摘要 特长隧道一般地层复杂，地质构造往往有断裂、褶皱，可能存在活动性断层、围岩失稳、突然涌水、高地温、岩爆，甚至岩溶高压水、瓦斯天然气、大变形等地质灾害问题，不可预见性较大。因此，其地质的探测、预报，对施工方案的选择确定、及时灵活地处理各种问题，对工程项目的安全、质量、进度、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.
关键词：特长隧道、复杂的地质条件、探测预报、施工方案
一般来讲，公路、铁路、水利水电等工程项目建设，分为规划、可行性研究、初步设计、技施设计、施工、运行六个阶段。工程地质及水文地质勘察探测工作，主要在设计、施工阶段，常用的勘察方法有地质测绘与调查、勘探与取样、原位测试、室内试验、现场检验与监测等。通过资料查阅勘察区的工程地质条件-----地层岩性、地质构造、水文地质、动力地质现象和工程地质现象等，结合勘察目的，进行勘探取样，勘探方法一般采用钻探、井探、洞探等。现场检验根据施工的实际情况，对勘察成果进行补充修正，必要时需进行施工阶段勘察；现场监测（主要内容：对岩土性状受施工影响而引起变化的监测；对施工和使用中构造物的监测；对环境条件，包括工程地质、水文地质及相邻结构、设施等可能发生的变化进行监测）对工程施工安全质量进行控制。
特长隧道的地质勘察探测，适宜使用高性能的探地雷达来进行，不论是设计还是施工。探地雷达通常由雷达系统和显示处理系统两大部分组成，雷达系统由发射脉冲源、收发天线、取样接收及主机控制电路等组成，用来获得目标的回波信息；显示系统由工控机和探地雷达专用测量、处理软件组成，具备动态调试、实时图像连续显示、数据处理和三维成图的功能。工作时，由发射脉冲发出的脉宽为毫微秒量级的视频脉冲，经位于地面上的宽带发射天线耦合到地下，当发射脉冲波在地下传播过程中遇到介质分界面、目标或其它局域非均匀体，一部分脉冲能量反射回地面，由地面上的宽带接收天线所接收。取样接收电路在雷达主机取样控制电路控制下，按等效时间采样原理将接收到的高速重复视频脉冲信号转换成低频信号，送至显示系统进行实时显示和处理，自动绘制探测结果的CAD三维立体图。高性能探地雷达适用于：基岩探测，水文调查，探地调查，岩熔及空洞探测，湖（河）底形态调查，隧道超前探测，坝体深部探测，冰川调查，滑坡调查；古墓及其它未知物探测，管网普查及管线探测，坝体质量检测，不明物体定位；隧道衬砌质量检测，混凝土质量检测，墙体质量检测，路面检测（分层、缺陷定位及质量评估），桥面及桥桩质量检测等。
因此，在设计阶段主要使用高性能探地雷达，需要时采取井探或洞探，使雷达探测尽量接近拟建隧道顶部高程，来探测成像、清晰获取隧道地质水文情况，以选择确定隧道路线、开挖方法、衬砌方式等。在施工投标阶段，需较深入地调查隧道地质水文情况，拟定较系统的雷达探测方案，相应的隧道施工方案、施工组织设计；中标进场后，抓紧进行系统的地质水文雷达探测，结合气候气象等当地情况，优化施工设计，确定细致的施工方案、高效的施工组织设计。大家知道，隧道施工一般可分为如下几道主要工序：超前支护、开挖、初期支护、防水层铺设及二次衬砌等。同时，特长隧道还要加强提前探测预报（主要是掌子面前方地质情况）及施工中的探测监测，为施工决策提供重要信息依据，以灵活及时处理各种问题。
在取得同等支护效果条件下加强初期支护，以避免需要提前施作二次衬砌而影响前面的施工，导致总体进度的滞后；为保证超前支护有效而快速，尽量采用自进式锚杆；尽量减少辅助施工工序，如初期支护采用钢纤维喷射混凝土代替钢筋网喷射混凝土，从而减少一道挂网的工序，能用系统锚杆解决支护问题的就不考虑设置钢拱架；地质较差地段设计为短台阶开挖而不是侧壁导坑开挖等。一般采用光面钻爆法从两端相向施工，主要采用智能全站仪和激光指向仪进行定位、测量、控制：
掌子面凿眼，采用气腿式凿岩机，钻孔台架多层灵活，顶部立柱采用套管式可以上下垂直移位，顶层可以升降，台架移位时顶层降下来，就位后顶层升上去。多台钻机可以同时施钻，采用分区定人、定钻、定时间。从而节约打眼时间，提高凿眼效率，确保凿眼质量，为缩短循环时间创造条件。
掏槽眼，采用多级楔形斜孔掏槽，复合反向装药结构。其底部炮眼深度的1/3处装高威力炸药，上部换成低威力炸药，顶部保留20%炮眼长度，采用炮泥进行堵塞。布置在开挖断面的中央稍靠下部，以使底部岩石破碎，减少飞石，且比辅助眼深10cm。采用毫秒延期雷管爆破，每级掏槽眼同时起爆，各级之间延期时间50ms。周边眼采用不耦合装药，选用Ф20小药径空气柱间隔装药，即径向空气间隙不耦合装药结构和轴向空气柱间隔不耦合装药结构。
山顶修建高压水池满足掌子面施钻的水压要求，洞口配置空气压缩机为掌子面施钻提供高压风。根据施工进展及洞内地质、空气等情况，采用送入和抽出相结合进行通风换气，洞内风管采用机制高强度板材（防火无毒、易于拼装），向洞内及掌子面送风，并喷洒水雾，以降低毒气、清新空气。进洞较长距离后，即在第二个紧急停车带加宽处增设储风罐，随着掘进的推进，储风罐又移至第三个紧急停车带加宽处，以满足掌子面高压风的供应。
采用装载机装碴，当渣量装到2/3时，一台挖掘机即到掌子面配合装载机，从而保证装碴速度，同时根据实际情况利用斗齿适当安全排险，减少排险作业时间，运输汽车台数随运距的增加而逐渐增加，确保装、运匹配。钻爆台架就位后，排险完成的同时，完成激光指向仪自动投点，开始掌子面放样，并采用雷达或激光限界检测仪及时检查超前挖情况。保证出碴速度、排险及掌子面放样速度，缩短循环时间。
初期支护一般紧跟及时，喷射混凝土采用湿喷，锚杆施工采用锚杆台车钻孔。为防止隧道变形，避免围岩失稳，仰拱须在2次衬砌之前施作；拱、墙部初期支护形成后要尽早铺设仰拱，以使初期支护尽快形成封闭受力结构，为2次衬砌施工的模板台车轨道铺设提供条件，同时，也为洞内运输提供便利。
二次衬砌采用先仰拱、后上部的施工顺序；采用衬砌台车，大模板施工；混凝土采用洞外搅拌站拌合，混凝土搅拌运输车运输，灌注混凝土采用输送泵直接输入台车内。2次衬砌采用液压全断面衬砌台车，单洞单口分别配置两台（两台型号不同）的二次衬砌台车。大型号台车作为1号台车先行进洞，承担二衬浇筑主要任务；小型号台车作为2号台车后行进洞，放在后面主要承担加宽带、横洞口及射流风机预留处等复杂段落二衬浇筑任务。1号台车浇筑循环距掌子面始终保持在200～260m范围内，稳步推进，必要时可跳段施工。1号台车浇筑衬砌实现快循环，取得较快进度的的主要做法如下：
(1) 超前50m铺设防水板，且对焊缝提前做好真空检查，确保不因防水板铺设进度或质量原因而影响二衬的正常推进；
(2) 超前两板标准施作矮边墙，同时尽量将二衬内的预埋管件、预埋箱安装到位，以节约二衬台车到位后的立模就位时间；
(3) 二衬混凝土中依照配合比适量掺加外加剂，提高早期强度，保证混凝土入模后10小时内强度达到3.0Mpa，实现尽快脱模；
(4) 二衬脱模后，由专门班组及时完成预埋洞的脱模及二衬缺陷修饰等作业；
(5) 洞内变压器适时跟随1号台车前移，以满足浇筑时输送泵、捣固机等正常运转，保证浇筑的顺利进行。
进行科学合理的施工组织，为快速施工提供有力保障：
1 整平层跟近掌子面。进洞100m全断面后即组织施作整平层（作好排水），使其距掌子面控制在80m以内，以改善洞内的施工环境，为出碴铺平道路，节省运碴时间。
2 机械通风、喷雾洒水及时到位。进洞1500m后采用三级混合式通风，将一台压风机安设在离洞口20m处，并连接Ф150风筒布至掌子面附近，掌子面炮响后开始送风。通风10分钟后，掌子面100m范围内空气即可置换完毕；将一台风机安设在1号衬砌台车上，掌子面炮响10分钟后开机工作，将浊烟吸入排向洞口；将一台风机架设在距掌子面500m处，随掌子面的推进适时前移，连接Ф60的风筒布至洞口，将浊气抽出。通风机开关由调度室专人负责，除爆破通风外，钻眼、出渣等仍保持经常性通风，确保机械通风经常化。安排两名专职人员对掌子面及隧道内路面进行及时跟踪洒水，爆破前、爆破后、装渣前与装渣过程中喷雾洒水冲刷岩壁及渣堆，确保喷雾洒水正规化。如果出口段为上坡段，洞内空气不易外流，洞内空气环境也可维持良好，为安全快速施工创造条件。掌子面炮响10分钟后机械车辆即可到掌子面装运弃渣，20多分钟后即完成集中作业区（距掌子面260m以内）的通风排烟除尘。
3 出碴期间洞内排除一切阻路干扰。整平层浇筑、防水板供料等影响道路通畅的作业，出碴期间统统避开。
4 分工明确、责任到人、考核到位。掌子面钻爆开挖分立三个班组，每个班组施工时分区、定人，钻眼、装药、联线一体化，即每个部位的作业人员基本固定，钻眼作业者同时负责所钻孔的装药联线。每月底根据爆破质量、循环进尺及综合进尺对班组及个人同时进行考核评比。
5 机械车辆保养及时到位。每循环出碴结束后，司机配合专职修理工对各自机械车辆进行仔细检修，检修完成后并将燃油料加好，做好日常检查保养，避免运输过程中损毁趴窝。
几个施工要点：
1 系统探测、施工设计优化、科学合理的施工方案及周密的组织协调，是快速施工的前提、基础及保障。
2 掌子面高压风、水的合理供给是特长隧道快速钻爆掘进所要解决的突出问题。应从供给源与运输管道的合理选用入手，确保供给的数量与压力均能满足，以保证钻孔机具的功效充分发挥。高压水可以采用山顶建立水池，高压风可采用隧道中增设储风罐，同时应注意对运输管道的经常性检查，确保管道的严密性，减少流失。
3 洞内空气环境的良好维护，是实现特长隧道快速施工的基本保障。应采用湿式凿眼、爆破前、爆破后、装渣前与装渣过程中喷雾洒水冲刷岩壁及渣堆，确保喷雾洒水正规化，以减少污染。同时应加强机械通风，宜采用混合式通风，同时衬砌应适宜跟紧，以减少洞内空气流通的阻力，缩短隧道通风时间，改善洞内的作业环境，为施工创造有利条件。
4 特长隧道施工应集中作业区，缩小管理区的空间范围。隧道施工重复性强，务必抓好工序间的衔接。如，掌子面出碴临近结束时，钻眼人员即需到位。
5 掌子面开挖取得良好效果是实现隧道快速施工的关键。开挖质量高，超欠挖控制好、开挖轮廓平顺，就为初期支护、防水层铺设、二衬浇筑创造有利条件。光爆质量与周边眼的合理布设及其科学合理的装药结构密切相关，周边眼应采用小药径不耦合装药结构。光爆的循环进尺与掏槽情况密切相关，采用多级楔形斜孔掏槽，可以加强掏槽效果。采用防水、防静电、防干扰的塑料毫秒延期电雷管起爆，有助于实现光爆效果。爆破炮眼封闭要有足够深度且务必封堵严实，最好选用粘性土。掌子面开挖要保证开挖面平整，否则钻眼台架就位困难，影响钻眼，包括进度与质量。辅助眼与周边眼的眼底应在同一垂直面上。
6 控制欠挖与爆破眼块块径，是实现掌子面快速掘进的必备要求。欠挖需补爆，弃碴岩块块径过大不便装运需解炮，二者都将耽搁太多时间，形成窝工，是实现快速掘进的绊脚石。开挖断面两隅底脚处很容易欠挖，底面两隅处需适当增设炮眼增加药量，底眼布置也相对困难，有积水时且易产生瞎炮，布眼时底眼口应比底板高出0.1～0.2m，但其眼底应低于底板0.1～0.2m，底眼装药量介于掏槽眼与辅助眼之间，装药深度应为眼深的0.5～0.7 倍。要控制岩块块径，岩块太碎将造成不必要的浪费，太大将影响出碴速度，应严格控制辅助掏槽纵向间距、深度，并局部采用同段双雷管起爆法引爆。总之，要设法避免补炮或解炮，否则就会贻误很多宝贵时间。
7 出渣速度的提高对缩短掘进循环时间大有裨益。提高出渣速度，除需要控制爆破岩块块径不宜过大外，应选择最佳弃渣场地，尽量缩短运距，同时做好运输便道的保养，且应注意装运机械的最佳匹配，应根据运距等情况适时调整。
探测清楚的流沙地段施工，首先应制止水夹泥沙涌入坑道，施工需用先护后挖、密闭支撑、边挖边封的方法，必要时可采用双层插板支撑，两层板间作滤水层（如塞麻袋），避免流水过多带走泥沙而造成塌方。隧道结构应采用有仰拱的封闭式衬砌，地下水不允许经隧道排走，以免流水带走泥沙导致坍塌。施工中除用小断面，工序紧跟、封闭支撑外，还应注意留有足够的预留沉落量，并随时注意观察、测量实际情况。如遇到特大流沙时，采用降低地下水法、硅化法或冻结法等进行施工处理。
涌水（泥）地段的施工，根据设计文件和雷达探测，对涌水（泥）量大小、补给方式、变化规律及水（泥）质成分等进行详细分析，选择既经济合理，又能确保围岩稳定，并保护环境的治水（泥）方案。处理涌水（泥）可用下列辅助施工方法：超前钻孔或辅助坑道排水（泥）、超前小导管预注浆、超前围岩预注浆堵水（泥）、井点降水及深井降水等。
软卧层地段的施工，采取短开挖、弱爆破、强支撑、快衬砌等各工序紧跟的措施，消除不利因素，尽快修好衬砌，避免塌方发生。
断层破碎带的施工，断层破碎带松软破碎（含水），其自稳能力差，容易发生坍塌。施工中应采用超前自进式注浆锚杆加固围岩，和加强初期支护等手段，并及时完成2次衬砌。
岩爆地段的施工，一般由于其岩质坚硬，干燥无水，易发生岩爆。当施工进入该段时，加强洞内空气水雾喷洒，一方面提高空气质量，另一方面更是喷洒岩面，以增加岩面湿度，降低围岩脆性，减弱岩爆。同时，及时施作喷锚支护措施封闭岩面，而且，施工人员配备简易防护设备。安排专门人员进行安全观察、监测，听到异常声响，应立即撤离施工人员和机械设备。
高地温地段的施工，加强施工通风和水雾喷洒，以防止施工环境温度过高。
岩溶高压水地段的施工，采取超前钻孔放水泄压，并加强组织协调、预备防护。
瓦斯天然气地段的施工，加强自动报警监测（范围、点位、频率），加强协调施工用电、用火、设备防爆措施，防止隧道顶部形成坑道，聚集瓦斯天然气，加强隧道通风换气、喷洒水雾，以保证良好施工环境条件。
以上论述了特长隧道的施工技术及组织（一般地质、特殊地质），突出了系统雷达探测的重要性，亦即信息依据对设计、施工的重要性，表达了先进的科学技术对工程建设的巨大作用。以促进我们积极提高意识理念，积极研究提高科学技术、策划组织能力，以大力提高工程建设水平、社会经济效益。
参考资料：
1、高速公路特长隧道快速施工关键问题 吕朝辉、中铁二十局集团第二工程有限公司
2、乌鞘岭特长隧道施工方案设计----隧道网
3、破解“世界性隧道难题”----中国中铁隧道集团有限公司承建园梁山特长隧道施工纪实----新闻中心----新浪网
4、公路工程管理与实务（全国一级建造师执业资格考试用书）
5、探地雷达在隧道和公路施工质量检测中的应用 于景兰、王春和、郭金顺 266071信息产业部22所青岛分所
6、建筑仪器、公路仪器、铁路仪器、水利仪器、桥梁隧道仪器、环保仪器、电力仪器
自我简介
作者 沈定友 (510213196907144097)
复旦大学理学学士 1991年毕业于光源与照明工程系（主修基础物理）
中国注册一级建造师
已注册机电工程、建筑工程、公路工程
待增项注册水利水电工程（2009年120分通过）
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