隧道新技术新理念及发展趋势
摘要：隧道通常指用作地下通道的工程建筑物。一般可分为两大类：一类是修建在岩层中的，称为岩石隧道；一类是修建在土层中的，称为软土隧道。近年来，随着城市和现代交通建设的飞速发展，地下空间开发规模越来越大，一些隧道及地下工程不得不在复杂地质条件下修建，当围岩稳定性和结构变形控制不能满足隧道施工和环境安全时，必须采取辅助施工方法对其进行处理。一般有注浆方法与施工方法。 关键词：注浆、施工、围岩
一、注浆法
注浆作为地下软弱围岩和地下水处理的一项关键技术，已经成为隧道及地下工程施工技术研究和应用的重要部分。 主要有以下几种：
1、全断面帷幕注浆工法全断面帷幕注浆工法由日本于70年代结合青函隧道创建。该工法是对隧道开挖引起的松动圈进行注浆加固，形成全断面注浆帷幕，以此来抵外抗水压力。其假定地层是均匀的，外侧水压力均匀分布，注浆堵水加固范围与水压力有关，水压力越高、水量越大，加固范围也就越大。目前平导普遍采用3～5m注浆圈，正洞采用5～8m注浆圈。
2、精细化注浆设计新工法，实际工程中地层是不均匀的，其透水性、外侧水压力也是不完全相同的。精细化注浆设计工法就是根据工程地质情况，先进行分区定位，确定地质情况，通过前期顶水注浆改变透水场条件，使地层中水量得到有效控制，然后按均匀地层进行“合理步距，由外及内”方式实现基本注浆加固，保证隧道开挖安全的基本要求。该工法主要包含四个方面关键技术：
①分区定位、锁定区域
先考虑对隧道外3～5m基本注浆区进行钻探注浆相结合，确定需要注浆时按基本加固区进行注浆。施工时，选取周边4～6个注浆孔进行钻探注浆，遇水顶水，遇破碎加固。通过这4～6个孔确定隧道周围强水区与弱水区。
②外堵内固、区域加强
先对基本注浆区进行钻孔注浆，基本注浆区只设计两圈，外圈孔位于隧道外3～5m，内圈孔为1～3m。严格按照“先外圈后内圈，同圈间隔跳孔”的顺序进行注浆。基本注浆区完成后，对锁定的强水区进行补注浆，注浆范围为5～8m。③环环相扣、过程控制
严格按照“先外圈后内圈、同圈间隔跳孔”的顺序进行注浆，基本注浆区完成后，必须对强水区进行补孔注浆。④效果检查、标准评定
高压富水断层既要达到堵水效果，又要起到加固作用，因此，应严格按制定的标准进行注浆效果检查，不达到标准必须进行补注浆。
3、施工模式探注结合施工模式在确定前方地层“富水、软弱破碎” 必须通过注浆堵水加固施工才能保证安全开挖的前提下，提出“软弱地层、分区定位，探注结合”的系统化过程控制施工理念。注浆孔兼超前探孔进行施工， “一孔两用”达到既对前方不良地层进行判断，优化方案的指导价值又对注浆预设计进行试验的目的，有效地节约了时间。
4、新型注浆材料：普通水泥单液浆强度高，但凝胶时间长；双液浆凝胶时间短，但强度低，且耐久性差。经过现场研究硫铝酸盐水泥单液浆，并在工程中应用。该浆液凝胶时间为1h30min左右，8h抗压强度达5MPa以上，7天抗压强度达到18MPa以上。浆液具有：凝结可控、高强可靠、操作简单、
扩散控域、工艺匹配、经济适用、绿色环保、堵水高效的特点，既具有普通水泥单液浆高强的特点，又兼备双液浆短凝的优势，使用成本低于双液浆，具有很高的推广应用价值。
5、注浆效果检查新方法：对注浆效果进行合理评价是保证安全施工和确保注浆质量的关键。目前采用的评定方法可以分为四大类。（1）分析法；（2）检查孔法；（3）开挖取样；（4）物探。最为直观且常用的方法为检查孔法。对于以堵水为目的的，通过检查孔可以通过分析出水量来评价注浆效果；而对于以加固地层为目的的常采用取芯法，分析浆液填充加固情况。但由于目前施工技术水平限制，取芯过程受机械破坏，取芯施工用水等影响，芯样很难真实反映加固效果，且取芯耗时长，一般很少采用该方法。目前利用孔内成像技术进行注浆效果评定，能够较为直观的对浆液充填度和地层的稳定性以及出水情况进行分析判识，是一种操作方便实用的方法，可取代钻孔取芯在施工中推广应用，目前象山隧道注浆就采用该方法。
二、隧道施工方法
浅埋隧道是一种特定条件下的隧道工程，其施工不仅受覆盖层地质因素的制约，而
且还受地面环境的影响。浅埋隧道有整座隧道浅埋和隧道部分地段浅埋两种情况。常用的施工方法有
1、明挖法、地下连续墙法、盖挖法、浅埋暗挖法及盾构法等。
1、明挖法是指挖开地面，由上向下开挖土石方至设计标高后，自基底由下向上顺作施工，完成隧道主体结构，最后回填基坑或恢复地面的施工方法。
2、盖挖法是由地面向下开挖至一定深度后，将顶部封闭，其余的下部的工程在封闭的顶盖下进行施工，主体结构可以顺作，也可逆作，盖挖法施工主要有以下几种类型：盖挖顺作法；盖挖逆作法。盖挖半逆作法；盖挖顺作法与盖挖逆作法的组合（浅埋暗挖法则是在特定条件下），不挖开地面，全部在地下进行开挖和修筑衬砌结构的隧
道施工方法。
3、隧道工程采用盾构法在软弱地质条件下进行暗挖法施工已很普遍，当然也可适用于浅埋隧道的施工。修建浅埋地段隧道有时因周围环境等要求须采用暗挖法施工，称为浅埋暗挖法。浅埋暗挖法是参考新奥法的基本原理，开挖中采用多种辅助施工措施加固围岩，充分调动围岩的自承能力，开挖后即时支护，封闭成环，使其与围岩共同作用形成联合支护体系，有效地抑制围岩过大变形的一种综合施工技术。采用浅埋暗挖法应与明挖法、盖挖法、盾构法等施工方法，进行经济、技术及环境因素等方面的分析比较。
4、沉管法也称预制管段沉放法，简单地说就是先在干坞中或船台上预制大型混凝土箱形构件或是混凝土和钢的组合箱形构件，并于两端用临时隔墙封闭，舾装好拖运、定位等设备，然后将这些构件浮运沉放在河床上预先浚挖好的沟槽中并联接起来，最后回填砂石并拆除隔墙形成隧道。悬浮隧道是沉管隧道的一种特殊形式，其特殊性表现在沉管管段不是埋在河底沟槽内，而是悬浮于水中，隧道用锚索锚固于一定间隔的海底锚座上，锚索另一端则通过各固定在隧道上的套环与隧道主体结构相连。沉管技术在本世纪经历过多次革新。1958年古巴哈瓦那建成第一座完全预应力的沉管隧道；荷兰于60年代发明了举世闻名的吉那止水带，使得水力压接法更加简洁有效，这是管段水下连接的重大革新。在基础处理技术方面，丹麦于40年代发明出喷砂法；瑞典于60年代首先成功采用灌囊法，荷兰在70年代发明了更为先进的压砂法，这是沉埋技术中的又一项重大革新；日本在70年代推出压注混凝土法和压浆法。此外，日本在接头抗震方面也取得不少进展，过去在地震区修建隧道时，对地震缺乏特别的预防措施，而现在设计的接头处可以有相当挠度和纵向位移，在允许范围内对沉陷和温度影响也采取了类似的措施。近年来，随着现代科学技术的发展，激光测量仪、电子定位系统等先进设备已应用于施工中，使得沉管隧道质量更加优良，同时工期大大缩短。在我国，香港和台湾借助国外
先进技术共已建成四条沉管隧道，中国大陆第一条沉管道路隧道—广州珠江隧道已于1993年底通车，此外，宁波甬江隧道也已建成。我国目前的沉管隧道设计及施工技术还处在积累经验阶段，但我国经济的迅猛发展为其进一步发展创造了良好的条件。
5、顶管隧道是公路与铁路构成立体交叉的一种特殊构造物。是在不中断既有铁路线交通的条件下，确保铁路交通能照常安全运行；不影响或较小影响列车车速的一种构筑立体交叉的方式，是把在线路一侧基坑内预制好的钢筋混凝土箱涵，用顶进施工方法穿越铁路，与铁路构成的立体交叉。以这种方式建成的结构称为顶管隧道，或称顶进箱涵桥。这种方式还可运用于建造穿越铁路的过水涵管、水渠以及矿山排洪沟等。用电算程序取代了繁杂的手算工作，缩短了设计周期。箱涵的横断面形式也由单孔、双孔及三孔的一次顶进，发展到用单孔组合成分离式双孔、三孔等不同形式。还相应地改良了顶进设备，改变顶进工艺，减小设备功率、从而达到节省投资的目的。在施工方法上也变得多样化，由单一的“顶”演变到对顶、顶拉、牵引等多种方式，在采用中继千斤顶设施后大幅度地降低了传到后背上的反顶力。此外，还在减摩措施上得到进展，把顶力减少到相当低的程度。
6、盾构法施工是以盾构这种施工机械在地面以下暗挖隧道的一种施工方法。盾构是一个既可以支承地层压力又可以在地层中推进的活动钢筒结构。钢筒的前端设置有支撑和开挖土体的装置，钢筒的中段安装有顶进所需千斤顶；钢筒尾部可以拼装预制或现浇隧道衬砌环。盾构每推进一环距离，应在盾尾支护下拼装（或现浇）一环衬砌，并向衬砌环外围的空隙中压注水泥砂浆，以防止隧道及地面下沉。盾构推进的反力由衬砌环承担。盾构施工前应先修建一竖井，在竖井处安装盾构，盾构开挖出的土体由竖井通道送出地面。盾构施工法之所以能在各国迅速发展，主要是它具有以下优点：
1、可在盾构支护下安全地开挖、衬砌。
2、掘进速度快。盾构的推进、出土、拼装衬砌等全过程可实现机械化、自动化作
业，施工劳动强度低。
3、施工时不影响地面交通与设施，穿越河道时不影响航运。
4、施工中不受季节，风雨等气候条件影响。
5、施工中没有噪声和振动，对周围环境没有干扰。
6、在松软含水地层中修建埋深较大的长隧道往往具有技术和经济方面的优越性。21世纪是信息技术突飞猛进的时代,隧道工程建设也必将朝着信息化设计与施工的方向发展。目前,土木工程中计算机的应用可以划分为四个层次哪,第一层次是应用一些通用软件,如:DOS、WINDOWS、OFFICE、AUTOCAD等;第二层次是一些设计和施工中的专用软件,如;PKPM、ZD一
6、FLAC、ANSYS、概预算软件等;第三层次是使用综合性施工软件或系统;第四层次是集成化的设计施工系统。目前开发应用的一些地下工程应用软件,大多数停留在第二层次和第三层次,而且在许多方面也有待于完善。研制开发适应新时期隧道工程建设的各种实时、快捷、准确和网络化的实用软件,己是必然趋势。近年来,工程监测技术不断朝自动化、网络化、数字化(可视化)和实时快速化的方向发展。随着监测技术、通讯技术、网络技术、自动化技术和计算机技术的不断发展,研制开发信息化设计与施工网络系统也势在必行。该系统的主要目标是利用监测技术、通信技术、计算机技术、网络及隧道设计、施工与管理技术建立一个集信息采集、分析处理、信息反馈为一体的局域网络,并通过Intemet实现业主方、监理方、设计方与施工方之间的信息通讯以及对建设工程的实时监控等。这些系统的开发与应用必将对隧道工程建设的日趋规范化、信息化水平和建设效率的提高有重要的促进作用。
参考文献
[1]冯卫星主编.铁路隧道设计.成都：西南交通大学出版社，2005.[2]黄成光主编.公路隧道.交通普通中等专业学校内部试用教材2008.[3]刘建航等编著.盾构法隧道.北京：中国铁道出版社，1997.
[4]铁道部基建总局编.铁路隧道新奥法指南.北京：中国铁道出版社，2007.[5]铁道隧道光面爆破技术规则.北京，中国铁道出版社，2008.
