隧道工程新技术

隧道工程施工和测量新技术研究与应用

李海鹏

（中国矿业大学环境与测绘学院，江苏，徐州，221116）

摘要：近年来，由于高速铁路公路发展需要，和科学技术的发展，特大型隧道工程施工问题凸显。由于以前的技术落后，导致施工效率低下，安全事故频发人员伤亡严重。新技术的应用迫切。本文就隧道工程中的勘测，施工，安全监测的新技术略作探讨。

关键词：隧道施工新技术测量安全

Tunnel construction and measurement research and application of new technologies

Haipeng LI

（Surveying and Mapping07-1,School of Environmental and Surveying ,China University of mining and technology ,Xuzhou ,Jiangsu 221116）

Abstract : In recent years, As the development needs of high-speed railway road. And science and technology. Problem highlights the large tunnel construction. As the technology behind the previous, Lead to inefficient construction. Frequent accidents serious casualties, Immediate application of new technologies. This is the investigation on tunnel construction, Construction, Safety monitoring of new technologies slightly.

Keywords: Tunnel Construction New Technology Survey Security

引言：随着我国高等级公路、铁路的高速拓展，隧道工程也以特长隧道、连拱隧道、分离式隧道等多种形式展现在我们面前。基于现代GPS全球定位系统、电子全站仪、电子水准仪的广泛使用，现阶段地面控制网应采用导线控制，其优点为布网灵活、线形简单、计算方便，劳动强度低等优点。在隧道施工中，洞口围岩一般比较破碎、地质条件差，科学合理的施工方法对隧道的安全进洞以及今后的运营安全都具有至关重要的作用。目前隧道的施工方法，主要有台阶法和双侧壁导坑法、中隔墙法等。双侧壁导坑法和中隔墙法相对台阶法施工存在以下缺点兼顾建设工程施工和矿山生产，具有其自身独特的安全生产特点。隧道施工过程中，由于地质条件的多样性和复杂性，其施工事故发生率比其他岩土工程高且严重。

1.隧道工程测量

隧道施工测量主要是指施工放样测量，断面测量和竣工收方测量。施工放样测量以线路中线测量为其核心和基本，随着隧道施工技术的发展和对施工质量以及精度要求的提高，施工放样测量所涵盖的领域越来越广，今天当讨论施工放样测量时，很自然地会联想到掌子面炮孔放样、超前注浆孔位放样、激光导向测量、隧道轮廓线放样、钢拱定位、锚杆定位测量、模板放样以及避车洞／横通道放样等。

1．1地面控制网的布设方案

现阶段诸多单位均采用全站仪或GPS导线控制，而平差却采用简易平差，平差中没有将测量元素归算到标准椭球面上。另外，在公路隧道施工技术规范中要求的测角中误差，测边中误差、坐标相对误差等相应指标，还都是经纬仪导线控制标准，已远远地脱离了全站仪导线及平差的要求。步骤如下：（1）搜集资料；（2）现场踏勘；（3）选点布网；（4）地面导线测量；（5）成果整理。

经验表明现阶段隧道地面控制应采用电子全站仪导线，有条件的可采用GPS 控制，高程采用水准测量，测量结果平差采用电脑软件严密平差，把地面测量元素换算到标准椭球面上的模式，以减少误差在以后施工中的影响。

1.2地下导线测量

由于施工条件的限制，在隧道没有贯通之前，洞内控制只能敷设支导线，其形状完全取决于隧道的形状，没有选择的余地。基于上述问题，通过太原至长治高速公路，敦化至延吉高速公路隧道测量经验总结，采用推进式控制平差技术，其效果是非常理想的。

当隧道中的导线与横洞坑道相遇时，须将隧道中与横洞坑道中的导线连接起来而形成闭合导线，将闭合导线的角度及边长重新测量，经平差计算后，求得其新的坐标。

1.3 洞内开挖测量及隧道断面仪在施工放样质量控制。

现阶段隧道施工多采用新奥法施工，爆破多采用光面爆破和预裂爆破，这就要求在施工中应尽量避免过多地对围岩进行扰动，为保证衬砌质量，不应发生欠挖和超挖现象，这就要求在开挖放样中，应有足够的精度。

1.4断面测量

断面测量任务使用TMS PRO—FILE使工作变得简单，机载应用程序TMSPROscan可在无反射棱镜测距模式下，全自动的扫描表面。TMS PROscan可引导无测量经验的施工员正确完成操作、获得精确的专业测量结果。配合原先在办公室就输入的工程数据来完成断面评估的目的，TMS PROFILE有两种比较方法：①实际测量断面和预先定义的理论断面的比较，以获得对超欠挖的评估；②相同里程上两次的实际测量断面的比较，以获得混凝土衬砌的厚度。在隧道的施工现场，如果发现预先输入的工程数据需要调整，测量员就可以马上解决这个问题，因为TMS可以实现在全站仪上管理工程数据。现场人员在全站仪上可以看见图形表示的比较结果。

1.5用TMS进行炮孔放样

炮孔放样需要按设计图进行打眼、掏槽孔深度和孔位、周边孔外插角、孔间距和平行度、精度以及实际打眼总数都有详细而准确的描述和要求。使用TMS按照预先就在办公室中定义好的炮孔布置图开始逐个放样炮孔点位。在钻孔的过程中，红色的激光自动地指出炮孔点位，并且调整凿岩台车的位置以达到正确钻孔插角。

(1) 监控量测采用对边测量法。

全站仪自带的对边测量程序可以测出隧道断面内预先埋设的量测点的相对高差和距离，然后通过不同时间的数据画出隧道变形曲线图，这样就能完成收敛计完成的工作。

(2) 边长改正采用固定数值乘积法

由于该隧道的特殊性，边长需要改正，但在具体工作中改正需要输人一大串数字，增加了工作量；采取边长乘以一个固定的数值，这个数值是通过边长两化改正计算1km改正多少而得出来的比例值，所以改正效果和两化改正是一样的，从而能满足施工的要求。

（3）断面成图采用全站仪加EXCEL，AUTOCAD软件法

在断面成图测量中全站仪采集数据，内业用EX．CEL编写数据，复制到AUTOCAD中自动成图。

2.施工过程

中导洞开挖、初期支护一中隔墙施工一侧导洞开挖、初期支护一主洞上台阶开挖支护一主洞下台阶开挖一主洞仰拱开挖、初期支护一仰拱钢筋混凝土浇筑一防排水设施的施工—二次衬砌浇筑—峒内装饰。

2.1混泥土配制

依据《普通混凝土配合比设计规程》计算：

为了确保泵送混凝土的正常施工，一定要控制好粗细集料的级配和混凝土的水灰比，因为这两项波动比较大，需要试验员及时跟踪检测，和易性与坍落度不能满足设计要求时严禁用与泵送施工。要做好拌和站、运输车、输送泵之间的衔接，提高混凝土工的操作技能减少换管时间，不要因为泵送中断时间过长，而发生堵管。

2.2施工过程

2.2.1洞口施工

1)工艺流程：平整场地一孔位放样一钻孔一清孔一注浆管安放一堵塞注浆孔口间隙一注浆。

2)注浆顺序。先灌注边孔，使松散围岩形成一个相对封闭的注浆环境，达到不漏浆、不跑浆，然后逐排向内推进。每排注浆孔中，间隔交替注浆。

3)注浆结束。进浆量小于20 L／min-25 L／min，注浆压力逐步提高，达到设计终压后稳定10 min。

2.2.2施工工艺

1)钻孔时把套管与钻杆同时钻入隧道顶板前端至设深度。

2)钻孔完结后，把套管内孔注水清洗干净后，取出钻杆，套管留在孔内供护孔用。

3)把周边有孔跟的钢管插入套管内，钢管用丝扣连接，钢管终端要密封。

4)钢管在插进后，才取套管钻进其他孔眼，钢管口端与孔口周壁用水泥密封。

5)注浆管用高压把水泥浆液压入钢管内，浆液通过钢管孑L眼压注入孔壁的缝隙内，固结附近岩土层，注浆采用先灌注“单”号孔，待1 d～2 d固结后，再灌注“双”号孔的方法。

6)在管棚支护下进行隧道开挖，管棚搭接长度不小于1．5 m。

2.3中导洞施工

中导洞超前施工，是连拱隧道施工的关键工序之。一是便于探明地质情况，做好记录，为确定主洞施工方案提供依据；二是通过初期支护和中隔墙施工，提前对导洞上部围岩进行支护，加强围岩本身的稳定性，充分利用围岩本身的自承力，抑制围岩在主洞开挖时产生过大的变形。

2．4中隔墙施工

中隔墙上方的围岩是薄弱环节，施工过程中在中导洞开挖及左右侧隧道拱部开挖时有三次扰动，同时伴有不利的偏压、变位和不平衡推力都要作用在坚实的隔墙上，故中隔墙施工是本隧道施工的一个重点和难点。

2.5隧道主洞施工

主洞部分明洞施工完成，超前支护完成后首先进行主洞侧导坑施工。侧导坑开挖及防护。侧导坑可根据现场实际情况及时施工，以不干扰中隔墙为原则。其开挖支护同中导洞施工。

(1)洞身开挖施工隧道主洞采用上台阶下台阶以及仰拱三步施工。

(2)隧道主洞初期支护施工方法。

1)型钢拱架支护施工方法。钢架加工：按照设计尺寸在平整的场地上放出l：l大样，把整榀钢架根据不同的开挖方法分成不同的单元和块别，并焊好连接法兰，法兰的焊接准确周正，孔眼对应。

2)中空注浆锚杆施工方法。中空锚杆由锚杆杆体、钢筋混凝土用钢筋、连接套、垫板、螺母、排气管、止浆塞和锚头等组成。

3)钢筋网施作方法。钢筋网铺挂以前必须进行除锈，铺设时搭接长度不得小于设计要求，并目保证网片与围岩见接触紧密，当岩面有明显凹凸时，要将网片压弯或采用钢筋敷条以保证密贴。

4)喷锚支护施工。操作顺序：初期支护中，根据围岩量测结果，分4～7层喷射混凝土。喷射时先开液态速凝剂泵，再开风，后送料，以凝结效果好、回弹量小、表面湿润光泽为准。

3 隧道工程中安全措施。

隧道施工事故发生频繁，隧道施工中引起伤亡事故的因素很多，其类别主要有：坍塌、冒顶片帮、物体打击、放炮、车辆伤害、起重伤害、瓦斯爆炸、火药爆炸、触电、火灾、灼烫淹溺、中毒和窒息、其他伤害等。由于地质类型和性质不同，隧道施工技术条件千变万化，无统一固定的施工模式，而且随着施工环境和施工机械等客观条件的变化，在隧道施工过程中还会不断出现新的情况，特别是在突水、突泥，软岩失稳的时候更容易导致事故的发生。只有清楚地认识了这些事故形式，了解事故诱因，并在施工过程中认真、负责，做好自身的工作才能预防事故的发生。在事故发生后能清醒地作出正确的判断，并作出正确的决策。坍塌、物体打击、透水、冒顶片帮等事故类型占事故总数的主要部分，是事故预防的重点，针对事故统计中发生次数较多、后果较严重的事故应制定事故应急救援预案。

结束语：在隧洞开挖之前，要对施工控制网进行复测。复测结果应满足规范要求：在施工过程中．洞内控制点应根据施工进度及时布设，并定期复测．对控制点进行偏离轴线值计算，利用计算结果对洞轴线进行纠偏，以确保隧道的贯通精度，为创立优质工程建立基础。只有加强对软弱破碎围岩隧道施工技术的研究，才能更好的指导山岭地区中软弱破碎地段隧道的施工，能更好的控制工程成本和缩短隧道工程的工期。相关管理部门和研究机构专门建立隧道施工事故数据库，脱离建筑施工类事故的统计范畴，建立自成体系的统计指标体系，才能为获得更准确的事故发生规律提供可靠的事故数据基础。

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