摘要         特長隧道一般地層復雜，地質(zhì)構造往往有斷裂、褶皺，可能存在活動性斷層、圍巖失穩(wěn)、突然涌水、高地溫、巖爆，甚至巖溶高壓水、瓦斯天然氣、大變形等地質(zhì)災害問題，不可預見性較大。因此，其地質(zhì)的探測、預報，對施工方案的選擇確定、及時靈活地處理各種問題，對工程項目的安全、質(zhì)量、進度、成本控制，具有非常重大的作用。

Summary      long tunnel General formation geologic structure complex, often has broken, fold, there may be active faults, rock instability, sudden inrush of water, high temperatures, detonation, rock and even Karst high pressure water and methane gas, large deformation, geohazards, unpredictable. Therefore, its geological exploration, forecasts, on the construction plans of the flexibility to determine, timely, and deal with various issues, project safety, quality, schedule, cost control, has a very important role.

關鍵詞：特長隧道、復雜的地質(zhì)條件、探測預報、施工方案

    一般來講，公路、鐵路、水利水電等工程項目建設，分為規(guī)劃、可行性研究、初步設計、技施設計、施工、運行六個階段。工程地質(zhì)及水文地質(zhì)勘察探測工作，主要在設計、施工階段，常用的勘察方法有地質(zhì)測繪與調(diào)查、勘探與取樣、原位測試、室內(nèi)試驗、現(xiàn)場檢驗與監(jiān)測等。通過資料查閱勘察區(qū)的工程地質(zhì)條件-----地層巖性、地質(zhì)構造、水文地質(zhì)、動力地質(zhì)現(xiàn)象和工程地質(zhì)現(xiàn)象等，結合勘察目的，進行勘探取樣，勘探方法一般采用鉆探、井探、洞探等�，F(xiàn)場檢驗根據(jù)施工的實際情況，對勘察成果進行補充修正，必要時需進行施工階段勘察；現(xiàn)場監(jiān)測（主要內(nèi)容：對巖土性狀受施工影響而引起變化的監(jiān)測；對施工和使用中構造物的監(jiān)測；對環(huán)境條件，包括工程地質(zhì)、水文地質(zhì)及相鄰結構、設施等可能發(fā)生的變化進行監(jiān)測）對工程施工安全質(zhì)量進行控制。

    特長隧道的地質(zhì)勘察探測，適宜使用高性能的探地雷達來進行，不論是設計還是施工。探地雷達通常由雷達系統(tǒng)和顯示處理系統(tǒng)兩大部分組成，雷達系統(tǒng)由發(fā)射脈沖源、收發(fā)天線、取樣接收及主機控制電路等組成，用來獲得目標的回波信息；顯示系統(tǒng)由工控機和探地雷達專用測量、處理軟件組成，具備動態(tài)調(diào)試、實時圖像連續(xù)顯示、數(shù)據(jù)處理和三維成圖的功能。工作時，由發(fā)射脈沖發(fā)出的脈寬為毫微秒量級的視頻脈沖，經(jīng)位于地面上的寬帶發(fā)射天線耦合到地下，當發(fā)射脈沖波在地下傳播過程中遇到介質(zhì)分界面、目標或其它局域非均勻體，一部分脈沖能量反射回地面，由地面上的寬帶接收天線所接收。取樣接收電路在雷達主機取樣控制電路控制下，按等效時間采樣原理將接收到的高速重復視頻脈沖信號轉換成低頻信號，送至顯示系統(tǒng)進行實時顯示和處理，自動繪制探測結果的CAD三維立體圖。高性能探地雷達適用于：基巖探測，水文調(diào)查，探地調(diào)查，巖熔及空洞探測，湖（河）底形態(tài)調(diào)查，隧道超前探測，壩體深部探測，冰川調(diào)查，滑坡調(diào)查；古墓及其它未知物探測，管網(wǎng)普查及管線探測，壩體質(zhì)量檢測，不明物體定位；隧道襯砌質(zhì)量檢測，混凝土質(zhì)量檢測，墻體質(zhì)量檢測，路面檢測（分層、缺陷定位及質(zhì)量評估），橋面及橋樁質(zhì)量檢測等。

    因此，在設計階段主要使用高性能探地雷達，需要時采取井探或洞探，使雷達探測盡量接近擬建隧道頂部高程，來探測成像、清晰獲取隧道地質(zhì)水文情況，以選擇確定隧道路線、開挖方法、襯砌方式等。在施工投標階段，需較深入地調(diào)查隧道地質(zhì)水文情況，擬定較系統(tǒng)的雷達探測方案，相應的隧道施工方案、施工組織設計；中標進場后，抓緊進行系統(tǒng)的地質(zhì)水文雷達探測，結合氣候氣象等當?shù)厍闆r，優(yōu)化施工設計，確定細致的施工方案、高效的施工組織設計。大家知道，隧道施工一般可分為如下幾道主要工序：超前支護、開挖、初期支護、防水層鋪設及二次襯砌等。同時，特長隧道還要加強提前探測預報（主要是掌子面前方地質(zhì)情況）及施工中的探測監(jiān)測，為施工決策提供重要信息依據(jù)，以靈活及時處理各種問題。

    在取得同等支護效果條件下加強初期支護，以避免需要提前施作二次襯砌而影響前面的施工，導致總體進度的滯后；為保證超前支護有效而快速，盡量采用自進式錨桿；盡量減少輔助施工工序，如初期支護采用鋼纖維噴射混凝土代替鋼筋網(wǎng)噴射混凝土，從而減少一道掛網(wǎng)的工序，能用系統(tǒng)錨桿解決支護問題的就不考慮設置鋼拱架；地質(zhì)較差地段設計為短臺階開挖而不是側壁導坑開挖等。一般采用光面鉆爆法從兩端相向施工，主要采用智能全站儀和激光指向儀進行定位、測量、控制：

掌子面鑿眼，采用氣腿式鑿巖機，鉆孔臺架多層靈活，頂部立柱采用套管式可以上下垂直移位，頂層可以升降，臺架移位時頂層降下來，就位后頂層升上去。多臺鉆機可以同時施鉆，采用分區(qū)定人、定鉆、定時間。從而節(jié)約打眼時間，提高鑿眼效率，確保鑿眼質(zhì)量，為縮短循環(huán)時間創(chuàng)造條件。

掏槽眼，采用多級楔形斜孔掏槽，復合反向裝藥結構。其底部炮眼深度的1/3處裝高威力炸藥，上部換成低威力炸藥，頂部保留20%炮眼長度，采用炮泥進行堵塞。布置在開挖斷面的中央稍靠下部，以使底部巖石破碎，減少飛石，且比輔助眼深10cm。采用毫秒延期雷管爆破，每級掏槽眼同時起爆，各級之間延期時間50ms。周邊眼采用不耦合裝藥，選用Ф20小藥徑空氣柱間隔裝藥，即徑向空氣間隙不耦合裝藥結構和軸向空氣柱間隔不耦合裝藥結構。

山頂修建高壓水池滿足掌子面施鉆的水壓要求，洞口配置空氣壓縮機為掌子面施鉆提供高壓風。根據(jù)施工進展及洞內(nèi)地質(zhì)、空氣等情況，采用送入和抽出相結合進行通風換氣，洞內(nèi)風管采用機制高強度板材（防火無毒、易于拼裝），向洞內(nèi)及掌子面送風，并噴灑水霧，以降低毒氣、清新空氣。進洞較長距離后，即在第二個緊急停車帶加寬處增設儲風罐，隨著掘進的推進，儲風罐又移至第三個緊急停車帶加寬處，以滿足掌子面高壓風的供應。

采用裝載機裝碴，當渣量裝到2/3時，一臺挖掘機即到掌子面配合裝載機，從而保證裝碴速度，同時根據(jù)實際情況利用斗齒適當安全排險，減少排險作業(yè)時間，運輸汽車臺數(shù)隨運距的增加而逐漸增加，確保裝、運匹配。鉆爆臺架就位后，排險完成的同時，完成激光指向儀自動投點，開始掌子面放樣，并采用雷達或激光限界檢測儀及時檢查超前挖情況。保證出碴速度、排險及掌子面放樣速度，縮短循環(huán)時間。

    初期支護一般緊跟及時，噴射混凝土采用濕噴，錨桿施工采用錨桿臺車鉆孔。為防止隧道變形，避免圍巖失穩(wěn)，仰拱須在2次襯砌之前施作；拱、墻部初期支護形成后要盡早鋪設仰拱，以使初期支護盡快形成封閉受力結構，為2次襯砌施工的模板臺車軌道鋪設提供條件，同時，也為洞內(nèi)運輸提供便利。

    二次襯砌采用先仰拱、后上部的施工順序；采用襯砌臺車，大模板施工；混凝土采用洞外攪拌站拌合，混凝土攪拌運輸車運輸，灌注混凝土采用輸送泵直接輸入臺車內(nèi)。2次襯砌采用液壓全斷面襯砌臺車，單洞單口分別配置兩臺（兩臺型號不同）的二次襯砌臺車。大型號臺車作為1號臺車先行進洞，承擔二襯澆筑主要任務；小型號臺車作為2號臺車后行進洞，放在后面主要承擔加寬帶、橫洞口及射流風機預留處等復雜段落二襯澆筑任務。1號臺車澆筑循環(huán)距掌子面始終保持在200～260m范圍內(nèi)，穩(wěn)步推進，必要時可跳段施工。1號臺車澆筑襯砌實現(xiàn)快循環(huán)，取得較快進度的的主要做法如下：

(1) 超前50m鋪設防水板，且對焊縫提前做好真空檢查，確保不因防水板鋪設進度或質(zhì)量原因而影響二襯的正常推進；

(2) 超前兩板標準施作矮邊墻，同時盡量將二襯內(nèi)的預埋管件、預埋箱安裝到位，以節(jié)約二襯臺車到位后的立模就位時間；

(3) 二襯混凝土中依照配合比適量摻加外加劑，提高早期強度，保證混凝土入模后10小時內(nèi)強度達到3.0Mpa，實現(xiàn)盡快脫模；

(4) 二襯脫模后，由專門班組及時完成預埋洞的脫模及二襯缺陷修飾等作業(yè)；

(5) 洞內(nèi)變壓器適時跟隨1號臺車前移，以滿足澆筑時輸送泵、搗固機等正常運轉，保證澆筑的順利進行。

    進行科學合理的施工組織，為快速施工提供有力保障：

1  整平層跟近掌子面。進洞100m全斷面后即組織施作整平層（作好排水），使其距掌子面控制在80m以內(nèi)，以改善洞內(nèi)的施工環(huán)境，為出碴鋪平道路，節(jié)省運碴時間。

2  機械通風、噴霧灑水及時到位。進洞1500m后采用三級混合式通風，將一臺壓風機安設在離洞口20m處，并連接Ф150風筒布至掌子面附近，掌子面炮響后開始送風。通風10分鐘后，掌子面100m范圍內(nèi)空氣即可置換完畢；將一臺風機安設在1號襯砌臺車上，掌子面炮響10分鐘后開機工作，將濁煙吸入排向洞口；將一臺風機架設在距掌子面500m處，隨掌子面的推進適時前移，連接Ф60的風筒布至洞口，將濁氣抽出。通風機開關由調(diào)度室專人負責，除爆破通風外，鉆眼、出渣等仍保持經(jīng)常性通風，確保機械通風經(jīng)�；�。安排兩名專職人員對掌子面及隧道內(nèi)路面進行及時跟蹤灑水，爆破前、爆破后、裝渣前與裝渣過程中噴霧灑水沖刷巖壁及渣堆，確保噴霧灑水正規(guī)化。如果出口段為上坡段，洞內(nèi)空氣不易外流，洞內(nèi)空氣環(huán)境也可維持良好，為安全快速施工創(chuàng)造條件。掌子面炮響10分鐘后機械車輛即可到掌子面裝運棄渣，20多分鐘后即完成集中作業(yè)區(qū)（距掌子面260m以內(nèi)）的通風排煙除塵。

3  出碴期間洞內(nèi)排除一切阻路干擾。整平層澆筑、防水板供料等影響道路通暢的作業(yè)，出碴期間統(tǒng)統(tǒng)避開。

4  分工明確、責任到人、考核到位。掌子面鉆爆開挖分立三個班組，每個班組施工時分區(qū)、定人，鉆眼、裝藥、聯(lián)線一體化，即每個部位的作業(yè)人員基本固定，鉆眼作業(yè)者同時負責所鉆孔的裝藥聯(lián)線。每月底根據(jù)爆破質(zhì)量、循環(huán)進尺及綜合進尺對班組及個人同時進行考核評比。

5  機械車輛保養(yǎng)及時到位。每循環(huán)出碴結束后，司機配合專職修理工對各自機械車輛進行仔細檢修，檢修完成后并將燃油料加好，做好日常檢查保養(yǎng)，避免運輸過程中損毀趴窩。

    幾個施工要點：

1  系統(tǒng)探測、施工設計優(yōu)化、科學合理的施工方案及周密的組織協(xié)調(diào)，是快速施工的前提、基礎及保障。

2  掌子面高壓風、水的合理供給是特長隧道快速鉆爆掘進所要解決的突出問題。應從供給源與運輸管道的合理選用入手，確保供給的數(shù)量與壓力均能滿足，以保證鉆孔機具的功效充分發(fā)揮。高壓水可以采用山頂建立水池，高壓風可采用隧道中增設儲風罐，同時應注意對運輸管道的經(jīng)常性檢查，確保管道的嚴密性，減少流失。

3  洞內(nèi)空氣環(huán)境的良好維護，是實現(xiàn)特長隧道快速施工的基本保障。應采用濕式鑿眼、爆破前、爆破后、裝渣前與裝渣過程中噴霧灑水沖刷巖壁及渣堆，確保噴霧灑水正規(guī)化，以減少污染。同時應加強機械通風，宜采用混合式通風，同時襯砌應適宜跟緊，以減少洞內(nèi)空氣流通的阻力，縮短隧道通風時間，改善洞內(nèi)的作業(yè)環(huán)境，為施工創(chuàng)造有利條件。

4  特長隧道施工應集中作業(yè)區(qū)，縮小管理區(qū)的空間范圍。隧道施工重復性強，務必抓好工序間的銜接。如，掌子面出碴臨近結束時，鉆眼人員即需到位。

5  掌子面開挖取得良好效果是實現(xiàn)隧道快速施工的關鍵。開挖質(zhì)量高，超欠挖控制好、開挖輪廓平順，就為初期支護、防水層鋪設、二襯澆筑創(chuàng)造有利條件。光爆質(zhì)量與周邊眼的合理布設及其科學合理的裝藥結構密切相關，周邊眼應采用小藥徑不耦合裝藥結構。光爆的循環(huán)進尺與掏槽情況密切相關，采用多級楔形斜孔掏槽，可以加強掏槽效果。采用防水、防靜電、防干擾的塑料毫秒延期電雷管起爆，有助于實現(xiàn)光爆效果。爆破炮眼封閉要有足夠深度且務必封堵嚴實，最好選用粘性土。掌子面開挖要保證開挖面平整，否則鉆眼臺架就位困難，影響鉆眼，包括進度與質(zhì)量。輔助眼與周邊眼的眼底應在同一垂直面上。

6  控制欠挖與爆破眼塊塊徑，是實現(xiàn)掌子面快速掘進的必備要求。欠挖需補爆，棄碴巖塊塊徑過大不便裝運需解炮，二者都將耽擱太多時間，形成窩工，是實現(xiàn)快速掘進的絆腳石。開挖斷面兩隅底腳處很容易欠挖，底面兩隅處需適當增設炮眼增加藥量，底眼布置也相對困難，有積水時且易產(chǎn)生瞎炮，布眼時底眼口應比底板高出0.1～0.2m，但其眼底應低于底板0.1～0.2m，底眼裝藥量介于掏槽眼與輔助眼之間，裝藥深度應為眼深的0.5～0.7 倍。要控制巖塊塊徑，巖塊太碎將造成不必要的浪費，太大將影響出碴速度，應嚴格控制輔助掏槽縱向間距、深度，并局部采用同段雙雷管起爆法引爆�？傊�，要設法避免補炮或解炮，否則就會貽誤很多寶貴時間。

7  出渣速度的提高對縮短掘進循環(huán)時間大有裨益。提高出渣速度，除需要控制爆破巖塊塊徑不宜過大外，應選擇最佳棄渣場地，盡量縮短運距，同時做好運輸便道的保養(yǎng)，且應注意裝運機械的最佳匹配，應根據(jù)運距等情況適時調(diào)整。

    探測清楚的流沙地段施工，首先應制止水夾泥沙涌入坑道，施工需用先護后挖、密閉支撐、邊挖邊封的方法，必要時可采用雙層插板支撐，兩層板間作濾水層（如塞麻袋），避免流水過多帶走泥沙而造成塌方。隧道結構應采用有仰拱的封閉式襯砌，地下水不允許經(jīng)隧道排走，以免流水帶走泥沙導致坍塌。施工中除用小斷面，工序緊跟、封閉支撐外，還應注意留有足夠的預留沉落量，并隨時注意觀察、測量實際情況。如遇到特大流沙時，采用降低地下水法、硅化法或凍結法等進行施工處理。

涌水（泥）地段的施工，根據(jù)設計文件和雷達探測，對涌水（泥）量大小、補給方式、變化規(guī)律及水（泥）質(zhì)成分等進行詳細分析，選擇既經(jīng)濟合理，又能確保圍巖穩(wěn)定，并保護環(huán)境的治水（泥）方案。處理涌水（泥）可用下列輔助施工方法：超前鉆孔或輔助坑道排水（泥）、超前小導管預注漿、超前圍巖預注漿堵水（泥）、井點降水及深井降水等。

軟臥層地段的施工，采取短開挖、弱爆破、強支撐、快襯砌等各工序緊跟的措施，消除不利因素，盡快修好襯砌，避免塌方發(fā)生。

斷層破碎帶的施工，斷層破碎帶松軟破碎（含水），其自穩(wěn)能力差，容易發(fā)生坍塌。施工中應采用超前自進式注漿錨桿加固圍巖，和加強初期支護等手段，并及時完成2次襯砌。

巖爆地段的施工，一般由于其巖質(zhì)堅硬，干燥無水，易發(fā)生巖爆。當施工進入該段時，加強洞內(nèi)空氣水霧噴灑，一方面提高空氣質(zhì)量，另一方面更是噴灑巖面，以增加巖面濕度，降低圍巖脆性，減弱巖爆。同時，及時施作噴錨支護措施封閉巖面，而且，施工人員配備簡易防護設備。安排專門人員進行安全觀察、監(jiān)測，聽到異常聲響，應立即撤離施工人員和機械設備。

高地溫地段的施工，加強施工通風和水霧噴灑，以防止施工環(huán)境溫度過高。

巖溶高壓水地段的施工，采取超前鉆孔放水泄壓，并加強組織協(xié)調(diào)、預備防護。

瓦斯天然氣地段的施工，加強自動報警監(jiān)測（范圍、點位、頻率），加強協(xié)調(diào)施工用電、用火、設備防爆措施，防止隧道頂部形成坑道，聚集瓦斯天然氣，加強隧道通風換氣、噴灑水霧，以保證良好施工環(huán)境條件。

    以上論述了特長隧道的施工技術及組織（一般地質(zhì)、特殊地質(zhì)），突出了系統(tǒng)雷達探測的重要性，亦即信息依據(jù)對設計、施工的重要性，表達了先進的科學技術對工程建設的巨大作用。以促進我們積極提高意識理念，積極研究提高科學技術、策劃組織能力，以大力提高工程建設水平、社會經(jīng)濟效益。

參考資料：

1、高速公路特長隧道快速施工關鍵問題      呂朝輝、中鐵二十局集團第二工程有限公司

2、烏鞘嶺特長隧道施工方案設計----隧道網(wǎng)

3、破解“世界性隧道難題”----中國中鐵隧道集團有限公司承建園梁山特長隧道施工紀實----新聞中心----新浪網(wǎng)

4、公路工程管理與實務（全國一級建造師執(zhí)業(yè)資格考試用書）

5、探地雷達在隧道和公路施工質(zhì)量檢測中的應用       于景蘭、王春和、郭金順       266071信息產(chǎn)業(yè)部22所青島分所

6、建筑儀器、公路儀器、鐵路儀器、水利儀器、橋梁隧道儀器、環(huán)保儀器、電力儀器