隧道工程論文全文(5篇)

1大跨軟巖隧道存在的問(wèn)題

由于地層地質(zhì)的復(fù)雜性，大跨軟巖隧道工程仍然面臨著以下幾個(gè)急需解決的關(guān)鍵問(wèn)題:

1)對(duì)圍巖變形的判斷與控制。對(duì)于軟巖隧道圍巖變形的研究主要集中在三個(gè)方面:

a．從理論方面對(duì)變形機(jī)理進(jìn)行研究;

b．選擇合理的施工工法對(duì)圍巖變形進(jìn)行控制;

c．運(yùn)用有限元或其他數(shù)值模擬的手段對(duì)圍巖的變形量和變形趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。從眾多的學(xué)術(shù)論文和科研成果中不難發(fā)現(xiàn)，對(duì)于圍巖變形的機(jī)理多是采用連續(xù)性介質(zhì)理論進(jìn)行分析，而實(shí)際工程中的圍巖是非連續(xù)的，它是巖塊和結(jié)構(gòu)面在三維空間的一種非定向關(guān)系。尤其是對(duì)于地質(zhì)狀況比較復(fù)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(jī)性。但是，在實(shí)際的研究和應(yīng)用中，例如采用數(shù)值模擬的方法對(duì)軟巖隧道圍巖變形進(jìn)行分析時(shí)，又必須運(yùn)用巖體的本構(gòu)關(guān)系，這本身就是存在問(wèn)題的，更不要說(shuō)計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性了。不論是理論分析還是數(shù)值模擬都沒(méi)有辦法對(duì)圍巖的變形量進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷。這將引起另外一個(gè)問(wèn)題，就是在采取控制變形措施時(shí)，通常采用的是依據(jù)相似工程經(jīng)驗(yàn)制定施工方案，并沒(méi)有針對(duì)不同的變形量采取相應(yīng)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(dá)到1．0m甚至更大，軟弱圍巖變形本質(zhì)上屬于大變形問(wèn)題，然而巖體力學(xué)中使用的彈塑性變形理論雖然對(duì)材料的非線(xiàn)性進(jìn)行了考慮，但是嚴(yán)格意義上仍屬小變形理論。

2)對(duì)合理支護(hù)時(shí)機(jī)的探討。隧道二次襯砌施作時(shí)機(jī)始終是隧道界討論的熱點(diǎn)問(wèn)題，二次襯砌的支護(hù)時(shí)機(jī)是保證二次襯砌長(zhǎng)期穩(wěn)定的關(guān)鍵。特別是對(duì)于軟巖大變形隧道，如果二次襯砌施作過(guò)晚，則可能造成初期支護(hù)變形過(guò)大而無(wú)法控制，以致隧道失穩(wěn);但如果施作過(guò)早，則不利于地應(yīng)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(guò)大而導(dǎo)致開(kāi)裂，降低了隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。因此，合理確定二次襯砌施作時(shí)機(jī)是保證隧道施工階段和長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)階段安全性的關(guān)鍵。但是現(xiàn)階段，對(duì)于隧道二次襯砌支護(hù)時(shí)機(jī)的研究仍然沒(méi)有形成系統(tǒng)的體系。研究者多根據(jù)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(hù)時(shí)機(jī)的判定方法也各有不同。對(duì)于二襯支護(hù)時(shí)機(jī)的影響因素的分析也多是針對(duì)單一影響因素，并沒(méi)有綜合考慮。

1項(xiàng)目概況

項(xiàng)目主要工程內(nèi)容包括主隧道及隧道出、入口路槽明挖段線(xiàn)下工程：

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

2）西口明挖段長(zhǎng)約1165m，主要為石方開(kāi)挖及擋墻工程；

3）東口明挖段長(zhǎng)約960m，主要為鉆孔樁擋墻、土方開(kāi)挖以及一座抽水泵房工程；招標(biāo)文件規(guī)定可以選擇鉆爆法、TBM工法中的其中一種來(lái)進(jìn)行報(bào)價(jià)，通過(guò)經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較分析，選擇了鉆爆法。

2項(xiàng)目合作模式

設(shè)計(jì)施工總承包模式在國(guó)外較流行和成熟，而在我國(guó)正處于推廣階段。采用設(shè)計(jì)施工總承包模式可以使得設(shè)計(jì)方案更貼合實(shí)際施工，有效地控制投資，在一定程度上能減少變更設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)、施工交流不暢的問(wèn)題，并可以取得縮短建設(shè)周期、降低建設(shè)成本、提高工程質(zhì)量的綜合效果，還可使業(yè)主免于處理各種復(fù)雜的協(xié)調(diào)關(guān)系，因此在國(guó)際上廣為流行。設(shè)計(jì)施工總承包要求承攬單位應(yīng)同時(shí)具有相應(yīng)的設(shè)計(jì)和施工資質(zhì)。目前我國(guó)同時(shí)具有設(shè)計(jì)和施工資質(zhì)的企業(yè)并不多，因此參與國(guó)外項(xiàng)目投標(biāo)一般采用聯(lián)合體模式，由兩家或兩家以上單位優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。該項(xiàng)目投標(biāo)采用了國(guó)內(nèi)慣用的聯(lián)合體投標(biāo)模式，為了減小國(guó)內(nèi)大量勞務(wù)人員輸出的難度，對(duì)一些分項(xiàng)工程或者專(zhuān)項(xiàng)工程進(jìn)行了分包，構(gòu)成了一個(gè)復(fù)雜而系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(wèn)題需及時(shí)協(xié)調(diào)，因此中標(biāo)后總承包單位的協(xié)調(diào)、組織工作需尤其重視。該隧道項(xiàng)目采用中方公司———A公司與外方當(dāng)?shù)毓窘M成聯(lián)合體的合作模式。A公司與一家以色列公司組成聯(lián)合體共同管理項(xiàng)目，中外雙方在聯(lián)合體中所占股份50％∶50％。

一、公路隧道常見(jiàn)的質(zhì)量問(wèn)題

（1）隧道水害。在公路隧道所出現(xiàn)的一系列質(zhì)量問(wèn)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(nèi)濕度，降低路面抗滑性能，造成電路短路等

事故，危及運(yùn)營(yíng)安全，而且還易引起其他病害。由于隧道滲漏水、積水，將會(huì)造成襯砌開(kāi)裂或使原有裂縫發(fā)展變大，加重襯砌裂損；當(dāng)?shù)叵滤星治g性時(shí)，會(huì)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(yán)重必然導(dǎo)致凍害嚴(yán)重［1－3］。

（2）襯砌缺陷。襯砌缺陷主要是因?yàn)橐r砌空洞、厚度、強(qiáng)度、密實(shí)度等原因造成的襯砌變形、襯砌移動(dòng)及襯砌開(kāi)裂等。作用在隧道襯砌結(jié)構(gòu)上的壓力，與隧道圍巖的性質(zhì)、地應(yīng)力的大小以及施工方法等因素有關(guān)。由于受技術(shù)和資金條件的限制，一些因素在設(shè)計(jì)前是難以確定的，所以在隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常帶有一定的盲目性，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不夠或與圍巖壓力不協(xié)調(diào)，造成襯砌結(jié)構(gòu)開(kāi)裂、破壞。然而，工程上出現(xiàn)的襯砌開(kāi)裂更多的則是由于施工管理不當(dāng)（襯砌厚度不足、混凝土強(qiáng)度不夠等）造成的。

（3）凈空受侵或軸線(xiàn)偏位。因模板強(qiáng)度、剛度不足而出現(xiàn)跑模，或因測(cè)量誤差過(guò)大，出現(xiàn)模板定位偏差過(guò)大，都有可能導(dǎo)致隧道凈空甚至建筑限界受侵或者出現(xiàn)隧道整體軸線(xiàn)偏位。也有因?qū)σ呀ǔ伤淼赖囊r砌質(zhì)量缺陷進(jìn)行套拱處理而出現(xiàn)限界受侵的情況。

（4）通風(fēng)不暢。所有的公路隧道均需要通風(fēng)，不管是自然通風(fēng)還是人工通風(fēng)。事實(shí)上，當(dāng)前國(guó)內(nèi)相當(dāng)數(shù)量的公路隧道尤其是中長(zhǎng)隧道，通風(fēng)設(shè)施常常形同虛設(shè)，一般不開(kāi)啟（多數(shù)是為節(jié)省運(yùn)營(yíng)費(fèi)用），造成洞內(nèi)運(yùn)營(yíng)環(huán)境污濁。而且，國(guó)內(nèi)公路隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)主要依據(jù)現(xiàn)行《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》［4］，其中對(duì)運(yùn)營(yíng)通風(fēng)之規(guī)定應(yīng)該說(shuō)較為詳盡，但火災(zāi)通風(fēng)仍需進(jìn)一步探討從而以規(guī)范形式予以認(rèn)定。

（5）照明不良。我國(guó)公路隧道設(shè)計(jì)雖然都考慮了照明，但迫于運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本的壓力，許多隧道有燈具而未照明，而且這種現(xiàn)象相當(dāng)普遍，甚至某些長(zhǎng)度不短的公路隧道根本就沒(méi)有安裝照明燈具。事實(shí)上，國(guó)內(nèi)現(xiàn)行相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及國(guó)外一些國(guó)家設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定長(zhǎng)度大于100m的公路隧道應(yīng)設(shè)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(fù)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(hù)等臨時(shí)支護(hù)措施，這種支護(hù)不是永久的受力結(jié)構(gòu)，只有模筑混凝土才是永久受力結(jié)構(gòu)。復(fù)合式襯砌通常也將噴錨支護(hù)作為初期臨時(shí)支護(hù)，內(nèi)層用模筑混凝土作為二次襯砌的永久結(jié)構(gòu)，為防止初期噴錨支護(hù)和二次模筑混凝土襯砌間因?yàn)椴牧?、受力或其他因素而發(fā)生不同變形，進(jìn)而導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂紋，一般要在兩層間根據(jù)需要設(shè)置防水層或隔離層。噴錨襯砌是將噴錨支護(hù)作為了永久性襯砌結(jié)構(gòu)，適用于地下水不充裕的Ⅲ級(jí)或以上圍巖的短隧道，噴錨支護(hù)是柔性結(jié)構(gòu)，它充分利用圍巖的自承能力和圍巖形成一體產(chǎn)生共同變形。通過(guò)對(duì)這三種常用襯砌形式受力結(jié)構(gòu)的分析，我們可以非常清晰地認(rèn)識(shí)到：三種襯砌中噴錨支護(hù)極為重要，其施工質(zhì)量直接關(guān)聯(lián)隧道主體結(jié)構(gòu)的工程質(zhì)量，如果出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，將為公路隧道施工以至于整條公路留下質(zhì)量隱患或安全隱患。

二、公路隧道支護(hù)技術(shù)

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

（1）噴射混凝土：其方法大致分為素噴和網(wǎng)噴兩種，噴射混凝土的作用是對(duì)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(jié)起來(lái)，形成一個(gè)整體。同時(shí)產(chǎn)生楔效應(yīng)增加巖塊間的磨擦系數(shù)，進(jìn)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(jié)力和抗剪強(qiáng)度，能與巖層粘貼的同時(shí)和圍巖形成了統(tǒng)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(shí)并做到分層施噴，噴層雖薄但其具有較高的強(qiáng)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(chǎn)生坍塌，這樣就有效提高了圍巖自承能力。同時(shí)噴射混凝土能使隧道周邊的圍巖盡早封閉，進(jìn)而有效防止了圍巖的進(jìn)一步風(fēng)化。在噴射混凝土作業(yè)施工中，首先要做好職工準(zhǔn)備，準(zhǔn)備充足的材料如水泥、砂、石、速凝劑、水等，嚴(yán)格檢驗(yàn)材料質(zhì)量，盡量用新鮮的相容性試驗(yàn)合格的水泥和速凝劑，砂、石含水率要達(dá)標(biāo)。檢修好噴射機(jī)、混凝土攪拌機(jī)等設(shè)備，并進(jìn)行就位前的試運(yùn)轉(zhuǎn)。風(fēng)管和水管管路及接頭要確保良好。檢查開(kāi)挖斷面，將附著于巖面的泥圬沖冼干凈。對(duì)滲漏較大處做好引排水處理。在做好充足的準(zhǔn)備工作后進(jìn)行操作，操作中要注意：控制好風(fēng)壓、水壓和水灰比。要想保證噴射混凝土的質(zhì)量，降低回彈率，減少揮發(fā)粉塵，噴射作業(yè)時(shí)要求風(fēng)壓控制要穩(wěn)定，壓力大小應(yīng)調(diào)整適當(dāng)。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(rùn)干拌合料。干噴時(shí)，如果噴射的混凝土易粘著，回彈小而且表面濕潤(rùn)光澤，說(shuō)明水量適中。如發(fā)現(xiàn)表面無(wú)光、回彈物多、灰塵大、混凝土不密實(shí)等現(xiàn)象，則說(shuō)明水量小。如果表面出現(xiàn)流淌滑動(dòng)現(xiàn)象，則說(shuō)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(yīng)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(yīng)掌握在拱部為5-6cm，邊墻為7-10cm。噴射的順序應(yīng)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(shí)料束要盡量呈旋轉(zhuǎn)軌跡運(yùn)動(dòng)，大致要一圈壓半圈，縱向按蛇形進(jìn)行。為保持噴層表面平整，噴射完應(yīng)對(duì)表面再掃射一層。噴射順序應(yīng)自上向下，料束要呈橫掃方式運(yùn)動(dòng)，不能旋轉(zhuǎn)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(jù)材質(zhì)不同可以分為砂漿、藥卷和自進(jìn)注漿錨桿。其懸吊作用主要表現(xiàn)在：因?yàn)橥獠空饎?dòng)或其他因素導(dǎo)致局部巖塊不穩(wěn)定，為防止巖塊脫落，就用錨桿把活動(dòng)巖塊吊掛在穩(wěn)定的巖體上?；蛘邔?yīng)力區(qū)內(nèi)不穩(wěn)定的圍巖懸掛在應(yīng)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(duì)穩(wěn)定的特性。其加固作用主要表現(xiàn)在：從圍巖的徑向四周科學(xué)布設(shè)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(xiàn)在：錨桿將巖層緊密連接在一起，促使巖層達(dá)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(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮了固定圍巖的作用。使用錨桿時(shí)，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(qiáng)度不夠往往會(huì)導(dǎo)致錨桿失效，這就要求要采取更換高強(qiáng)度錨桿、大徑錨桿或增加錨桿數(shù)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(diǎn)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(méi)有達(dá)到固定強(qiáng)度，為防止脫落，架設(shè)鋼架來(lái)進(jìn)行支護(hù)。通常錨桿砂漿在未達(dá)到固定強(qiáng)度前也用鋼架支護(hù)。安裝鋼架應(yīng)達(dá)幾項(xiàng)指標(biāo)。首先要將底腳下清理干凈，沒(méi)有雜物，安裝橫向偏差和高程要在±5cm范圍之內(nèi)，垂直度偏差不超過(guò)±2°。不要任意割斷鋼架，各節(jié)間要使用螺栓連接。為了加強(qiáng)鋼架的縱向穩(wěn)定性，必須要在鋼架間設(shè)置鋼拉桿，同時(shí)要沿著鋼架外部邊緣隔2m用楔子楔緊，以加強(qiáng)鋼架橫縱向剛度。隧道在竣工交驗(yàn)時(shí)必須在外觀上達(dá)到不滲不漏的標(biāo)準(zhǔn)。隧道滲漏水是嚴(yán)重的施工質(zhì)量問(wèn)題。現(xiàn)如今在隧道施工設(shè)計(jì)中一般都采取堵和排相結(jié)合的辦法防止?jié)B漏水問(wèn)題的發(fā)生。通常在二襯施工縫中設(shè)置遇水膨脹的止水條，在二襯與初期支護(hù)中間設(shè)置復(fù)合型材料防水板。二襯的背面設(shè)置有環(huán)向和縱向的透水管肓溝。其中復(fù)合型防水板的鋪設(shè)質(zhì)量非常關(guān)鍵，所以在鋪設(shè)防水板施工中必須注意以下幾個(gè)方面的問(wèn)題。一是初期支護(hù)表面要求大致上達(dá)到平順的標(biāo)準(zhǔn)，要保證錨桿尾部外露長(zhǎng)度應(yīng)嚴(yán)格控制在小于1cm的范圍內(nèi)。二是在防水層施工區(qū)段不要有爆破或強(qiáng)震動(dòng)施工作業(yè)。三是防水板與初期支護(hù)要達(dá)到緊密貼合的標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)不要繃得過(guò)緊，以防止灌注混凝土的過(guò)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(yán)格避免假焊、漏焊現(xiàn)象的發(fā)生。

1新奧法技術(shù)要點(diǎn)

新奧法的思想和基本理論形成于上世紀(jì)的60年代，是奧地利學(xué)者在長(zhǎng)期的隧道工程實(shí)踐過(guò)程中，在巖土開(kāi)挖理論的一個(gè)系統(tǒng)總結(jié)的基礎(chǔ)上提出來(lái)的。新奧法的核心是將圍巖不僅視為荷載，也是結(jié)構(gòu)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(jù)地層條件，在隧道的設(shè)計(jì)施工中最大程度地利用圍巖的自穩(wěn)能力，合理確定支護(hù)的時(shí)機(jī)，使支護(hù)的代價(jià)最低。新奧法的基本思路有以下幾點(diǎn)：

1）因?yàn)閲鷰r要參與整個(gè)結(jié)構(gòu)的承載，應(yīng)盡量減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)，充分保護(hù)巖體。

2）為充分發(fā)揮圍巖承載能力，應(yīng)允許并控制巖體的變形。施工中應(yīng)采用能與圍巖密貼、及時(shí)筑砌又能隨時(shí)加強(qiáng)的柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)，就能通過(guò)調(diào)整支護(hù)結(jié)構(gòu)來(lái)控制巖體的變形。

3）開(kāi)口不利于結(jié)構(gòu)形成整體的受力結(jié)構(gòu)，為此，在施工過(guò)程中應(yīng)使襯砌盡早封閉成整環(huán)。

4）利用信息化施工技術(shù)，合理布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，及時(shí)掌握圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和變形，通過(guò)監(jiān)測(cè)信息的反饋及時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)。

5）多采用噴錨式初襯外加現(xiàn)澆混凝土二襯的復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)。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(lái)承擔(dān)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(dòng)、早噴錨、勤量測(cè)、快封閉”。新奧法自創(chuàng)立以來(lái)，在我國(guó)的諸多軟弱破碎圍巖中也得到了廣泛而成功的應(yīng)用，目前已經(jīng)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(guò)程中克服多種施工中的難題，取得了較大的成功。本文將對(duì)該隧道的施工技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)地分析。