摘要：随着我国高速公路的蓬勃发展，隧道工程已在交通出行中占据越来越重要的地位。介绍了我国隧道常用的新奥法、挪威法、新意法等施工理论，简述了隧道分离式隧道、连拱隧道、小净距隧道的开挖方法，及超前支护和永久支护方法，总结了膨胀土、黄土、岩溶等特殊地层隧道施工技术要点。我国未来城市地下工程及隧道的修建将面临埋深大、断面大、地质条件复杂、隧道长、修建难度大等问题，需要不断提高施工技术。
关键词：山岭隧道；施工技术；软弱围岩；特殊地质
我国自清朝第一条隧道—狮球岭隧道建成，至詹天佑规划督造的京张铁路八达岭隧道通车，结束了依靠外国修建铁路隧道的历史。解放后我国隧道建设进入了高速发展的时期，从以前的“人力开挖”起步，至70年代开始大量引进先进隧道施工技术和机械，至今中国已经成为世界上隧道数量最多、地质条件和结构形式最复杂、修建技术发展速度最快的国家。秦岭终南山隧道、乌鞘岭隧道、太行山隧道等特长隧道通车，武汉长江隧道、上海崇明岛隧道、南京长江隧道、厦门翔安海底隧道等著名隧道工程的建成，标志着我国隧道施工技术步入世界先进水平。
1 隧道施工理论
在大量的地下工程实践中，人们普遍认识到，修建隧道及地下洞室工程的核心问题，都归结在开挖和支护两个关键工序上。即如何开挖，才能更有利于洞室的稳定和便于支护；若需支护时，又如何支护才能更有效地保证洞室稳定和便于开挖。围绕着以上核心问题的实践和研究，在不同的时期，人们提出了不同的理论并逐步建立了不同的理论体系[1]。
“松弛荷载理论”认为稳定的岩体有自稳能力，不产生荷载；不稳定的岩体则可能产生坍塌，需要用支护结构予以支承。这样，作用在支护结构上的荷载就是围岩在一定范围内由于松弛并可能塌落的岩体重力。这是一种传统的理论，其代表性的人物有泰沙基和普氏等人。它类似于地面工程考虑问题的思路，至今仍被广泛地应用着。
“岩承理论”。认为围岩稳定显然是岩体自身有承载自稳能力；不稳定围岩丧失稳定是有一定过程的，如果在这个过程中提供必要的帮助或限制，则围岩仍然能够进入稳定状态。这种理论体系的代表性人物有腊布希维兹、米勒—菲切尔、芬纳—塔罗勃和卡斯特奈等人。这是一种比较现代的理论，它已经脱离了地面工程考虑问题的思路，而更接近于地下工程实际，近半个世纪以来已被广泛接受和推广应用，并且表现出了广阔的发展前景。
实践表明，以锚喷支护的实践和岩体力学理论为基础的新奥法并非适用于任何岩体环境，应结合具体情况做进一步的探索研究。挪威法便是这一建设理论的进一步发展，但以Q系统为基础的围岩分级结合高性能材料构成隧道支护体系的挪威法如何与中国的实际情况相结合并在公路隧道中推广应用一直是困扰工程界的一个难题。进入21世纪以来，随着工程建设规模的逐渐加大，以新奥法与挪威法为基础理论的隧道设计与施工理念已不能满足日益复杂的隧道工程建设要求，以压力拱理论和新奥法为基础的新意法（NITM）随之产生，并且逐渐得以推广[2]。
钻爆法又称矿山法，一般采用钻眼爆破进行开挖，是山岭隧道最常用的开挖方法。挪威法(NTM)适宜较硬的地层，是由正确的围岩评价、合理的支护参数和高性能的支护材料三部分组成的一种经济而安全的隧道施工方法；新意法（ADECO-RS）是通过对隧道掌子面超前核心岩土介质的勘察、预测其稳定性，设计按隧道开挖后围岩稳定、暂时稳定、不稳定，将其划分为A、B、C三种形态，据以信息化设计支护措施，确保隧道安全穿越复杂地层和实现全断面开挖的一种动态设计施工指导原则。它强调控制围岩变形、强调掌子面前方围岩的超前支护和加固，通过监测和控制掌子面前方的围岩、采用配套的机械化作业，实现全断面开挖。
2 隧道开挖方法
开挖是隧道施工的第一道工序，隧道开挖应该在保证围岩稳定或减少对围岩的扰动的前提条件下，选择合适的开挖方法和掘进方式，尽量提高掘进速度。分离式隧道是相对于连拱隧道和小净距隧道而言的。分离式隧道常用开挖方法有全断面法、台阶法、三台阶七步流水作业法、单（双）侧壁导坑法、中隔壁法（CD法）、交叉中隔墙法（CRD法）等；连拱隧道由于其相比分离式隧道极大的开挖断面及中隔墙的存在，施工步骤较复杂，同时连拱隧道的长度也较短，一般不超过500m。连拱隧道施工方法主要有：中导洞法、三导洞施工法、单洞施工法、双洞平行施工法，见图1。
图1 双洞平行施工法
3 隧道支护方法
隧道开挖后围岩处于二次应力状态，其受到开挖方式、方法的影响。如果二次应力状态不满足隧道稳定要求，围岩不能自稳就要施加支护措施加以控制，即三次应力状态。面对软弱围岩、特殊地质条件的隧道施工，断面早期闭合是最有效的手段。同时强化初期支护和超前支护，将围岩变形控制在一定范围内对施工安全非常重要。超前支护是指开挖前对需要采取拱顶稳定对策及抑制地表下沉而采取控制前方围岩的先行位移，防护和强化掌子面前方围岩的对策[3]。超前支护按构造分为利用隧道纵向刚性的梁构造和利用横向刚性的拱形构造。按长度可以分为6m内的短超前支护、6~10m的中长超前支护和10m以上的长超前支护。
隧道支护根据采用的材料分类有木支撑、钢支撑、锚杆和金属网支护、模注混凝土和喷射混凝土支护、钢支撑加背板、喷射混凝土与锚杆、喷射混凝土、钢支撑和锚杆等。隧道支护类型的选择主要根据下述条件决定：对预计的主要岩体类型的评价，对岩体类别变化的适应性，对很大的或特殊地压的适应性，对地下水性质的适应性，经济性，作业时间消耗。
在修建隧道中，常遇到一些不利于施工的特殊地质地段，如膨胀土围岩、黄土、溶洞、断层、松散地层、流沙、岩爆、瓦斯地层等，这些特殊地层给隧道施工带来很多困难。膨胀土隧道施工对周围环境温度、湿度、应力、地下水等因素变化极为敏感，围岩具有明显的塑性流变特性，已发生较大的塑性变形。黄土是在干燥气候条件下形成的，具有针状大孔、垂直节理发育的特殊性土。黄土的复杂节理容易造成隧道开挖时的塌方，若隧道建在黄土冲沟段或黄土溶洞、暗穴附近，极易下沉或冒顶。岩溶对山岭隧道的施工危害主要表现在：洞害、水害、洞穴充填物及坍塌、洞顶地表塌陷。松散地层结构松散，胶结性弱，稳定性差，在施工中极易发生坍塌。
4 结语
我国已经成为世界上隧道数量最多、地质条件和结构形式最复杂、修建技术发展速度最快的国家。未来城市地下工程及隧道的修建将面临埋深大、断面大、地质条件复杂、隧道长、修建难度大等问题。随着景观设计学的发展，面对不断恶化的环境、不断膨胀的人口和不断增长的需求，隧道等工程的施工必然还要面对环境保护、经济、社会的压力。隧道的施工应该针对不同的地质条件和经济考虑、环保考虑选择不同的方案，力求做到安全、环保、经济一体，达到完美施工。
参考文献
[1]于书翰, 杜莫远. 隧道施工[M].人民交通出版社, 1999.
[2]《中国公路学报》编辑部. 中国公路交通学术研究综述[J].中国公路学报, 2012, 5(25): 19-22.
[3]翟建国. 膨胀土隧道施工技术[J]. 铁道建筑技术. 2009(1).149-151..
论文作者:邓明超
论文发表刊物:《基层建设》2018年第28期
论文发表时间:2018/11/17
标签：隧道论文; 围岩论文; 超前论文; 断面论文; 地层论文; 稳定论文; 挪威论文; 《基层建设》2018年第28期论文;