公路隧道工程質量控制的幾個問題
發布時間：2014-02-25 共1頁
【摘 要】本文根據公路隧道建設的實踐，提出了公路隧道建設中工程質量控制的幾個關鍵問題：重視隧道前期地質工作；注意軟弱地層隧道設計結構型式；改進施工方法與工藝；應采用先進的隧道質量檢測技術與方法等。希望在今后的公路隧道建設中對這些問題引起重視。
【關鍵詞】公路隧道，質量控制，關鍵問題
0.引言
近十多年來，隨著四川省高速公路和地方高等級公路的建設，隧道工程進入高速發展的時期。二郎山隧道、華鎣山隧道是在復雜地質環境條件下建成的兩座長隧道，鷓鴣山隧道是目前在建的一座高海拔高地應力長公路隧道，這些公路隧道的建設為四川公路隧道建設積累了經驗。目前，在建的西（昌）攀（枝花）高速公路，在路線長度163Km范圍內有隧道20座，其中長度2000m以上的3座，1000m以上的有9座；都（江堰）汶（川）高等級公路，在路線長度82.5Km的路線上有隧道12座，總長度14817m，其中長、特長隧道5座。在公路隧道建設過程中曾經出現一些問題，如高速公路的一些短隧道以及地方公路隧道不同程度存在一些病害或質量問題，以及特長隧道引道工程出現一些地質病害等。本文根據四川省公路隧道建設的實踐并結合國內其它公路隧道建設的現狀，提出了公路隧道建設應重視的幾個問題，希望在今后公路隧道建設中引起重視。
1.隧道勘察設計階段重視的問題
1.1.隧道前期地質勘察的深度問題
隧道工程幾乎處處依附于所處的地質環境和圍巖工程地質特性，前期工程地質勘察對地質條件的認識的深度，對隧道的合理設計、順利施工和避免地質災害的發生有著重要的影響。在前期勘察階段對地質認識不足或地質勘察深度不足往往造成量工程變更，有的會導致隧道地質災害的發生。例如，位于達州市境內的鐵山公路隧道（全長2099m）&&，在前期地質勘察中，對煤礦采空區的分布狀況認識有誤，認為采空區位于隧道頂上方40m以上，據此，隧道設計及施工過程未采取相應的措施，隧道完工后出現襯砌開裂。經過進一步的工程地質勘探，發現隧道底部的多層煤已基本采空或部分采空，采空區的巖體變形導致隧道襯砌開裂。該隧道在剛試通車不久，不得不進行封閉，繼后采取注漿和壓漿充填采空區架空結構，增強圍巖強度，再輔以隧道襯砌補強等措施進行了處置。
廣（安）鄰（水）高速公路馮家埡口隧道是對隧道軸線未進行勘察而出現隧道地質病害隱患的例子。該隧道為全長191m的短隧道，原設計為間距40m的分離式隧道，后進行路線優化設計，將其改為雙連拱隧道，并將隧道軸線選在一埡口部位。隧道軸線改變后未對隧道的新軸線進行進一步地質勘察，僅利用旁側鉆孔資料對比推測地質狀況。該隧道在施工過程出現嚴重的坍方直到地面，后經過詳細的補充地質勘察，發現隧道通過部位為裂隙極發育的巖溶坍陷帶，并且在隧道中墻下部還存在溶洞。對此，不得不采取底部注漿加固，以及隧道頂部、地面注漿的方式進行處治。
1.2.隧道重工程地質問題的認識
隧道工程的重工程地質問題主要有高地應力巖爆、圍巖變形、巖溶涌突水、有害氣體等。我省公路隧道建設中均不同程度遇到上述問題，對于重地質問題處理有成功的經驗也有值得總結教訓。
川藏公路二郎山隧道的前期地質勘察階段，對隧道軸線進行了地質調查、測繪、深孔鉆探、水壓致裂地應力測試等地質工作，查清了該隧道的重工程地質問題，為隧道特殊地段防止地質災害設計提供了依據；國道317線鷓鴣山隧道在勘察階段對隧道軟巖段的變形問題采取了積極預防措施，使隧道施工得以較為正常的進行。
值得總結教訓也是深刻的，例如二郎山隧道引道的地質工作重視不夠，引道沿線幾乎未進行詳細的地質勘察工作，有些重工程地質問題未能及早發現，導致引道工程質病害不斷。隧道東、西洞口溝谷爆發泥石流，西引道出現了諸如榛子林、別托等多處滑坡，工程后期不得不投入量的力量和費用進行整治。華鎣山隧道建設中對巖溶涌突水問題認識不足，特別是對巖溶涌突水的水量、危害程度、以及對隧道的長期影響不足，以致在施工過程也未對巖溶水問題進行專題研究，導致對突然發生的量涌突水應對不及，巖溶水對隧道防排水體系的影響也造成隧道營運期間的出現的日益增加的滲漏水問題。
1.3.關注橋隧銜接處的不良地質問題
橋、隧銜接處往往是橋梁地質勘察、隧道地質勘察的薄弱段，都（江堰）汶（川）路廟子坪橋與董家山隧道的結合部位新發現的較型滑坡就是一個深刻的教訓。橋先行選址、施工，導致隧道的出口不得不在滑坡部位通過，隧道開工幾個月仍然進行滑坡處治，使得增加工程建設投資和工期的延誤。因此，在隧道、橋梁的結合部位必須橋隧聯合進行選址論證。
1.4.關注隧道建設的環境效應問題
隧道建設產生的一系列工程環境效應和問題在我國鐵路、公路隧道建設史上屢見不鮮。例如，我國已建成運營的瑤山雙線鐵路隧道曾因隧道涌水（Qmax=50000 m3/d）在地表斑古坳地區誘導出200多個塌洞和陷坑，泉水斷流，農作物枯萎和減產，造成了嚴重的工程環境問題；我省廣（安）臨（水）高速公路華鎣山隧道工程穿越巖溶水發育的石灰巖地層，一方面由于建設過程中量涌（排）地下水引起地表水源枯竭等嚴重的環境效應，另一方面由于隧址區巖溶地下水的高度不確定性和含水介質的非均質各向異性導致部分隧道防排水系統的失效，產生了嚴重的隧道滲漏水問題，以致開始危及隧道中的行車安全，在隧道竣工運營后幾年就不得不采取規模滲漏水整治措施進行補救。研究隧道工程的環境效應和相應的控制對策，已引起當前國內外隧道工程界的高度關注。然而，迄今為止，隧道工程建設過程中及建成運營后出現的工程環境負效應等問題仍很嚴重，主要表現在：（1）地下水資源量流失，天然供水水源枯竭；劣質地層水入侵，水污染加劇；水文循環平衡破壞，巖土失穩，誘發諸如地面沉陷、巖溶塌陷、土壤流失等工程環境問題；（2）局部水壓力增，襯砌破壞，滲漏水加劇，危及行車安全等。在巖溶發育地區修建的公路隧道也存在類似的問題，例如重慶南山隧道地下水排放引發的環境問題與當地的法律糾紛；成渝高速公路縉云山隧道、廣（安）臨（水）高速公路華鎣山隧道等地下水排放引起的環境問題和隧道嚴重的滲漏水問題。
1.5.施工過程的動態設計
強調重視隧道的前期地質工作，是要在選線階段查清對工程產生影響的主要工程地質問題，以便選擇一個最佳的隧道路線位置，防止出現的地質病害。但隧道工程的地質狀況，不可能在前期工作中全部查清，因此隧道設計稱為預設計。在施工過程要根據開挖的地質情況和量測數據，不斷地修改設計，選用較為合理的施工方法合理的支護形式，這也稱為信息化施工。但有的設計人員為了維護原設計的“正確性”，不愿面對變化了的地質情況修改設計，這其中有幾方面的原因：一是設計人員傳統的觀念和維護自身利益的思想使得這一理念的實施變得困難，，設計方不愿修改設計，認為設計一貫正確，施工方擔心圍巖失穩要求變更；二是技術管理部門還沒有認識到隧道設計施工是動態設計、信息化施工，管理者的一些管理辦法不適應這一理念的實現；因此，在隧道施工過程中出現地質情況與原設計明顯不符時，在業主的及時協調下，設計單位施工過程的及時的服務與及時動態設計，業主及時組織的專家咨詢論證、監理對現場的認定，從而實現施工過程動態設計、信息化施工。
2.隧道施工過程質量控制
2.1.施工方法與工藝
一些公路的中、短隧道建設，一些施工單位投入的技術和設備不足，出現開挖效果差、二次襯砌砼采用人工澆注、襯砌背后回填未按規范要求施作，二次襯砌拱部厚度不足和襯砌背后量空洞，有的襯砌砼強度不足等問題，留下了質量隱患。因此，隧道建設不論隧道長短，均應選擇有實力的承包人保證施工技術力量和設備的投入，是確保工程質量的重要前提。
2.2.施工監控量測
隧道施工沒有量測信息反饋，常導致圍巖松馳，塑性區擴展，給襯砌帶來病害。洞室在掘進過程中，由于受到開挖面的約束，使開挖面附近的圍巖不能立即釋放其全部變形位移。如果這種位移全部釋放再支護，圍巖就會產一定的塑性變形。所以隧道施工中，圍巖的監控量測工作是一項很重要的內容。
2.3.作好初期支護
采用噴錨支護是把圍巖和支護作為一個體系，圍巖是承載的主體，支護是加固和穩定圍巖的手段。由于錨噴支護具有及時、粘貼、柔性、密封的特點，這也是構成錨噴支護的作用原理的基本要素，使圍巖內二向應力狀態變為三向應力狀態。因此，必須重視初期支護，錨桿的方位、噴射混凝土厚度應得到保證。
2.4.隧道各結構層之間應密貼
發揮圍巖和支護系統的共同作用，只有與圍巖同支護系統緊密貼合時才有可能。因此，控制光面爆破的效果，噴射砼后使其表面平整。防水板必須有一定的延展性，二次襯砌背后必須回填密實，從而使初期支護與二次襯砌之間充分密貼，不留貯水空間，防止地下水的積聚并導致襯砌的滲水。
3.采用檢測技術進行過程控制
由于隧道工程是在復雜地質條件和施工環境相對惡劣的條件下進行，隧道襯砌厚度不足、襯砌與圍巖不密實，出現空洞、襯砌滲水等問題是隧道工程的主要質量問題。&& 地質雷達是一種通過電磁波探測特體介質特性的一種物探檢測方法，不同物質有著不同的電磁反射特性。地質雷達在探測襯砌厚度、襯砌層背后存在空洞或回填不密實以及襯砌存在裂縫等方面有著顯著的優勢。進行地質雷達探測、襯砌強度檢測，對襯砌厚度不足、拱部襯砌背后存在空洞或不密實或強度不足的隧道段進行及時監控和及時處治，這對控制工程質量發揮了重要的作用。
4.結語
面對四川省公路隧道工程建設的高速發展的形勢，隧道工程質量控制是隧道建設的核心。目前，四川省在建的公路隧道共10座，總長度6084m。正在施工的西（昌）攀（枝花）高速公路，在路線長度163Km范圍內有隧道20座，其中長度2000m以上的3座，1000m以上的有9座。正在施工的都（江堰）汶（川）高等級公路，在路線長度82.5Km的路線上有隧道12座，總長度14817m，其中長、特長隧道5座。因此，加強隧道工程質量控制、防止隧道病害將是隧道建設中的十分重要問題。
【關鍵詞】公路隧道，質量控制，關鍵問題
0.引言
近十多年來，隨著四川省高速公路和地方高等級公路的建設，隧道工程進入高速發展的時期。二郎山隧道、華鎣山隧道是在復雜地質環境條件下建成的兩座長隧道，鷓鴣山隧道是目前在建的一座高海拔高地應力長公路隧道，這些公路隧道的建設為四川公路隧道建設積累了經驗。目前，在建的西（昌）攀（枝花）高速公路，在路線長度163Km范圍內有隧道20座，其中長度2000m以上的3座，1000m以上的有9座；都（江堰）汶（川）高等級公路，在路線長度82.5Km的路線上有隧道12座，總長度14817m，其中長、特長隧道5座。在公路隧道建設過程中曾經出現一些問題，如高速公路的一些短隧道以及地方公路隧道不同程度存在一些病害或質量問題，以及特長隧道引道工程出現一些地質病害等。本文根據四川省公路隧道建設的實踐并結合國內其它公路隧道建設的現狀，提出了公路隧道建設應重視的幾個問題，希望在今后公路隧道建設中引起重視。
1.隧道勘察設計階段重視的問題
1.1.隧道前期地質勘察的深度問題
隧道工程幾乎處處依附于所處的地質環境和圍巖工程地質特性，前期工程地質勘察對地質條件的認識的深度，對隧道的合理設計、順利施工和避免地質災害的發生有著重要的影響。在前期勘察階段對地質認識不足或地質勘察深度不足往往造成量工程變更，有的會導致隧道地質災害的發生。例如，位于達州市境內的鐵山公路隧道（全長2099m）&&，在前期地質勘察中，對煤礦采空區的分布狀況認識有誤，認為采空區位于隧道頂上方40m以上，據此，隧道設計及施工過程未采取相應的措施，隧道完工后出現襯砌開裂。經過進一步的工程地質勘探，發現隧道底部的多層煤已基本采空或部分采空，采空區的巖體變形導致隧道襯砌開裂。該隧道在剛試通車不久，不得不進行封閉，繼后采取注漿和壓漿充填采空區架空結構，增強圍巖強度，再輔以隧道襯砌補強等措施進行了處置。
廣（安）鄰（水）高速公路馮家埡口隧道是對隧道軸線未進行勘察而出現隧道地質病害隱患的例子。該隧道為全長191m的短隧道，原設計為間距40m的分離式隧道，后進行路線優化設計，將其改為雙連拱隧道，并將隧道軸線選在一埡口部位。隧道軸線改變后未對隧道的新軸線進行進一步地質勘察，僅利用旁側鉆孔資料對比推測地質狀況。該隧道在施工過程出現嚴重的坍方直到地面，后經過詳細的補充地質勘察，發現隧道通過部位為裂隙極發育的巖溶坍陷帶，并且在隧道中墻下部還存在溶洞。對此，不得不采取底部注漿加固，以及隧道頂部、地面注漿的方式進行處治。
1.2.隧道重工程地質問題的認識
隧道工程的重工程地質問題主要有高地應力巖爆、圍巖變形、巖溶涌突水、有害氣體等。我省公路隧道建設中均不同程度遇到上述問題，對于重地質問題處理有成功的經驗也有值得總結教訓。
川藏公路二郎山隧道的前期地質勘察階段，對隧道軸線進行了地質調查、測繪、深孔鉆探、水壓致裂地應力測試等地質工作，查清了該隧道的重工程地質問題，為隧道特殊地段防止地質災害設計提供了依據；國道317線鷓鴣山隧道在勘察階段對隧道軟巖段的變形問題采取了積極預防措施，使隧道施工得以較為正常的進行。
值得總結教訓也是深刻的，例如二郎山隧道引道的地質工作重視不夠，引道沿線幾乎未進行詳細的地質勘察工作，有些重工程地質問題未能及早發現，導致引道工程質病害不斷。隧道東、西洞口溝谷爆發泥石流，西引道出現了諸如榛子林、別托等多處滑坡，工程后期不得不投入量的力量和費用進行整治。華鎣山隧道建設中對巖溶涌突水問題認識不足，特別是對巖溶涌突水的水量、危害程度、以及對隧道的長期影響不足，以致在施工過程也未對巖溶水問題進行專題研究，導致對突然發生的量涌突水應對不及，巖溶水對隧道防排水體系的影響也造成隧道營運期間的出現的日益增加的滲漏水問題。
1.3.關注橋隧銜接處的不良地質問題
橋、隧銜接處往往是橋梁地質勘察、隧道地質勘察的薄弱段，都（江堰）汶（川）路廟子坪橋與董家山隧道的結合部位新發現的較型滑坡就是一個深刻的教訓。橋先行選址、施工，導致隧道的出口不得不在滑坡部位通過，隧道開工幾個月仍然進行滑坡處治，使得增加工程建設投資和工期的延誤。因此，在隧道、橋梁的結合部位必須橋隧聯合進行選址論證。
1.4.關注隧道建設的環境效應問題
隧道建設產生的一系列工程環境效應和問題在我國鐵路、公路隧道建設史上屢見不鮮。例如，我國已建成運營的瑤山雙線鐵路隧道曾因隧道涌水（Qmax=50000 m3/d）在地表斑古坳地區誘導出200多個塌洞和陷坑，泉水斷流，農作物枯萎和減產，造成了嚴重的工程環境問題；我省廣（安）臨（水）高速公路華鎣山隧道工程穿越巖溶水發育的石灰巖地層，一方面由于建設過程中量涌（排）地下水引起地表水源枯竭等嚴重的環境效應，另一方面由于隧址區巖溶地下水的高度不確定性和含水介質的非均質各向異性導致部分隧道防排水系統的失效，產生了嚴重的隧道滲漏水問題，以致開始危及隧道中的行車安全，在隧道竣工運營后幾年就不得不采取規模滲漏水整治措施進行補救。研究隧道工程的環境效應和相應的控制對策，已引起當前國內外隧道工程界的高度關注。然而，迄今為止，隧道工程建設過程中及建成運營后出現的工程環境負效應等問題仍很嚴重，主要表現在：（1）地下水資源量流失，天然供水水源枯竭；劣質地層水入侵，水污染加劇；水文循環平衡破壞，巖土失穩，誘發諸如地面沉陷、巖溶塌陷、土壤流失等工程環境問題；（2）局部水壓力增，襯砌破壞，滲漏水加劇，危及行車安全等。在巖溶發育地區修建的公路隧道也存在類似的問題，例如重慶南山隧道地下水排放引發的環境問題與當地的法律糾紛；成渝高速公路縉云山隧道、廣（安）臨（水）高速公路華鎣山隧道等地下水排放引起的環境問題和隧道嚴重的滲漏水問題。
1.5.施工過程的動態設計
強調重視隧道的前期地質工作，是要在選線階段查清對工程產生影響的主要工程地質問題，以便選擇一個最佳的隧道路線位置，防止出現的地質病害。但隧道工程的地質狀況，不可能在前期工作中全部查清，因此隧道設計稱為預設計。在施工過程要根據開挖的地質情況和量測數據，不斷地修改設計，選用較為合理的施工方法合理的支護形式，這也稱為信息化施工。但有的設計人員為了維護原設計的“正確性”，不愿面對變化了的地質情況修改設計，這其中有幾方面的原因：一是設計人員傳統的觀念和維護自身利益的思想使得這一理念的實施變得困難，，設計方不愿修改設計，認為設計一貫正確，施工方擔心圍巖失穩要求變更；二是技術管理部門還沒有認識到隧道設計施工是動態設計、信息化施工，管理者的一些管理辦法不適應這一理念的實現；因此，在隧道施工過程中出現地質情況與原設計明顯不符時，在業主的及時協調下，設計單位施工過程的及時的服務與及時動態設計，業主及時組織的專家咨詢論證、監理對現場的認定，從而實現施工過程動態設計、信息化施工。
2.隧道施工過程質量控制
2.1.施工方法與工藝
一些公路的中、短隧道建設，一些施工單位投入的技術和設備不足，出現開挖效果差、二次襯砌砼采用人工澆注、襯砌背后回填未按規范要求施作，二次襯砌拱部厚度不足和襯砌背后量空洞，有的襯砌砼強度不足等問題，留下了質量隱患。因此，隧道建設不論隧道長短，均應選擇有實力的承包人保證施工技術力量和設備的投入，是確保工程質量的重要前提。
2.2.施工監控量測
隧道施工沒有量測信息反饋，常導致圍巖松馳，塑性區擴展，給襯砌帶來病害。洞室在掘進過程中，由于受到開挖面的約束，使開挖面附近的圍巖不能立即釋放其全部變形位移。如果這種位移全部釋放再支護，圍巖就會產一定的塑性變形。所以隧道施工中，圍巖的監控量測工作是一項很重要的內容。
2.3.作好初期支護
采用噴錨支護是把圍巖和支護作為一個體系，圍巖是承載的主體，支護是加固和穩定圍巖的手段。由于錨噴支護具有及時、粘貼、柔性、密封的特點，這也是構成錨噴支護的作用原理的基本要素，使圍巖內二向應力狀態變為三向應力狀態。因此，必須重視初期支護，錨桿的方位、噴射混凝土厚度應得到保證。
2.4.隧道各結構層之間應密貼
發揮圍巖和支護系統的共同作用，只有與圍巖同支護系統緊密貼合時才有可能。因此，控制光面爆破的效果，噴射砼后使其表面平整。防水板必須有一定的延展性，二次襯砌背后必須回填密實，從而使初期支護與二次襯砌之間充分密貼，不留貯水空間，防止地下水的積聚并導致襯砌的滲水。
3.采用檢測技術進行過程控制
由于隧道工程是在復雜地質條件和施工環境相對惡劣的條件下進行，隧道襯砌厚度不足、襯砌與圍巖不密實，出現空洞、襯砌滲水等問題是隧道工程的主要質量問題。&& 地質雷達是一種通過電磁波探測特體介質特性的一種物探檢測方法，不同物質有著不同的電磁反射特性。地質雷達在探測襯砌厚度、襯砌層背后存在空洞或回填不密實以及襯砌存在裂縫等方面有著顯著的優勢。進行地質雷達探測、襯砌強度檢測，對襯砌厚度不足、拱部襯砌背后存在空洞或不密實或強度不足的隧道段進行及時監控和及時處治，這對控制工程質量發揮了重要的作用。
4.結語
面對四川省公路隧道工程建設的高速發展的形勢，隧道工程質量控制是隧道建設的核心。目前，四川省在建的公路隧道共10座，總長度6084m。正在施工的西（昌）攀（枝花）高速公路，在路線長度163Km范圍內有隧道20座，其中長度2000m以上的3座，1000m以上的有9座。正在施工的都（江堰）汶（川）高等級公路，在路線長度82.5Km的路線上有隧道12座，總長度14817m，其中長、特長隧道5座。因此，加強隧道工程質量控制、防止隧道病害將是隧道建設中的十分重要問題。
