隧道工程论文全文(5篇)

1大跨软岩隧道存在的问题

由于地层地质的复杂性，大跨软岩隧道工程仍然面临着以下几个急需解决的关键问题:

1)对围岩变形的判断与控制。对于软岩隧道围岩变形的研究主要集中在三个方面:

a．从理论方面对变形机理进行研究;

b．选择合理的施工工法对围岩变形进行控制;

c．运用有限元或其他数值模拟的手段对围岩的变形量和变形趋势进行预测。从众多的学术论文和科研成果中不难发现，对于围岩变形的机理多是采用连续性介质理论进行分析，而实际工程中的围岩是非连续的，它是岩块和结构面在三维空间的一种非定向关系。尤其是对于地质状况比较复杂的软弱围岩，都是由多种物理成分组成的，且各物理成分的大小、多少及分布具有很大的随机性。但是，在实际的研究和应用中，例如采用数值模拟的方法对软岩隧道围岩变形进行分析时，又必须运用岩体的本构关系，这本身就是存在问题的，更不要说计算结果的准确性了。不论是理论分析还是数值模拟都没有办法对围岩的变形量进行准确的判断。这将引起另外一个问题，就是在采取控制变形措施时，通常采用的是依据相似工程经验制定施工方案，并没有针对不同的变形量采取相应的控制措施，因此变形控制措施也具有一定的盲目性。另外，隧道施工中变形可以达到1．0m甚至更大，软弱围岩变形本质上属于大变形问题，然而岩体力学中使用的弹塑性变形理论虽然对材料的非线性进行了考虑，但是严格意义上仍属小变形理论。

2)对合理支护时机的探讨。隧道二次衬砌施作时机始终是隧道界讨论的热点问题，二次衬砌的支护时机是保证二次衬砌长期稳定的关键。特别是对于软岩大变形隧道，如果二次衬砌施作过晚，则可能造成初期支护变形过大而无法控制，以致隧道失稳;但如果施作过早，则不利于地应力的释放和充分发挥围岩的自稳能力，从而使二衬受力过大而导致开裂，降低了隧道结构稳定性。因此，合理确定二次衬砌施作时机是保证隧道施工阶段和长期运营阶段安全性的关键。但是现阶段，对于隧道二次衬砌支护时机的研究仍然没有形成系统的体系。研究者多根据具体的工程背景选择不同的岩石弹塑性模型，采用的确定合理支护时机的判定方法也各有不同。对于二衬支护时机的影响因素的分析也多是针对单一影响因素，并没有综合考虑。

1项目概况

项目主要工程内容包括主隧道及隧道出、入口路槽明挖段线下工程：

1）隧道为分离式铁路单线隧道，由2个4．625km的主洞和18个横通道组成，单个横通道长约17m；隧道施工总长9556m；

2）西口明挖段长约1165m，主要为石方开挖及挡墙工程；

3）东口明挖段长约960m，主要为钻孔桩挡墙、土方开挖以及一座抽水泵房工程；招标文件规定可以选择钻爆法、TBM工法中的其中一种来进行报价，通过经济技术比较分析，选择了钻爆法。

2项目合作模式

设计施工总承包模式在国外较流行和成熟，而在我国正处于推广阶段。采用设计施工总承包模式可以使得设计方案更贴合实际施工，有效地控制投资，在一定程度上能减少变更设计和设计、施工交流不畅的问题，并可以取得缩短建设周期、降低建设成本、提高工程质量的综合效果，还可使业主免于处理各种复杂的协调关系，因此在国际上广为流行。设计施工总承包要求承揽单位应同时具有相应的设计和施工资质。目前我国同时具有设计和施工资质的企业并不多，因此参与国外项目投标一般采用联合体模式，由两家或两家以上单位优势互补。该项目投标采用了国内惯用的联合体投标模式，为了减小国内大量劳务人员输出的难度，对一些分项工程或者专项工程进行了分包，构成了一个复杂而系统的设计施工总承包模式。特别注意的是，由于分包单位众多，同一条隧道的不同施工工序由不同单位完成，工作面矛盾、施工组织冲突等问题需及时协调，因此中标后总承包单位的协调、组织工作需尤其重视。该隧道项目采用中方公司———A公司与外方当地公司组成联合体的合作模式。A公司与一家以色列公司组成联合体共同管理项目，中外双方在联合体中所占股份50％∶50％。

一、公路隧道常见的质量问题

（1）隧道水害。在公路隧道所出现的一系列质量问题中，隧道渗漏水所造成的危害尤为普遍。隧道水害不仅增加隧道内湿度，降低路面抗滑性能，造成电路短路等

事故，危及运营安全，而且还易引起其他病害。由于隧道渗漏水、积水，将会造成衬砌开裂或使原有裂缝发展变大，加重衬砌裂损；当地下水有侵蚀性时，会使衬砌混凝土遭受侵蚀，并且随着渗漏水的不断发展，侵蚀程度日益加重；在寒冷地区，水是影响隧道围岩冻胀的重要因素，水害严重必然导致冻害严重［1－3］。

（2）衬砌缺陷。衬砌缺陷主要是因为衬砌空洞、厚度、强度、密实度等原因造成的衬砌变形、衬砌移动及衬砌开裂等。作用在隧道衬砌结构上的压力，与隧道围岩的性质、地应力的大小以及施工方法等因素有关。由于受技术和资金条件的限制，一些因素在设计前是难以确定的，所以在隧道衬砌结构设计中常带有一定的盲目性，导致结构强度不够或与围岩压力不协调，造成衬砌结构开裂、破坏。然而，工程上出现的衬砌开裂更多的则是由于施工管理不当（衬砌厚度不足、混凝土强度不够等）造成的。

（3）净空受侵或轴线偏位。因模板强度、刚度不足而出现跑模，或因测量误差过大，出现模板定位偏差过大，都有可能导致隧道净空甚至建筑限界受侵或者出现隧道整体轴线偏位。也有因对已建成隧道的衬砌质量缺陷进行套拱处理而出现限界受侵的情况。

（4）通风不畅。所有的公路隧道均需要通风，不管是自然通风还是人工通风。事实上，当前国内相当数量的公路隧道尤其是中长隧道，通风设施常常形同虚设，一般不开启（多数是为节省运营费用），造成洞内运营环境污浊。而且，国内公路隧道通风设计主要依据现行《公路隧道通风照明设计规范》［4］，其中对运营通风之规定应该说较为详尽，但火灾通风仍需进一步探讨从而以规范形式予以认定。

（5）照明不良。我国公路隧道设计虽然都考虑了照明，但迫于运营维护成本的压力，许多隧道有灯具而未照明，而且这种现象相当普遍，甚至某些长度不短的公路隧道根本就没有安装照明灯具。事实上，国内现行相关设计标准及国外一些国家设计标准都规定长度大于100m的公路隧道应设照明。

一、公路隧道衬砌形式

隧道衬砌一般常用的形式有整体式衬砌、复合式衬砌、喷锚衬砌。整体式衬砌通常为保证施工安全要采用喷锚支护等临时支护措施，这种支护不是永久的受力结构，只有模筑混凝土才是永久受力结构。复合式衬砌通常也将喷锚支护作为初期临时支护，内层用模筑混凝土作为二次衬砌的永久结构，为防止初期喷锚支护和二次模筑混凝土衬砌间因为材料、受力或其他因素而发生不同变形，进而导致混凝土出现裂纹，一般要在两层间根据需要设置防水层或隔离层。喷锚衬砌是将喷锚支护作为了永久性衬砌结构，适用于地下水不充裕的Ⅲ级或以上围岩的短隧道，喷锚支护是柔性结构，它充分利用围岩的自承能力和围岩形成一体产生共同变形。通过对这三种常用衬砌形式受力结构的分析，我们可以非常清晰地认识到：三种衬砌中喷锚支护极为重要，其施工质量直接关联隧道主体结构的工程质量，如果出现质量问题，将为公路隧道施工以至于整条公路留下质量隐患或安全隐患。

二、公路隧道支护技术

公路隧道初期支护方式要根据施工要求采取不同的支护形式。主要选择的有喷射混凝土、锚杆、钢筋网和钢架等支护形式。

（1）喷射混凝土：其方法大致分为素喷和网喷两种，喷射混凝土的作用是对围岩节理、裂隙起到充填作用，将不连续的岩层层面胶结起来，形成一个整体。同时产生楔效应增加岩块间的磨擦系数，进而有效防止岩块沿软弱面滑移脱落，使表面岩块保持稳定状态。喷射混凝土由于具有一定粘结力和抗剪强度，能与岩层粘贴的同时和围岩形成了统一的承载体系，极大改善了喷层的受力条件。喷射混凝土一定要及时并做到分层施喷，喷层虽薄但其具有较高的强度。这样，喷层有效控制了围岩变形。即使在围岩仍有较大变形的情形下，仍不致于产生坍塌，这样就有效提高了围岩自承能力。同时喷射混凝土能使隧道周边的围岩尽早封闭，进而有效防止了围岩的进一步风化。在喷射混凝土作业施工中，首先要做好职工准备，准备充足的材料如水泥、砂、石、速凝剂、水等，严格检验材料质量，尽量用新鲜的相容性试验合格的水泥和速凝剂，砂、石含水率要达标。检修好喷射机、混凝土搅拌机等设备，并进行就位前的试运转。风管和水管管路及接头要确保良好。检查开挖断面，将附着于岩面的泥圬冲冼干净。对渗漏较大处做好引排水处理。在做好充足的准备工作后进行操作，操作中要注意：控制好风压、水压和水灰比。要想保证喷射混凝土的质量，降低回弹率，减少挥发粉尘，喷射作业时要求风压控制要稳定，压力大小应调整适当。水压通常要比水压50-100Kpa，要在喷头水环位置形成水雾，充分湿润干拌合料。干喷时，如果喷射的混凝土易粘着，回弹小而且表面湿润光泽，说明水量适中。如发现表面无光、回弹物多、灰尘大、混凝土不密实等现象，则说明水量小。如果表面出现流淌滑动现象，则说明水量大。要掌握好喷射角度和喷射距离。喷嘴与岩面的角度一般要垂直于岩面。如果靠近边墙，应将喷嘴略向下俯约10°左右，使混凝土喷射在较厚的混凝土顶端。喷嘴与岩面的距离一般保持在0.8-1.2m。每一次喷射混凝土的厚度，应掌握在拱部为5-6cm，边墙为7-10cm。喷射的顺序应先墙后拱从下而上，先喷凹处找平，然后继续向上喷射。喷射时料束要尽量呈旋转轨迹运动，大致要一圈压半圈，纵向按蛇形进行。为保持喷层表面平整，喷射完应对表面再扫射一层。喷射顺序应自上向下，料束要呈横扫方式运动，不能旋转或者停留。

（2）锚杆：锚杆主要起到了悬吊、加固和组合梁的作用，根据材质不同可以分为砂浆、药卷和自进注浆锚杆。其悬吊作用主要表现在：因为外部震动或其他因素导致局部岩块不稳定，为防止岩块脱落，就用锚杆把活动岩块吊挂在稳定的岩体上。或者将应力区内不稳定的围岩悬挂在应力区以外牢固稳定的岩体上，从而保证了这部分岩体能够保持相对稳定的特性。其加固作用主要表现在：从围岩的径向四周科学布设锚杆，随着围岩的挖空，部分松软的围岩在锚杆的固定之下，与主体形成承载拱形，不至于脱落造成围岩形变。喷射混凝土后，与围岩形成一体，共同承载了外部压力。其组合梁作用表现在：锚杆将岩层紧密连接在一起，促使岩层达到了密合程度，大幅增加了岩层间的摩擦力，这种酷似组合梁的结构，充分发挥了固定围岩的作用。使用锚杆时，要注意位置分布，做到布局合理，大部分锚杆位置是沿着隧道周边呈梅花状均匀分布，方向与周边岩面尽量保持垂直。由于锚固力不足或锚杆强度不够往往会导致锚杆失效，这就要求要采取更换高强度锚杆、大径锚杆或增加锚杆数量、增大锚孔直径等有效措施加以解决。

（3）钢架：钢架的优点在于使用方便，效力发挥上具有即发性。由于这种特性，所以，多用于喷射混凝土没有达到固定强度，为防止脱落，架设钢架来进行支护。通常锚杆砂浆在未达到固定强度前也用钢架支护。安装钢架应达几项指标。首先要将底脚下清理干净，没有杂物，安装横向偏差和高程要在±5cm范围之内，垂直度偏差不超过±2°。不要任意割断钢架，各节间要使用螺栓连接。为了加强钢架的纵向稳定性，必须要在钢架间设置钢拉杆，同时要沿着钢架外部边缘隔2m用楔子楔紧，以加强钢架横纵向刚度。隧道在竣工交验时必须在外观上达到不渗不漏的标准。隧道渗漏水是严重的施工质量问题。现如今在隧道施工设计中一般都采取堵和排相结合的办法防止渗漏水问题的发生。通常在二衬施工缝中设置遇水膨胀的止水条，在二衬与初期支护中间设置复合型材料防水板。二衬的背面设置有环向和纵向的透水管肓沟。其中复合型防水板的铺设质量非常关键，所以在铺设防水板施工中必须注意以下几个方面的问题。一是初期支护表面要求大致上达到平顺的标准，要保证锚杆尾部外露长度应严格控制在小于1cm的范围内。二是在防水层施工区段不要有爆破或强震动施工作业。三是防水板与初期支护要达到紧密贴合的标准要求，同时不要绷得过紧，以防止灌注混凝土的过程中将防水板胀坏胀破。四是要求焊接要采取双焊缝焊接工艺，严格避免假焊、漏焊现象的发生。

1新奥法技术要点

新奥法的思想和基本理论形成于上世纪的60年代，是奥地利学者在长期的隧道工程实践过程中，在岩土开挖理论的一个系统总结的基础上提出来的。新奥法的核心是将围岩不仅视为荷载，也是结构的一部分，最大限度地利用和发挥围岩的自承能力。利用这一基本思想，根据地层条件，在隧道的设计施工中最大程度地利用围岩的自稳能力，合理确定支护的时机，使支护的代价最低。新奥法的基本思路有以下几点：

1）因为围岩要参与整个结构的承载，应尽量减少对围岩的扰动，充分保护岩体。

2）为充分发挥围岩承载能力，应允许并控制岩体的变形。施工中应采用能与围岩密贴、及时筑砌又能随时加强的柔性支护结构，就能通过调整支护结构来控制岩体的变形。

3）开口不利于结构形成整体的受力结构，为此，在施工过程中应使衬砌尽早封闭成整环。

4）利用信息化施工技术，合理布置监测点，及时掌握围岩及支护结构的应力和变形，通过监测信息的反馈及时调整支护参数。

5）多采用喷锚式初衬外加现浇混凝土二衬的复合式衬砌结构。二次衬砌等初衬施工完成、围岩基本稳定之后再施作。二次衬砌可以用来承担围岩流变等引起的后续荷载。基于上述描述，新奥法的精髓可以概括为十二字方针，即“少扰动、早喷锚、勤量测、快封闭”。新奥法自创立以来，在我国的诸多软弱破碎围岩中也得到了广泛而成功的应用，目前已经发展为山岭隧道及地下工程施工的一种重要方法。金鸡岭隧道所处地层围岩稳定性差，故采用新奥法修建，在修建过程中克服多种施工中的难题，取得了较大的成功。本文将对该隧道的施工技术进行系统地分析。