qū)地形起伏較大，地面標(biāo)高260.0耀510.0m，相對高差250m，左右線進(jìn)口自然坡角約5毅，左右線出口自然坡角約9.6毅。隧址區(qū)植被發(fā)育，多為核桃樹、果樹、雜木以及雜草等。其隧址區(qū)地層巖性簡單，上覆第四系殘坡積覆蓋粉質(zhì)黏土層（Q4pl+dl），下伏（沂）石灰?guī)r、頁巖。地下水補(bǔ)給主要以大氣降水補(bǔ)給為主。地下水埋深變化較大，水位深度為23.0m耀150.0m，局部鉆孔未見地下水。
2公路隧道設(shè)計(jì)遵循原則
公路隧道設(shè)計(jì)應(yīng)按照國家規(guī)范要求設(shè)計(jì)，隧道中線與洞口等高線斜交，則洞口可采用斜交結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，隧道中線及端墻交角應(yīng)躍45毅[1]。施工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)應(yīng)考慮到隧道內(nèi)輪廓，隧道洞口設(shè)置洞門，可采用削竹式、端墻式、柱式、臺(tái)階式。洞門設(shè)計(jì)應(yīng)符合實(shí)際施工特點(diǎn)，滿足工程地理?xiàng)l件。內(nèi)部輪廓設(shè)計(jì)應(yīng)確保排水、照明、管理、通風(fēng)等設(shè)備所需空間。洞門設(shè)計(jì)應(yīng)按照地質(zhì)條件及施工需求，結(jié)合工程周邊環(huán)境確定。若隧道位于城鎮(zhèn)、村落等建筑物附近，應(yīng)更加注重隧道的美觀性，確保工程建設(shè)與城市建設(shè)及環(huán)境保護(hù)的協(xié)調(diào)。
3公路隧道設(shè)計(jì)
3.1隧道勘測。在開展公路隧道建設(shè)前，對施工區(qū)域科學(xué)勘測是確保設(shè)計(jì)有效的基礎(chǔ)。前期勘測應(yīng)注重確定隧道位置、類型、施工方案、環(huán)境保護(hù)后期運(yùn)營養(yǎng)護(hù)等。要對公路隧道區(qū)域地貌、地質(zhì)及地下水分布、水量等進(jìn)行詳細(xì)分析。在隧道勘察中應(yīng)開展地質(zhì)勘探，了解各區(qū)域更詳細(xì)的圍巖類型。圍巖條件對隧道穩(wěn)定、使用壽命及具體施工方案有較大影響，應(yīng)針對圍巖等級及巖性選擇合適的隧道設(shè)計(jì)方案。以小佛寺隧道為例，其地質(zhì)調(diào)繪及鉆探顯示，隧址區(qū)地層分為粉質(zhì)黏土和中風(fēng)化閃長巖，粉質(zhì)黏土呈現(xiàn)換褐色，圖紙均勻，有可見鐵錳質(zhì)氧化物，含少量碎石（直徑1耀4cm），[fa0]=140kPa。小佛寺隧道圍巖級別統(tǒng)計(jì)如表1所示。中風(fēng)化閃長巖呈現(xiàn)灰綠色，巖芯柱狀，巖溶及節(jié)理裂隙發(fā)育帶賦水性良好。其補(bǔ)水方式為大氣降水，通過風(fēng)化裂隙匯入地下水，地下水以地下徑流及泉水排除，施工區(qū)域地下水埋深變化大，水深23.0耀150.0m，中風(fēng)化石灰?guī)r滲透系數(shù)K=0.007耀0.015m/d。涌水量Qs=629.71m3/d。
3.2隧道選線。隧道位置決定了工程造價(jià)、建成后養(yǎng)護(hù)及安全運(yùn)營多方面內(nèi)容。在勘測設(shè)計(jì)中，應(yīng)確定路線走向，深入調(diào)查后，科學(xué)設(shè)計(jì)方案。若路線開挖深度躍30m，應(yīng)和隧道及深路塹方案比對，綜合考慮施工難度、成本、運(yùn)營、維護(hù)等內(nèi)容，同時(shí)兼顧政治、經(jīng)濟(jì)、國防、環(huán)保等需求來確定采用的方案是否合理。隧道平面及縱面線形應(yīng)和隧道兩端路線在一定范圍內(nèi)保持一致，在隧道起點(diǎn)、終點(diǎn)、中間點(diǎn)以“線路最短”為概念，落實(shí)“成本最低”理念。不同控制點(diǎn)可通過反復(fù)穿線、插點(diǎn)、結(jié)合區(qū)域地形特點(diǎn)，確定道路中線位置，避免隧道洞口高邊坡。在地質(zhì)條件上，注重洞口及隧道總長設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中要考慮高程及路線長度，針對線路、地形、地質(zhì)確定隧道位置及長度，特長隧道考慮輔助坑道及通風(fēng)設(shè)置，洞口位置考慮邊坡及仰坡穩(wěn)定。
3.3隧道縱斷面設(shè)計(jì)。隧道縱坡需滿足線路設(shè)計(jì)限制坡度要求，縱坡形狀采用單坡及人字坡，單坡可在高程路線高差大時(shí)便于展線，人字坡便于施工排水及出碴。平縱面線形應(yīng)順應(yīng)地勢及確保隧道洞內(nèi)外線形一致，且和區(qū)域景觀保持一致，分析地質(zhì)及場地對施工難度影響，應(yīng)避免平曲線設(shè)置不合理造成行車及通風(fēng)不便。受地形、地質(zhì)限制較大時(shí)，平曲線可不設(shè)超高[2]。3.4隧道內(nèi)輪廓設(shè)計(jì)。隧道內(nèi)輪廓設(shè)計(jì)應(yīng)考慮公路等級、車道數(shù)、側(cè)向?qū)挾燃坝鄬�，如何設(shè)置人行道、檢修道。隧道內(nèi)輪廓不得侵入隧道建筑限界。
4公路隧道施工工藝
4.1隧道掘進(jìn)。在公路隧道工程中，隧道掘進(jìn)需符合政府規(guī)范要求，開挖后設(shè)置支護(hù)。應(yīng)重視公路隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)，加強(qiáng)監(jiān)控，掌握掘進(jìn)可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)問題。掘進(jìn)方式可選擇手掘式、半機(jī)械及機(jī)械式掘進(jìn)等。按照擋土形式分為明挖和暗挖：明挖方式，其開挖面從隧道外直接觀測，在城市淺埋隧道施工中應(yīng)用廣泛；暗挖方式，不能直接觀測到開挖面，需以固定裝置間接掌握開挖面，在貫穿高山隧道中應(yīng)用廣泛。
4.1.1地質(zhì)預(yù)報(bào)。地質(zhì)預(yù)報(bào)需具備超前性。隧道開挖中圍巖、特殊地質(zhì)、滲水都會(huì)影響開挖效率及質(zhì)量，應(yīng)及時(shí)掌握情況，指導(dǎo)工作，這就需重視地質(zhì)超前預(yù)報(bào)。在開挖中，隨著掘進(jìn)深入，新問題將接踵而來，可采用打超前探孔、地震波法、超聲波探測等方式，也可參考地質(zhì)專家判斷，針對地質(zhì)構(gòu)造特征對施工前方地質(zhì)進(jìn)行判斷。
4.1.2中線及高程控制。在公路隧道中線測量前，應(yīng)考慮隧道開挖打通后其偏差數(shù)據(jù)。應(yīng)針對隧道長及平面形狀，在圖紙上布置測點(diǎn)及預(yù)計(jì)貫通點(diǎn)，在平面圖上測量必要尺寸，以規(guī)范極限誤差計(jì)算測角及量距精度。4km以下的隧道中線貫通極限誤差控制在依100mm，4耀8km隧道中線貫通極限誤差控制在依150mm。隧道高程數(shù)據(jù)對控制建設(shè)規(guī)模有重要影響，短隧道采用通用水平儀控制，長隧道采用精密水平儀建設(shè)，確保高程能達(dá)到需求精度，高程貫通極限誤差在依50mm。在隧道開挖中，應(yīng)注重對項(xiàng)目施工進(jìn)度控制，掌握隧道縱向坡度和方向偏離，實(shí)時(shí)調(diào)整隧道掘進(jìn)狀態(tài)。
4.1.3掘進(jìn)方式�？刹扇《軜�(gòu)法進(jìn)行施工。隧道松軟地質(zhì)以盾構(gòu)法開挖，盾構(gòu)是圓形鋼結(jié)構(gòu)開挖設(shè)備，其前端為切口環(huán)，中間支撐環(huán)，后端為盾尾。開挖中，切口環(huán)切入底層，掩護(hù)施工人員工作，支承環(huán)承擔(dān)主要荷載，可安裝多臺(tái)推進(jìn)盾構(gòu)千斤頂或其他設(shè)備。盾尾隨切口環(huán)和支承環(huán)前進(jìn)，保護(hù)施工安裝鐵管片及混凝土管片安全。盾構(gòu)法在松軟地層區(qū)具有實(shí)踐意義，能確保施工安全，避免超挖出現(xiàn)。掘進(jìn)機(jī)法在隧道斷面上施工，以連續(xù)掘進(jìn)設(shè)備施工，普通掘進(jìn)機(jī)前端為金屬圓盤，具有較強(qiáng)旋轉(zhuǎn)及推動(dòng)能力。圓盤上附著多把刀具，用以切割地層，圓盤周邊存在鏟斗，對切割后碎石傾入運(yùn)輸部分，由后方運(yùn)出。其機(jī)身部分有數(shù)對可伸縮支撐機(jī)構(gòu)，刀具切割地層，其外伸撐緊巖壁，平衡扭矩及推力。掘進(jìn)機(jī)法對圍巖影響小，速度較快，操作人員少，可有效減少人力成本，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短工期[3]。
.2隧道支護(hù)。
4.2.1復(fù)合式襯砌。以噴錨網(wǎng)或單噴作為初期支護(hù)后，泵送混凝土形成拱圈作為二次襯砌，形成噴錨網(wǎng)支護(hù)+混凝土襯砌�？紤]隧道防排水需要，在初支與二次襯砌間鋪掛排水管、防水板等，建立防水層。
4.2.2噴錨。錨桿種類繁多，在施工中應(yīng)針對圍巖及設(shè)計(jì)需求，選擇噴錨方式，確保支護(hù)穩(wěn)定。噴錨方式分為干式和濕式兩種，無論采用哪種噴錨方式，都應(yīng)確定合適混凝土配合比，確保其滿足強(qiáng)度、噴射要求，噴射材料選擇水泥、粗集料、細(xì)集料、速凝劑、水。施工前應(yīng)清理噴巖面，確保噴射混凝土與巖面有良好的粘結(jié)力，控制混凝土厚度，使厚度滿足設(shè)計(jì)要求，錨桿、鋼筋網(wǎng)、鋼支撐等具有足夠保護(hù)層，發(fā)現(xiàn)局部脫落及時(shí)補(bǔ)噴。
5結(jié)語
綜上所述，公路隧道建設(shè)是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的有力支撐，應(yīng)積極探索現(xiàn)代化技術(shù)在公路隧道施工中的合理應(yīng)用，以新技術(shù)增加施工安全性，提高工程質(zhì)量。為確保車輛在隧道中行駛的安全性和快捷性，應(yīng)針對隧道所處區(qū)域道路獨(dú)特性及環(huán)境特點(diǎn)分析，以科學(xué)設(shè)計(jì)及施工工藝，提高隧道安全性，為區(qū)域化經(jīng)濟(jì)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
【參考文獻(xiàn)】
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