馬飛

（張石高速公路張家口管理處，河北 張家口075000）

長大隧道施工技術(shù)分析

馬飛

（張石高速公路張家口管理處，河北 張家口075000）

以大河灣長大隧道施工工程作為實(shí)例，分析了該工程的總體施工方式，以及應(yīng)用到的相關(guān)技術(shù)（其中包括有TSP地質(zhì)情況報(bào)告技術(shù)、TSP探測(cè)技術(shù)、GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)）等，希望能給相關(guān)施工行業(yè)的從業(yè)者提供一些幫助，并期待這些先進(jìn)技術(shù)能更多用于長大隧道的工程施工當(dāng)中。

長大隧道;施工;技術(shù)分析

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.07.045

大河灣長大隧是道位于金沙江洛渡水電站之外的外界通車定制公路“2道1橋”的重大工程項(xiàng)目之一。其中，隧道的起始里程為K1+414～k4+530。本文以大河灣長大隧道修建為例展開討論。

1 工程簡介

大河灣隧道的長度為3116m，根據(jù)我國的隧道長度劃分規(guī)定，該隧道屬于特長公路隧道，隧道內(nèi)要求的最低空間為10.7m（寬）×7.25m（高），原定計(jì)劃是設(shè)計(jì)成可上下通行的雙車道雙向道。隧道當(dāng)中，單車道的寬為9m，隧道的縱切面積為103m2,在隧道當(dāng)中共計(jì)建有9個(gè)緊急減速帶，減速帶的寬度為12m,隧道開挖截面面積為137m2,隧道中還建有兩個(gè)回車路，其路面寬度達(dá)到20m。回車路的挖掘斷面面積達(dá)223m2,在行業(yè)當(dāng)中屬于大型隧道斷面與超大型隧道斷面。大河灣隧道橫穿金沙江背面的一座山體，在進(jìn)入山體之前，山體十分陡峭，與所修隧道制定的高度差超過了300m。在該山體最深處，隧道離山頂?shù)木嚯x超過了800m，大河灣隧道處于第三沉降帶之中，該沉降帶中的巖層主要由砂巖和碎石土構(gòu)成。隧道周圍的巖石較為松散，屬于不良地質(zhì)，很容易在施工過程中發(fā)生塌方等突發(fā)事件。

2 整體施工方式

大河灣隧道的整體施工方式采用雙口挖掘模式，使用噴錨構(gòu)件法開展對(duì)隧道的施工工作，在挖掘隧道之前，先使用相關(guān)技術(shù)，對(duì)前方的地質(zhì)狀況進(jìn)行監(jiān)控，并使用自創(chuàng)的簡易鉆孔支架與YT-28風(fēng)槍鉆機(jī)設(shè)備進(jìn)行鉆孔處理。在隧道挖掘伊始，先對(duì)山體進(jìn)行光面爆破處理，并使用自行卸載式貨車?yán)脽o軌運(yùn)輸?shù)姆椒?，將山體中多余的渣運(yùn)送出山體，整體鋼化車襯砌，利用罐車進(jìn)行混凝土的運(yùn)送工作。混凝土運(yùn)送到相關(guān)泵車，泵車將混凝土澆筑建模。在整個(gè)隧道之中，使用到的混凝土全部都在隧道之外的兩個(gè)攪拌點(diǎn)進(jìn)行集中制造，然后運(yùn)往

隧道中，對(duì)隧道中的洞口進(jìn)行混凝土澆筑工作。

2.1 風(fēng)力、電力、水力的供給

在隧道的兩個(gè)入口處，分別建設(shè)1座壓縮空氣制造站，每個(gè)制造站當(dāng)中安裝5個(gè)30m3的電動(dòng)空氣壓縮機(jī)。除此之外，再配置2臺(tái)30m3的內(nèi)燃空氣壓縮機(jī)，以備不時(shí)之需?？垢邏猴L(fēng)管使用半徑為80mm的鋼管，并將該導(dǎo)管引導(dǎo)進(jìn)隧道之中。在隧道的進(jìn)出口，都使用遠(yuǎn)距離單頭壓縮式通風(fēng)裝置，并且各安置1臺(tái)天津制造的DT-125型號(hào)的大型橫軸式通風(fēng)設(shè)備，半徑為0.8m的橡膠材料軟管對(duì)隧道進(jìn)行風(fēng)力的運(yùn)送。在隧道的所有進(jìn)出口建設(shè)1座變電站，其變電的大小為700kV·A。除此之外，還需要配置1臺(tái)200kV·A的運(yùn)動(dòng)變壓器將電力資源安全運(yùn)往隧道口之中，在山體隧道的每一個(gè)洞口之中各修建1個(gè)150m3的高位水坑，其高度應(yīng)高于隧道洞口高度70m以上，它的入口利用了水往低處流的特點(diǎn)，出口是金沙江，并且經(jīng)過4層過濾。

2.2 超前支護(hù)方式

在大河灣隧道口的出口，針對(duì)1類脆弱圍巖巖層利用R25N自動(dòng)錨桿組成預(yù)先短管棚，桿長約為6m，其中,錨桿每2.4m會(huì)出現(xiàn)1個(gè)循環(huán)節(jié)，所有循環(huán)節(jié)打進(jìn)4m長的R25N自動(dòng)錨桿201根。它的縱切面的水平連接長度不低于1.5m，支護(hù)方式的有效控制距離為隧道拱部到隧道墻體之間的最大橫跨距離。

2.3 隧道挖掘辦法

針對(duì)山體中的1類巖層，使用上臺(tái)留內(nèi)核土質(zhì)法，2類巖層使用短臺(tái)階法，3類巖層使用臺(tái)階法，4、5類巖層使用完全截?cái)喾ā?、2類巖層在進(jìn)行施工的過程中，都使用挖掘機(jī)設(shè)備進(jìn)行隧道挖掘，一些少數(shù)的零散石塊利用爆破的方式，最大程度降低巖層的松動(dòng)，同時(shí)提前對(duì)山體開展封閉工作。對(duì)于山體的數(shù)據(jù)變化，進(jìn)行多方面測(cè)量，以此為基礎(chǔ)開展對(duì)大河灣隧道的挖掘工作。3、4、5類的巖層直接運(yùn)用爆破的方式，隧道的回車路都是屬于5類巖層之中，在開展相關(guān)的挖掘工作時(shí)，首先針對(duì)普通的斷層截面進(jìn)行挖掘工作，再進(jìn)行較為簡易的支護(hù)施工，緊接著再開始相關(guān)的挖掘工作。這樣做既可以讓先頭施工部隊(duì)的工作不被延誤，同時(shí)也可以增強(qiáng)后續(xù)維護(hù)人員的安全性，相關(guān)檢測(cè)人員需要加強(qiáng)對(duì)山體狀況的檢測(cè)，一旦出現(xiàn)山體變動(dòng)，需要立即撤出，確保相關(guān)人員的施工安全。

3 相關(guān)施工技術(shù)介紹

3.1 TSP地質(zhì)情況報(bào)告技術(shù)

在與其他地質(zhì)技術(shù)相比較的過程中，筆者發(fā)現(xiàn)，更為先進(jìn)的TSP地質(zhì)情況報(bào)告技術(shù)用于檢測(cè)范圍廣，檢測(cè)準(zhǔn)確率高，受到電磁干擾時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)無影響等優(yōu)點(diǎn)。且相關(guān)的技術(shù)設(shè)備十分便于攜帶，所以，先進(jìn)的TSP地質(zhì)情況報(bào)告技術(shù)是在長大隧道挖掘過程中一項(xiàng)值得大力推廣的技術(shù)

3.2 TSP檢測(cè)程序

3.2.1 在檢測(cè)開始前的準(zhǔn)備工作

大體有兩點(diǎn)準(zhǔn)備工作，首先是震源布置，依照長大隧道的已經(jīng)挖掘地面的現(xiàn)有狀況與該片已挖掘區(qū)域所處的巖層帶，在離挖掘機(jī)工作處10m左右的地方鉆設(shè)一爆破點(diǎn)，直徑約為40mm，爆破點(diǎn)的深度約為10m，和隧道底部之間的距離大約在1m左右。并且與隧道軸之間呈現(xiàn)出90°的夾角，按照這個(gè)規(guī)律，每1.5m左右向隧道洞口之外設(shè)置20個(gè)震源引爆點(diǎn)，并且每個(gè)引爆點(diǎn)當(dāng)中放置40g TNT炸藥，用雷管進(jìn)行相互連接。第二步就是安裝接受傳感裝置，在距離隧道施工挖掘點(diǎn)50m左右的地方，安裝最后一個(gè)爆炸點(diǎn)，在山體隧道中對(duì)稱安裝2個(gè)傳感器點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)位的深度約為2m，每個(gè)傳感器點(diǎn)孔的半徑約為20mm。并且，在離隧道底部1m左右的位置，朝下往隧道洞口偏斜15°左右。在安裝完所有的爆破點(diǎn)之后，使用固定裝置將每一個(gè)爆破點(diǎn)填滿，之后再插入相關(guān)的接收設(shè)備。需要注意的是，接收裝置的安裝必須要保證巖層與雷管之間不存在有縫隙，才可以真正保證傳感器所接受到的相關(guān)信息準(zhǔn)確無誤。

3.2.2 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控

首先把隧道挖掘過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)包括該工程的名字、修建時(shí)間、修建全長等以及測(cè)量的數(shù)據(jù)即接收器和爆破點(diǎn)的具體坐標(biāo)位置輸入計(jì)算機(jī)當(dāng)中。接下來將傳感器每一個(gè)都插進(jìn)相應(yīng)的管套至之中，確定連接完畢，檢查信號(hào)無誤。再把挖掘過程中其他設(shè)備的電線等連接妥當(dāng)，開啟數(shù)據(jù)記錄設(shè)備，并對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行噪聲檢測(cè)與線路故障檢測(cè)。最后，在離傳感器設(shè)備最近的一個(gè)爆破孔當(dāng)中注入清水封死爆破口，并拉動(dòng)引爆裝置，引爆該爆破孔。對(duì)于爆破產(chǎn)生的振幅與震波進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并以上述動(dòng)作作為循環(huán)，開始完成所有爆破孔的數(shù)據(jù)采集。

3.2.3 分析數(shù)據(jù)

在現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集工作完畢之后，相關(guān)檢測(cè)人員利用

電腦所記錄下的相關(guān)數(shù)據(jù)開始對(duì)施工地段地質(zhì)狀況開始加以分析。依照計(jì)算機(jī)繪出的該隧道的相關(guān)圖像和數(shù)據(jù)的分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)初步調(diào)查所采集的數(shù)據(jù)樣本，解讀在接下來的挖掘工作中可能會(huì)出現(xiàn)的巖層的狀況、位置，還有規(guī)模大小。

3.3 使用GPS系統(tǒng)用于隧道挖掘工程中的數(shù)據(jù)測(cè)量

大河灣隧道在進(jìn)行挖掘工作時(shí)，在入口的山體與地面呈現(xiàn)的夾角接近90°，并且與隧道之間的高度差達(dá)到了300m以上。所以，在挖掘隧道的過程中，想要對(duì)隧道內(nèi)的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)往往有很大的難度，若采用傳統(tǒng)的布網(wǎng)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，那么，所布網(wǎng)的長度將會(huì)接近有20km。如此長的網(wǎng)，控制精度會(huì)出現(xiàn)極大的困難，針對(duì)這種狀況，運(yùn)用到了先進(jìn)的GPS衛(wèi)星定位導(dǎo)航就可以很輕松解決這個(gè)問題。在大河灣隧道挖掘期間，工程隊(duì)在進(jìn)行隧道挖掘的過程中，運(yùn)用了GPS技術(shù)，并使用了其他相關(guān)監(jiān)控技術(shù)給予輔助。結(jié)果表明，GPS技術(shù)用于大河灣隧道的挖掘工作，所給出的數(shù)據(jù)誤差極小，完全滿足施工方對(duì)大河灣隧道施工所提出的要求，其在進(jìn)行測(cè)量中，主要表現(xiàn)出以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

1）不需要建立多個(gè)測(cè)量站臺(tái)，節(jié)約了測(cè)量站臺(tái)在建立過程中的花費(fèi)。

2）給出的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度較高，降低了因?yàn)榇蠛訛乘淼涝谶M(jìn)行挖掘工作時(shí)因?yàn)閺?fù)雜的地理?xiàng)l件的限制而產(chǎn)生的數(shù)據(jù)精度偏低的現(xiàn)象。

3）測(cè)量數(shù)據(jù)的耗時(shí)較短，大量降低了人力資源的消耗，若采用傳統(tǒng)方法進(jìn)行定位或數(shù)據(jù)測(cè)量，往往需要9d甚至更長的時(shí)間。但是，使用GPS數(shù)據(jù)僅僅需要傳統(tǒng)方法一半的時(shí)間就可以得到比原有數(shù)據(jù)更為精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，大大降低了人力資源的使用，節(jié)省的施工企業(yè)的成本。

4）操作方便。GPS衛(wèi)星定位設(shè)備具有極高的自動(dòng)化程度，在進(jìn)行位置監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集時(shí)，相關(guān)測(cè)量人員只需要安裝裝置的相應(yīng)開關(guān)，測(cè)量海拔高度和控制相關(guān)儀器的正常運(yùn)行就可以了，因此,GPS系統(tǒng)操作極為簡單。

5）可全天工作，使用GPS系統(tǒng)，可以不受到天氣的影響，在任何地點(diǎn)都能夠自由運(yùn)行。

4 結(jié)語

在對(duì)大河灣隧道這樣的大長隧道進(jìn)行施工挖掘的工程當(dāng)中，因?yàn)樯襟w地質(zhì)欠佳，所以，使用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)控手段以及施工技術(shù)就很有可能會(huì)造成在該工程修建過程中出現(xiàn)嚴(yán)重的問題。因此，施工單位大膽使用TSP技術(shù)和GPS全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航技術(shù)來增強(qiáng)獲取數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，也讓該工程在開展時(shí)，安全系數(shù)大幅度提升，有效地降低了施工成本，使得大長隧道施工質(zhì)量有了保證。

【1】徐婷,曹世理,周偉,王元慶.長大隧道施工人員定位跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[J].公路,2014（2）:113-117.

【2】張文元.解析長大隧道施工地質(zhì)超前預(yù)報(bào)工作[J].低碳世界, 2014（7）:191-192.

【3】鄧勇.我國長大隧道施工發(fā)展趨勢(shì)探討[J].鐵道建筑技術(shù),2009（11）:72-75.

Analysis on the Construction Technology of Long Tunnel

MA Fei
(ZhangShiZhangjiakouHighwayManagementOffice,Zhangjiakou 075000,China)

Thispaper to the riverbaygrewup tunnel construction project asan example,analyzed the overall construction method,and appliedtotherelatedtechnology(includingtheTSPgeologicaltechnicalreport,TSPdetectiontechnology,GPSglobalsatellitepositioning system),hopecangiverelevantconstructionindustrypractitionerstoprovidesomehelp,andlookforwardtotheadvancedtechnologycanbe moreforlongtunnelconstruction.

longtunnel；construction；technologyanalysis

U455

A

1007-9467（2016）07-0166-03

2016-01-19

馬飛（1981～），男，吉林四平人，工程師，從事公路工程項(xiàng)目管理，（電子信箱）736089088@qq.com。