公路隧道品质工程与科技进步-蒋树屏

作者:信息来源: 发布时间:2017-08-25 11:18:00

 

  一、隧道品质的总体评价 

  品质( Quality),既指工程物体的外表美观,又指内部材质的耐久特性,还反映制作过程中的精细程度。就隧道的构筑方法而言,有山岭钻爆法隧道、机械盾构法隧道、预制沉管法隧道。就钻爆法隧道而言,既有山体开挖洞腔围岩稳定、地下水防水与排水系统、围岩注浆加固-止水、锚杆-喷射混凝土-钢支撑支护等内部(隐蔽)工程的品质问题,又有洞口工程、洞身衬砌工程、边侧共同沟、路面工程以及交通工程附属设施等外部工程的品质问题。以上每个环节都具有优良品质,即为隧道精品工程。 

  我国是一个山脉多、水域宽的国家,公路交通发展必然遇到大量隧道及其技术问题。截止2015年底,我国大陆已建成公路隧道14006座,总里程长12683.9千米,同比净增1602座,净增1927.2千米,其增长率分别为11.4%15.2%,隧道里程增长率高于高速公路本身增长率六个百分点。这表明:公路路网正向崇山峻岭、离岸深水两头延伸,建设-环保并重的理念越来越深入人心,公路建设用地更加注重节约,自然环境的制约因素越来越严,人们更加重视隧道的交通作用和建设技术。我国已建成世界最长双洞高速公路隧道秦岭终南山隧道等超长山岭隧道(如表1)、上海崇明通道水下隧道、南京、武汉越江通道水下隧道等大直径盾构隧道,以及上海、南昌等地江底隧道和即将完成的港珠澳通道海底隧道等宽体沉管隧道(如表2),长度10公里以上的公路隧道已达十余座,成为世界隧道大国。这些在役隧道经过较长时间的运营检验,表明工程品质良好、使用功能如初、养护维修合理,实现了当初确定的安全、质量、环保、节能、经济综合建设目标,是品质工程的客观存在。 

  二、科技进步的支撑作用 

  近三十年来,为追求工程品质和工程创新,公路隧道科技、设计、施工、监理和管理工作者努力进取,通过大量的科技探索与工程实践,公路隧道在地质勘察、支护结构、围岩稳定、防水排水、通风照明、防火减灾、交通监控、运营管理等八个方面取得了长足的科技进步,获得创新性科技成果,例如:①断层、岩溶、富水、瓦斯、黄土、高海拔等复杂环境修建技术;②大跨、小净距、连拱、分岔、立交、螺旋、半隧道-棚洞等非常规技术;③耐震、围岩荷载与分级等设计理论方法;④隧道地质超前预报与信息化设计与施工;⑤特长隧道(群)通风、防灾和监控技术;⑥公路隧道结构运营健康监控和诊断技术;⑦LED与新型能源照明等新材料与新方法;⑧超大断面盾构隧道设计与施工技术;⑨海洋环境沉管隧道管节制作、出坞、浮运、沉放与对接技术等方面。一些制约建设运营的技术瓶颈取得突破。这些科技进步有效地提高了隧道工程品质水平。

1 公路隧道品质工程  

  同时,科技进步推动了技术标准化工作。这二十多年来,我们编制或修订了《公路隧道设计规范》、《公路隧道施工技术规范》、《公路隧道通风照明规范》、《公路隧道交通工程规范》、《公路隧道养护技术规范》等10多部交通行业规范或细则,建立起公路隧道的技术与标准体系。这些《技术规范》对提高公路隧道科技水平和工程品质发挥了重要作用;还加大了实验室等科技平台的建设力度,建成公路隧道建设技术国家工程实验室、隧道建设与养护技术交通行业重点实验室、“交通运输行业长大隧道建设与养护技术”协同创新平台,为行业开展公路隧道科学试验和技术开发打下了基础。从总体上讲,交通行业建立起了公路隧道规划-勘设-施工-运营-养护成套技术体系,实现了跨越式发展。 

  三、防灾对策与品质影响 

  然而,隧道工程经常遭遇坍塌、岩爆、涌水、突泥、岩溶、滑动、瓦斯、火灾、地震、暴雨等十种灾害的威胁,其中的坍塌、涌水、突泥更是隧道安全生产与品质工程的“主要杀手”,尤其坍塌对隧道内部品质的负面影响大。据不完全网上调查,1999至今,我国大陆公路、铁路、地铁、水工等领域的隧道或隧洞共发生恶性坍塌事故118起,造成人员死亡311人,受伤309人,共计620人。在坍塌事故中,公路隧道为57起,占48%。近年来,公路隧道围岩坍塌事故有增多的趋势,2013年发生8起,2014年发生10起,2015年发生6起,2016年发生9起,隧道安全形势严峻。为此,国家安全监管总局、交通运输部、国务院国资委、国家铁路局于20149月下发了《关于印发隧道施工安全九条规定》,第四条要求“监控量(探)测数据超标必须立即停工撤人,严禁冒险施工作业;必须落实超前水文地质探测预报各项规定”。《公路隧道设计规范》亦指出:隧道土建设计应体现动态设计与信息化施工的思想,制定地质观察和监控量测的总体方案;地质条件复杂的隧道,应制定地质预测方案,及时评判支护结构设计的合理性,调整支护参数和施工方案。通过动态设计使支护结构适应于围岩实际情况,更加安全、经济。《公路隧道施工技术规范》也对隧道信息化施工作出规定。 

  围岩,既是隧道的荷载源又是承载体,它的稳定程度是影响隧道建筑成形的关键。围岩稳定是隧道工程的灵魂,围岩稳定技术是隧道工程的核心技术,而量测或探查围岩稳定度的现场监控量测、参数反分析以及地质预报等则是隧道的前沿技术,几乎每个隧道项目都要求开展监测工作,量大面广。为此,近年来工程师与学者取得不少研究成果:从量测手段、材料工具、测点位置、数据管理到变形警戒线;从参数反演、本构反演、位移反演、应力反演、确定性反分析、非确定性反分析到监控量测与围岩分级联合分析方法;从超前钻孔、地质雷达、红外探测、TSP法、高密度电阻率法到激发激化定量探测地下水综合方法,信息化设计施工水平到达一个新的高度。然而,由于地层地质复杂,使得人们对围岩坍塌的随机性、模糊性及不可预见性认识不够充分。防止坍塌,是确保隧道内部品质的重要环节。 

  隧道主要防减灾技术对策以下为例: 

  1. A隧道地层为硬质凝灰岩,变形量为1mm以内,其右线出口K7+580m的地方在没有任何预兆的情况下突然出现坍塌,施工作业人员被困于开挖面与坍塌体之间(后获救)。分析工程原因为:节理发育,脆性破坏,塑区深厚;初支不强,挖面过大,二衬滞后。作者提出:(1)加密监测,重视增量,及时反馈;(2)增长锚杆,灌浆饱满,托钣锁口;(3)做好支撑,刚度适宜,喷层贴壁;(4)优化开挖,增大矢跨,二衬跟上等技术对策。 

  2. 我国不少深埋特长隧道发生过岩爆,对岩爆的主要技术对策:(1)调整钻爆设计,提高光面爆破效果,改善洞壁应力条件,降低爆破动应力场的叠加,降低岩爆频率与强度;(2)对掌子面和洞壁经常喷撒水,必要时可向掌子面高压注水,以软化岩体降低其强度;(3)在施工过程中,爆破开挖采用短进尺、多循环,以改善围岩的应力状态,减少岩爆的发生;(4)当岩爆轻微或中等时,可全断面开挖,当岩爆强烈或剧烈时,可分两部开挖,以降低岩爆破坏程度;(5)岩爆区段系统锚杆不宜过长,一般控制在2~3m,但其安设密度要求较大,即“短杆密布”,并呈梅花型布置;(6)轻微或中等岩爆区段,采用素喷射混凝土即可;强烈或剧烈岩爆区段,可采用纤维喷层;(7)钢筋网在施作锚杆后立即安置,钢筋网宜采取挂“整体网”的方法,钢架架设间距不宜过密;(8)在估计有岩爆的地段,不得在爆破后立即进入开挖面附近,应设立观察时间;(9)通过观察(一听响声,二看位置,三看方向)找出岩爆发生的前兆,逐步积累经验;(10)开展岩爆预测,预报其位置与规模。简言之,应改善围岩、加固围岩、安全防护。 

  作者通过岩爆与坍塌的对比研究分析,似具有以下八个特点:(1)岩爆呈压应力剪切破坏形态,飞溅下的岩块(呈片状剥落)具有冲击力,脱离母岩不会很深,但面较宽;而坍塌呈拉应力破坏形态,坍体不具冲击力,但脱离母岩可能很深,甚至冒顶,两者形态不同。(2)岩爆具有客观性,无论工程施工多么合理,地层只要构成岩爆机理,就难以避免;坍塌则不然,只要开挖方法妥当,支护合理,是可以避免的。(3)岩爆具有突发性,征兆不明显,即便采取周密的监控量测也似难以察觉;而坍塌是可以观察到的,无论是围岩松弛还是断层张裂,均有较明显的演化过程。(4)岩爆具有多次性,变形能量的释放往往要几次才完成,因此在同一部位经常反复发生岩爆,规模较大的可能持续几天时间;而坍塌大多为一次完成。(5)岩爆具有快速性,岩爆在施工爆破后较短时间内发生,多在开挖面附近发生,个别的距开挖面较远,常见的岩爆部位以拱部或拱腰部位为多,岩爆在开挖后陆续出现,多在爆破后的2h~3h24h内最为明显;而坍塌则在时间与空间二方面相对滞后。(6)岩爆发生部的周围无松弛,只处理岩爆坑即可;而坍塌发生后其周围可能已松动,加固处治的范围较宽。(7)在一般情况下,有地下水则无岩爆;而地下水对坍塌有催化作用。(8)岩爆发生与否与隧道开挖断面大小和形状相关性较低;而坍塌发生与否与隧道断面大小和形状显著相关。 

  3. B隧道发生突涌泥(隧道内“泥石流”);C隧道发生地表塌陷,出口左幅突涌泥,涌出堆积体长约29m,高1.5m~3.5m。分析工程原因为:岩溶充填,管道深远,压力聚集;地调失察,洞壁失稳,二衬未作。作者提出:(1)加强地勘,重视监测,早期发现;(2)注浆加固,集水减压,及时封闭;(3)加强支撑,提高刚度,二衬跟上等技术对策。 

  4. D隧道涌突地下水,昼夜6万方;E隧道发生涌水,最大涌水量3800m3/h。分析工程原因为:岩溶水丰富,向斜构造,水压聚集;承压水位高,地表连通,补给性好。作者提出:(1)加强地勘,查明水源,做好预案;(2)施工探水,超前减压,搞好引排;(3)收集散水,液固分离,注重两隅;(4)注浆止水,有限排放,保护环境等技术对策。还针对大涌水量特长隧道,为保护地表环境,提出:隧道外水压折减方法、按级配洞渣对溶洞进行复合回填方法等,解决了既保持溶腔稳定又留有排水通道的问题。 

  5. 关于溶洞处治,可采取以下技术措施:(1)遇到暗河或溶洞有水流时,宜排不宜堵,在查明水源流向及其与隧道位置的关系后,用暗管、涵洞、小桥等将水排除洞外。(2) 当岩溶水流的位置在隧道顶部或高于隧道顶部时,应在适当距离处,开凿引水斜洞(或引水槽)将水位降低至隧底标高以下再行引排,亦可将水引入平行导坑排出。(3)对已停止发育、跨径较小、无水的溶洞,可根据其与隧道相交的位置及其充填情况,采用混凝土、浆砌片石或干砌片石予以回填封闭,或加深边墙基础,加固隧道底部。(4)当隧道拱顶部有空溶洞时,可视溶洞的岩石破碎程度在溶洞顶部采用锚杆加固,并加设隧道护拱及拱顶回填的办法处治。(5)当溶洞较大较深或充填物松软不能承载隧道结构时,可采用梁、拱跨越,跨越的梁端或拱座应置于稳固可靠的岩层上,用灌筑混凝土加固;遇特大溶洞时,亦可采取明洞结构形式。(6)当溶洞很大,地质复杂的情况,隧道衬砌可采用拉杆拱、边墙梁结构;有条件时,可采用锚索对溶洞与隧道连接处进行加固。 

  6. H隧道发生山体滑动与隧道洞口段坍塌。分析工程原因为:洞口段山体滑动与隧道开挖相互作用;采用台阶法开挖引起拱顶沉降与地层偏压;在先行洞未施作仰拱和衬砌时开挖后行洞;在不良地层浅埋条件下隧道两洞过近,难以成拱。 

  7. G隧道开挖爆破后紧接着发生了两次爆炸,并在掌子面附近引起燃烧现象,瓦斯浓度最高达到65%。甲烷瓦斯的比重为0.554,仅占空气的一半,其扩散速度比空气大1.6倍,容易透过裂隙发育、结构松散的岩层。作者提出:(1)确定合理探测方法,制订救援措施;(2)超前导坑开挖,探查种类含量;(3)加强施工通风,稀释瓦斯浓度;(4)采取湿式凿岩,使用毫秒雷管;(5)采取安全措施,训练专门人员;(6)严禁易燃物品,加强巡检等技术对策。 

  采取有效的技术对策以控制各类灾害的发生,可从根本上保障隧道工程的内部品质和外部品质。 

  四、隧道围岩坍塌实例分析 

  某隧道为三车道宽体隧道,最大埋深120m,坍塌段为Ⅴ级围岩,该坍塌段后沿距洞口约135m,坍塌段长约26m,坍塌段前沿距开挖掌子面约145m,坍塌段埋深约50m,坍塌至地面,为冒顶塌方,塌方体约5000m3,正在洞内作业的工人被关在洞内,后获救。 

  1. 经现场调查分析,导致坍塌事故的地质原因和直接工程原因为: 

  1)塌方段地层地质条件差,为全-强风化花岗岩,结构松散,物理力学性质差,围岩自身成洞能力弱;且洞埋浅,有偏压。 

  2)围岩变形大,已侵入限界,需要扩挖。在未对围岩采取有力加固措施的状况下实施拆除支撑钢架作业,导致拱部围岩松弛变形增大(99天后换拱时增至30cm~60cm)。 

  3)实际进入围岩支护工作状态的锚、喷、撑、固等初期支护工程较弱。 

  4)二次衬砌施作的时间和空间滞后,仅靠初期支护来承受围岩压力的时间过长,超过初支的有效支撑能力,导致拱顶下沉。 

  5)对不良地质三车道大跨隧道采用台阶法开挖,致使一次性开挖跨度过大,导致拱部发生松动。 

  交通运输部办公厅《关于深入开展公路桥梁和隧道工程施工安全专项整治工作的通知》中规定“(二)严格规范开挖和衬砌施工,必须按照设计施做锚杆、拱架、仰拱及初喷等工序并留有影像资料,严禁不设、少设锚杆或拱架,及开挖面与仰拱、二衬安全距离过长”。该隧道二次衬砌浇筑在空间上滞后掌子面171m,在时间上滞后105天。这违反《通知》的规定。 

  《公路隧道施工技术规范》(JTG F608.3节对锚杆施工和质量检查有若干规定,锚杆数量、规格、长度及砂浆握裹等应满足规范要求。该隧道洞身有关段落锚杆施工记录表,锚杆安设草图与实际开挖方法不符;未见塌方地段安设了径向系统锚杆的影像证据,可判断未设或少设了锚杆。这不满足《规范》对Ⅴ级围岩锚杆数量的要求。 

  《该隧道换拱专项施工方案》要求“对已换拱段,必须及时、分段进行衬砌”、“为保证开挖及换拱中人员及设备安全,防止岩体受力太大而坍塌,对拱部采用φ42mmL=4.5m小导管注浆”等。查ZK131+870~ZK131+880换拱前仅仅施作了竖向临时支撑,未严格施作导管注浆,对围岩的预加固不力;未及时施作衬砌。分析认为:换拱施工是隧道高风险作业,极易引发坍塌,所实施的竖向临时支撑未能有效抵抗围岩压力。 

  2. 导致坍塌事故的间接原因为: 

  1)在塌方发生前夕降雨增多,加大浅埋地层自重,加速了大跨隧道围岩失稳。据当地《气象报告》,该时段该地区总降水量为69.6mm,与常年同期相比偏多8成,雨日较常年同期偏多7天。降水集中,雨量43.0 mm,与常年同期相比偏多6倍。 

  2)围岩位移监控量测与隧道施工的衔接配合紧密度不够,未能及时、准确反映围岩动态变化。《通知》要求“(三)严格做好超前地质预报和监控量测,必须及时掌握围岩变形和收敛情况,出现异常情况立即撤出人员,严禁降低监控量测频率及编造超前预报报告”。该隧道换拱地段作业时未进行(拱顶下沉量)围岩监控量测,即换拱引起的围岩变形动态没有掌控。分析认为:在Ⅴ级围岩地段开挖隧道,围岩形变敏感度非常高,尤其换拱之际,围岩再次扰动,容易导致围岩变形增大,这时监控量测工作极为重要,监控量测与施工作业两个环节的紧密配合极为重要。 

  3)对围岩稳定的重要性认识不足,与监控量测工作相互配合不力。分析认为:如果施工单位在换拱时主动配合监测工作,为实施拱顶沉降量测作业提供帮助,及时消除量测作业的障碍,同时增大监测频率并仔细分析变形速率,则能够实现坍塌预报,避免灾害的发生。 

  4)有关单位质量保证体系及安全保证体系不够详细、具体;施工过程中的《开挖质量自检表》、《锚杆质量自检表》、《钢支撑质量自检表》等资料,与现场实际施作情况不尽相同。同时,对该隧道工程尤其是隐蔽性分项工程的数量、质量和位置等监理旁站工作不到位。 

  5)该隧道采取作业台架作为临时支撑来实施换拱。分析认为:该临时支撑提供的支护强度、刚度和稳定性都难以满足换拱所需要的要求,方法不妥。 

  3. 防灾管理 

  1)该隧道施工自评坍塌风险指数P=6.37,风险等级为2级,“事故可能性描述”为偶然发生。分析认为:从这次坍塌事故来看,这一风险评估结论与《设计文件》的地勘结论存在较大差异,坍塌风险评估偏低,这导致施工管理层及有关方对防止坍塌重视不够,预防措施不力。如果按地质差、跨度大等因素综合考虑,将风险等级定为3级(可能发生)或4级(很可能发生),则会引起各方高度重视,加大防止坍塌措施。 

  2)《规定》(国九条)要求:“七、必须按照规定设置逃生通道,严禁在安全设施不到位的情况下施工作业”。《通知》亦要求:“(五)严格落实应急救援物资配备要求,开挖面至二次衬砌之间必须设置救生通道及应急包,…,严禁无逃生通道施工作业”。该隧道所设逃生管直径60cm,长30m,逃生管前端距开挖掌子面20m,即逃生距离50m,距二次衬砌还差121m,不满足规定。分析认为:造成这一情况,一是逃生管本身偏短,二是二次衬砌滞后,导致已设逃生管无用。而隧道内既设的供水管(φ100mm)、供风管(φ250mm)在施救中持续供风供氧,发挥了很好的作用。 

  4. 防范措施 

  1)加强项目安全管理,健全规章制度,层层落实安全生产责任,消除安全管理死角,切实提高项目安全生产水平。 

  2)开挖方法与围岩稳定——公路隧道为扁坦状隧道,台阶法开挖时的阶长与阶高、下台阶落底开挖的时机、边墙跳槽开挖的宽度等因素极大地影响着围岩稳定,地质结构松散、节理发育或高地应力的隧道其影响敏感度尤为显著。应按有关规定取值,并预先实施试验性开挖,确保开挖时围岩处于稳定状态。当三车道隧道Ⅴ级围岩地段或Ⅳ级围岩有水地段开挖时,应采取双侧壁导坑法或单侧壁导坑法(CDCRD工法)。 

  3)初期支护与围岩稳定——锚杆/锚管、喷层、钢网、支架等构成隧道初期支护,对控制围岩初期变形、防止坍塌发挥主要作用。锚杆插入围岩深部,通过握裹砂浆加固围岩,能提高其成拱能力,保持围岩稳定。应按设计要求的数量、长度与位置,认真施作。为提高对围岩的锚固作用,宜加设锚杆端部托钣。 

  4)监控量测与围岩稳定——开挖过程中应知晓围岩稳定程度,必须实施监控量测,必要时要增加地质超前预报;其监测的测点位置、频率和项目应按规定执行;当地质变化大、工法转换、下台阶开挖之际应增加量测频次。当围岩变形骤然增大时应稳妥或暂停开挖作业,当变形增量趋稳时方可恢复正常施工。 

  5)钻爆设计的周边炮眼间距与外插角,与控制洞壁超欠挖乃至于二次衬砌厚度有直接关系,应适当加密周边眼间距,以控制好超欠挖,减少围岩应力集中,确保二衬厚度。 

  6)参建各单位应努力提高隧道工程技术进步的水平,加深对围岩稳定重要性的认知度,加大围岩坍塌风险的管控力度,完善防坍应急救援预案和演练,落实相关工程措施,确保隧道施工安全持续可控。 

  总之,为防止坍塌,保持围岩稳定,开挖方法要合理!初期支护要充分!信息反馈要及时!隧道工程的内部品质才有保障! 

  五、隧道洞口品质工程实例 

  工程的优良品质取决于技术、工法、工艺和装备等要素。例如,隧道洞口工程无论《规范》还是设计文件都要求“早进晚出”,然而工法工艺落后,未能很好实现。针对这一问题,作者开发了“前置式洞口工法”,真正实现了零仰坡开挖进洞,提高了隧道洞口工程的环保与品质水平(如图2)。再例如,山区公路建设会产生大量路堑边坡,然而公路路堑高边坡存在①破坏生态植被严重、②抗御自然灾害脆弱、③威胁运营行车安全、④增大养护维修费用等弊端。我们认为,为减少高边坡宜采取顺山高架、明洞回填、半明半隧、棚洞支挡等的技术对策(如图3)。在路线走廊困难地段、沿河岸沟谷地、路线傍山布置地段,构造物应顺应地形,提倡设置棚洞、半隧道,达到保护自然环境和稳定边坡的目的,即:傍山穿行,顺其自然,稳定边坡。为此,作者研究开发了“山区公路大跨异型棚洞结构”,并应用于实际工程,部分地提高了山区公路工程品质(如图4)。 

  品质工程,除了保证工程本身的安全、质量、耐久和美观,还要讲究工程与自然环境的协调、工程与使用功能的协调、工程与人文社会的协调。以上两例仅是一点尝试。 

  

2 隧道洞口品质工程(前置式洞口工法应用例) 

 3 减少高边坡的技术对策 4 山区公路边坡品质工程(半隧道/棚洞结构应用例) 

      六、机械化、装配化、信息化 

  在桥梁工程、盾构隧道和沉管隧道,该“三化”已取得大幅进步,而对于山岭公路隧道,机械化、装配化、信息化的工作较为落后,需要在十三五期大幅推进和提高。“三化”是隧道品质工程的重要保障和前提。 

  (一)机械化方面 

  现状问题——长期以来,我国山岭钻爆法隧道工程施工机械化程度不高,在爆破钻孔、锚杆打设、围岩注浆、混凝土喷射、防水板铺挂、衬砌浇筑、施工通风和出渣运输等方面存在劳动力密集的问题,对人员健康、安全保障、施工效率和工程质量存在不利影响。随着劳动力成本攀升和安全质量环保理念提升,隧道对机械化的需求日益提高,减少隧道开挖面人员、提高机械化程度是重要课题。 

  目标任务——“十三五”期间,应大力引入和应用隧道施工与养护成套机械:提高爆破钻孔和锚杆安设效率的凿岩台车、减少回弹的混凝土喷射机械、实现隧道开挖-支护-衬砌三维数字成像的快速扫描系统、不中断交通的隧道病害车载检查和处治系统。同时,积极开展隧道掘进机(TBM)在山岭隧道开挖中的应用。总体上实现隧道施工主要工序的机械化(如图5)。 

政策措施——在标准规范层面,应对主要工序的机械使用作出引导性规定,以“强制”和“推荐”使用成熟的机械设备,尽可能减少危险工序使用人工的现状;在隧道招投标中,对主要工序施工机械的使用设置强制性条款,并确保主要工序使用机械进行作业;进一步核准主要工序机械作业预算定额,确保机械在使用成本上的优势;通过提高施工品质和安全保障要求,鼓励施工机械领域的科技创新。

 

5 山岭隧道机械化工程例 

  (二)装配化方面 

  现状问题——隧道三大工法中,盾构掘进机法在装配化方面做得最好,作为主要工序的护盾下安全高效开挖、自动或半自动出渣、衬砌工厂化预制-现场自动拼装、全工序一体化等均实现了装配化,其施工效率和施工质量容易得到保障。相比而言,山岭钻爆法隧道衬砌及其构件基本上均为现场浇筑施做,施工环境恶劣,施工质量难以保障;开挖-支护-衬砌被分为相对彼此独立的工序,缺乏配合,施工效率不高,易引发安全事故和质量问题。 

  目标任务——“十三五”期间,应大力引入和提高隧道工序、结构和构件的装配化水平:实现隧道内检修道-电缆沟-水沟整体结构的工厂预制化、现场拼装(如图6);逐步实现衬砌结构的工厂预制化、现场自动拼装技术;采用初期支护喷射混凝土高质量施工技术,避免支护及衬砌背后脱空;研发开挖-支护-衬砌全工序一体化施工平台,提高全工序装配化水平。 

  

6 隧道路侧共同沟-检修道预制化(港珠澳沉管隧道 例) 

  政策措施——在标准规范层面,应对主要构件工厂预制化和衬砌结构预制拼装工程制定引导性规定,同时提高对工程品质的要求,以“强制”和“推荐”采用质量易保障的工厂预制产品;在公路隧道施工招投标中,对主要构件提出工厂化预制使用的强制性条款;进一步核准预制装配化作业的预算定额,确保在使用成本上的优势;通过提高施工质量和安全保障要求,鼓励在预制装配化和作业平台一体化方面的科技创新。 

  (三)信息化方面 

  现状问题——分为施工控制、运营管理信息化两方面。施工监测基本上停留在人工采集数据、室内分析,采集频率低、报警不及时。应采取信息化技术来实现隧道施工安全的全天候监控、数据的实时采集-传输-分析-报警;施工现场、人员和环境的管理存在盲区,隧道施工环境恶劣、事故易发,需采取措施实现监控管理。运营管理方面,虽然配置有较为完善的监控-通信-通风-消防-照明系统,但交通异常自动识别能力较低,机电设施控制水平较低等,其信息化水平还有待提高;同时,低等级公路也应实现运营管理信息化。 

  目标任务——“十三五”期间,应提高隧道施工控制信息化水平,现场普遍采用信息化平台(如图7),实现对施工开挖-支护-衬砌主要工序点的视频监控、洞内人员的准确定位、洞内环境信息(有害气体、CO2O2、温度、湿度等)全天候监控、危险断面和工序转换断面的围岩位移-应力实时数据采集-分析-报警;提高隧道运营管理平台的信息化水平,实现对日常交通流和异常交通流的实时监控-分析-统计-报警等功能等。 

                 

7 隧道围岩信息化工程例 

  政策措施——在标准规范层面,应对施工控制信息化和运营管理信息化作出引导性规定,以“强制”和“推荐”采用信息化管理平台,提高对施工安全和质量、运营效率和安全的保障;在公路隧道施工招投标中,提出采用施工控制信息化平台的强制性条款;在隧道机电设施招投标中,提出高标准运营管理信息化平台的强制性条款;对于采用上述平台的工程给予适当补贴,鼓励在信息化平台方面的科技创新。加大对隧道养护技术管理信息化的投入。 

  总之,面对崇山峻岭、离岸深水,提高隧道工程品质和科技进步还有很长的路要走,这是摆在我们面前的任务和责任。