浅谈磐安钻爆法隧道施工的实践与认识

浅谈磐安钻爆法隧道施工的实践与认识

马炜东

磐安县公路管理局浙江磐安322300

摘要：文章简述磐安境内钻爆法施工应“充分发挥围岩的自承能力”、“基本维持围岩原始状态”，从围岩自承能力及支护关系等方面进行疏理，浅谈钻爆法的实践经验。

关键词：磐安隧道；施工工法；实践与认知

引言

隧道以缩短行车里程，提高线型标准，减少土地，保护生态环境等优点，在山岭重丘地区普遍应用。浙江磐安县近几年来，随着公路等级不断提高，不同规模的隧道相继建成。现已营运隧道26座，其中特长隧道3座，长隧道2座，中隧道6座，短隧道15座，累计里程25839延米。按公路长度计算，隧道密度已达到23.8米/公里。目前在建隧道还有19座，全县累计将达到45座隧道，磐安成为名副其实浙中“隧道之县”。

1围岩自承能力疏理

对于山岭隧道建设而言，目前已形成了多种隧道工法，如钻爆法、全断面隧道掘进机（TBM）法、盾构掘进机法等，目前钻爆法（以新奥法原理为理论基础）山岭隧道最常用的方法之一。在磐安县境内诸永高速、省县公路隧道建设实践中发挥了关键作用。实践是认识的源泉，促进我们怎样继承和发展这些工法。诸永高速公路磐安段，全长18.9公里（按GBS实际测量），有3座隧道，其中特长隧道2座，长隧道1座。全宽22米，净高5米，端墙式洞口，计13007.43米。诸永高速公路隧道工程成功经验得知：隧道结构设计、施工及养护全过程必须符合力学规律（特别是结构强度、稳定、刚度等），这种要求必须贯穿整个设计、施工及养护全过程，合理施工与养护工艺是保障隧道结构强度、稳定、刚度等的基础，是工程百年大计的保证。

应用不同隧道工法，其核心都是隧道围岩与支护共同作用要达到足够大，才能使隧道“基本维持围岩原始状态”，从而达到隧道“充分发挥围岩的自承能力”的目的。因此，隧道围岩自承力P、支护抗力T和围岩原始内力P0三者之间力学关系，真实反映隧道围岩、开挖、支护（含预支护）、衬砌互动过程和平衡状态，解决各种设计及其工法统一性和适用性问题。

隧道施工形成新的临空面，产生应力释放，而外围的应力状态并不发生变化，隧道围岩每一点释放的应力必须由围岩和支护结构来平衡，如图1所示。

图1围岩与支护共同作用图

当围岩和支护结构能够提供的抗力大于平衡围岩所需要的力时，隧道围岩是稳定的。也就是说，在隧道施工过程中，始终要求围岩和支护结构抗力大于平衡围岩所需，我们称之为隧道预支护原理。假定F为预支护力、T为支护抗力、P为围岩自承力，则：

F=T+P

式中表明预支护力不应简单地理解为支护结构对围岩的作用力，预支护力既表现为围岩结构得到保护的自承能力及加固围岩而提高围岩的自承能力，也包括支护结构及时施作而由支护结构直接对围岩提供支护抗力。隧道预支护原理要求，预支护力（F）要始终保持大于隧道施工前保持原始岩体平衡的原始内力P0，即

F>P0

如图2所示，当预支护线（F）在原始内力线（P0）以上时，隧道施工后就能使隧道“基本维持围岩原始状态”，达到隧道“充分发挥围岩的自承能力”。对于隧道围岩自稳能力好，自承能力大的情况，则围岩和支护的刚度曲线交点C（稳定点）应尽量靠近N点，使围岩所承受的荷载越大越好，采用柔性支护，允许围岩少量变形，释放部分原始应力（对应新奥法）；对于隧道围岩自稳能力差，自承能力小的情况，则围岩和支护的刚度曲线交点C（稳定点）应尽量靠近A点，采用刚性支护，控制围岩变形，使支护所承受的荷载越大越好，保护围岩原始应力（对应浅埋暗挖法）。其他情况则介于两者之间，隧道结构设计与施工人员必须熟悉隧道预支护原理，通过初步理论计算和工程类比法初步确定支护结构，然后采用信息量测修正支护结构而达到较好效果。对于围岩自承能力，在隧道施工过程中，要尽可能防止岩体松动，防止产生不利的应力条件，尽最大可能保持原始岩体强度。总之，不论哪种情况预支护力（F）都要足够强大，才能使隧道“基本维持围岩原始状态”，而达到隧道“充分发挥围岩的自承能力”的目的。

图2隧道预支护原理的力-位移特征曲线图

2归纳隧道施工工法认知

（1）综合运用工程水文地质学、岩体力学、土力学、结构力学等地面结构工程学的基本力学理论解决隧道区域山体稳定、岩溶、采空区等特殊问题，确保隧道结构安全。工程规划遵循“复杂问题简单化”理念，简化处理各种复杂边界条件成为便于求解的力学问题；借鉴其它学科理论和方法先解决洞口山体稳定等特殊问题，再解决隧道围岩与支护系统共同作用问题，达到稳定平衡和确保隧道结构安全。

综合运用钻爆法、全断面隧道掘进机（TBM）法、盾构掘进机法、矿山法等工法解决隧道围岩与支护系统共同作用问题，达到稳定平衡和确保隧道结构安全。综观这些设计和工法，如何熟练快速有效应用于隧道工程实践，解决隧道受力独立性、隧道支护平衡稳定性、隧道设计统一性和适用性、隧道合理施工与初期支护顺序、隧道量测参数和精度选择等问题。

通过以上内容，可以进一步理解隧道结构符合力学规律，合理工艺保证的重要性，达到熟练快速有效应用设计和工法，确保隧道工程质量和效益。

首先这些设计和工法，都是一种手段，其核心就是“基本维持围岩原始状态”，达到“充分发挥围岩自承作用”的目的，并“保持平衡稳定性”。“能量最小原理”与“基本维持围岩原始状态”是相辅相成的，“能量最小原理”是直接判断施工方法优劣的原则，是实现“基本维持围岩原始状态”目标应遵循的技术原则，“保持平衡稳定性”是工程质量的保证。因此在隧道建设实践中，关键是施工过程中要遵循“能量最小原理”，按此原理选择合适的工法，达到“基本维持围岩原始状态”，因此“能量最小原理”和“基本维持围岩原始状态”是隧道施工合理方法判别原则。

图示：为诸永高速双峰隧道施工现场

其次连拱隧道、小净距隧道两个洞体围岩之间存在强烈的相互影响，这导致衬砌受力复杂，稳定性变差，因此在隧道结构设计与施工技术方面如何采取措施，增强连拱隧道洞体围岩和衬砌受力的独立性，减小相互影响是实现围岩稳定的重要思路。这样连拱隧道、小净距隧道结构设计细节，合理施工工艺是保证隧道受力独立性的关键措施，这也符合著名德国桥梁专家莱昂哈特指出的“有关桥梁性能的好的构造细节较之复杂的计算更为重要”，隧道也是一样。

图示：诸永高速云腾岭连拱隧道

最后各种设计理论和工法之间都存在差异，就新奥法而言，在硬岩隧道与软岩隧道应用新奥法也有本质区别，特别是各种辅助工法独立于各种理论之外，其实各种设计和工法存在统一性和适用性，其核心都是隧道围

岩与支护共同作用要达到足够大并“保持平衡稳定性”，才能使隧道“基本维持围岩原始状态”，从而达到隧道“充分发挥围岩的自承能力”的目的。在此基础上建立隧道预支护原理，统一各种设计和工法的核心思想，可以归纳为四种情况：即围岩自稳好情况的预支护、深埋围岩自稳差情况的预支护、浅埋围岩自稳差情况的预支护、深埋围岩大变形情况的预支护原理应用。

基于上述表达了隧道结构设计、施工及养护整个过程全寿命理念；许多设计理论和工法的适用性和一致性；隧道结构设计细节和合理施工工艺的重要性等等，最终回归到“复杂问题简单化”理念，简化处理各种复杂边界条件的力学问题，便于隧道建造质量，服务社会科学发展。

3结束语

总之，许多成果是广大隧道工程建设者在生产实践中创造的。在总结经验的基础上，根据这些成果加以认定与归纳、提炼与创新，在今后隧道工程建设中发挥有益作用。

参考文献：

[1]朱汉华等.隧道预支原理与施工技术北京：人民交通出版社2008