长大山岭隧道施工技术简论摘要结合已建和在建隧道，论述下列内容：1.采用钻爆法开挖隧道的施工方法，例如，开挖方式，爆破技术，施工监测，防水等。
2.产生岩爆的原因，岩爆的危害，岩爆可能在何种岩石条件下发生，怎样预防和控制岩爆？3.关于浅埋软岩大跨度隧道，论述了长管棚法，钢格栅支撑，地表注浆和锚栓加固等方法。
其施工技术要点可以总结为：小扰动；及时喷锚；强支撑；早闭合；勤测量。
4.总结了钻爆法的适用机械及其发展方向。
5.介绍TBM在中国的使用实例，将TBM法和钻爆法做了对比分析。
关键词山岭隧道钻爆法TBM岩爆喷锚支护中国是一个多山岭的国家，在修建铁路、公路时，不可避免地要修建隧道。
在早期，中国所修长大隧道很少，近年来，随着国力和技术水平的提高，越来越多的长大隧道已建成并投入运营。
本文结合几座已建隧道，例如：大瑶山隧道，秦岭公路隧道，秦岭铁路隧道，长梁山隧道等，对中国的长大山岭隧道施工技术的发展予以简要的回顾。
1. 长大山岭隧道的发展概况在中华人民共和国成立以前，中国的公路和铁路线上仅有少量的隧道。
1949年，隧道在铁路线上所占的百分比仅为0.46%，现在，隧道占铁路长度的百分比已经超过10%，在公路建设方面，隧道占公路长度的百分比也在大幅度地增长。
根据统计资料，到2000年底，中国已经建成624.3km公路隧道，并且超过2300km铁路隧道已经投入运营。
这些隧道大部分都采用钻爆法设计和施工。
在长大山岭隧道方面，随着国家的改革和开放，也有了迅猛的发展，长度超过!"-. 的隧道越来越多，其典型施工实例如下：（1）京广铁路大瑶山隧道（图1）大瑶山隧道位于京广铁路衡广复线上，全长为14.295km，是中国当时最长的隧道。
隧道处于构造运动强烈、地质构造复杂的地段，施工中遇到10多条较大的断层，其中以9号断层的规模为最大，出现的坍方也最多。
在隧道断层的开挖中，因为大量的突然涌水和涌砂，并且断层泥和软岩遇水软化，岩体是非常破碎和容易坍塌的。
因此不得不采用半断面开挖，钢拱架支撑，管棚，注浆等施工方法和措施。
在一般地段的掘进中，采用四臂台车，模板台车，装载机和高效率的运输机械等施工机具实现全断面开挖。
（2）西安至安康公路秦岭隧道图1 京广铁路大瑶山隧道（尺寸单位：cm）图2 西康铁路秦岭隧道（尺寸单位：mm）其总长度为18.02km，并且正常限界是11.2m，根据地质调查，施工中将会遇到许多断层，其岩体也是非常坚硬的。
目前，试验段正在采用钻爆法进行，已经出现岩爆现象。
（3）西康铁路秦岭隧道秦岭隧道（图2）该隧道位于西安至安康铁路线上，由I线、II线两座单线隧道组成，长18.4km，是中国目前已建成的最长的隧道。
隧道地质结构复杂，存在主要断层13条，其中断层宽度超过100m的有5条。
一般地段岩石抗压强度在100~200MPa。
I线隧道采用直径为8.8m的TBM施工，II线隧道先期采用钻爆法大断面平导施工，待I线隧道建成后再扩挖和衬砌。
在II线隧道的施工中，遭遇到岩爆的影响，采用压力是通风方式，最长通风距离达6200m。
（4）朔黄铁路长梁山隧道长梁山隧道位于山西朔州至黄花港铁路线上，全长为12.780km，属双线隧道。
隧道埋深最大为300m，最小为23m。
隧道通过大小断层约33条，底下水非常丰富，尤其是断层破碎带底下水较为丰富，属基岩裂隙水和断层带水。
隧道经过区域大部分为软弱围岩。
其开挖采用钻爆法施工，压力式通风，上半断面开挖，钢拱架注浆等措施。
（5）广州高速公路白云山隧道（图3）白云山隧道是一座浅埋特大跨度隧道，全长242m，其埋深均在40m以下，最小埋深仅2~3m，一般地段埋深在20m以下，围岩一般比较软弱。
隧道设计为带中墙的双跨连拱结构，单跨内净宽13.82m双跨内净宽30.01m，双跨结构最大宽度31.51m，中墙厚2.37m。
其采用钻爆法开挖。
图3 广州高速公路白云山隧道（尺寸单位：cm）2. 长大山岭隧道的施工技术特点和机械设备2.1 钻爆法（1）钻爆法的要点钻爆法仍然是目前中国应用最广、最成熟的隧道施工方法。
大瑶山隧道、秦岭铁路-- 线隧道、白云山隧道等都是采用钻爆法施工的。
根据地质水文条件和截面尺寸，隧道开挖能采用各种不同的开挖方法，例如：上下导坑先拱后墙法，下导坑先拱后墙法，反台阶法，正台阶法，全断面开挖法，半断面开挖法，逆衬砌法，复合衬砌法（新奥法），侧壁导坑法等。
对于爆破，有光面爆破，浅层爆破，预裂爆破等技术。
对于初期岩石支护，有喷浆，挂网、钢拱架等支护方法。
及时测量和信息反馈常用来监测施工安全并验证岩石支护措施是否合理。
防水基本采用截、堵、排几种方法，其中在喷射混凝土内表面张挂聚乙烯或聚氯乙烯板，然后再灌注二次混凝土衬砌被认为是一种效果良好的堵漏措施。
钻爆法施工的的全过程可以概括为：钻爆，装载、出碴，喷锚支护，灌注衬砌。
在通过不良地质时，常采用注浆、通风和排水等辅助措施。
（2）施工通风在多数长隧道的掘进施工时，往往采用辅助导坑，其目的是加快施工进度、解决通风、排水、供电等问题，而且一般对解决通风问题是非常有效的。
而且一般单头通风的距离大约在2~3km。
在西康铁路秦岭II线隧道的平导施工中，曾创造了单风机独头管道压入式通风6200m的记录，据此有人认为在修建长度12km以下的隧道时，可以不设辅助导坑，既能加快施工速度，又能大大节省投资。
其主要经验是合理选择配置风机和风管，并严格加强工艺管理，最大限度地减少管道漏风。
秦岭铁路II线隧道的平导施工中，压力式风机和通风管道的选择是：①压力式风机：采用日本产的PF-110SW55型对旋式轴流风机，其主要参数是：风压：4900Pa，风量：1000m3/min，电机功率是55×2kW，外型Ф1.1m。
②风管：采用中国产的Ф1.3m的柔性风管，其具有较高的抗拉强度和较小的拉伸率。
（3）岩爆的起因及其处治措施对于开挖深层硬岩时，有时会遇到岩爆，即在刚开挖的巷道和掌子面上发生一种带有爆震声的岩体开裂，同时伴有岩块弹射或崩落掉块的现象。
岩爆多发生在放炮后数小时内，且往往无明显的前兆，经常会对作业人员和机械造成很大的危害，有时甚至会造成死亡事故。
如在秦岭铁路II线隧道的的硬岩段就曾多次发生岩爆。
一般认为，发生岩爆的岩体多为花岗岩，正长岩，斑岩，闪长岩，辉绿岩，片麻岩，石灰岩等硬脆性的岩石，其岩层完整，埋藏较深，岩体中具有较高的初始应力。
发生岩爆的原因是开挖扰动了岩体的初始应力状态，引起围岩的应力重分布，在岩体应力集中的部位超过了岩体的承受力，聚集的应变能在瞬间释放，使岩块爆裂。
防治岩爆的主要措施为：（1）尽可能地做好地质超前预报；（2）采用光面爆破，使开挖轮廓圆顺，避免应力集中；短进尺、小药量尽可能减小对围岩的扰动；（3）在新爆破的岩面上撒水，增加岩石的湿度以降低岩体的脆性；（4）及时喷锚或加设钢筋网；（5）在岩爆地段超前预钻若干深孔作为空孔，以释放一部分岩体应力；（6）设置大角度超前锚杆，将围岩表面的一部分高应力传递到深层，以减少应力集中；（7）衬砌工序紧跟，形成有效防护，以减少岩爆伤害。
对于长度超过一定限度的隧道，为了保证通风或为了加快施工进度，往往采取辅设横洞、平行导坑、斜井和竖井等施工措施。
2.2 浅埋软岩大跨度隧道的开挖技术浅埋隧道由于地表风化作用，岩质一般比较松软，加之跨度大，结构的施工安全尤为重要，需采取比较特殊的措施处理。
（1）长管棚注浆法在两端洞口段埋深较浅处，根据需要在拱部打入一定长度和间距的带孔钢管，为保证钢管的打设精度，在洞门墙范围内拱部模注衬砌的外缘，设置沿纵向一定长度的钢架混凝土套拱作为导向墙。
钢管打入后，在其中压注水泥—水玻璃或其它化学浆液，注浆结束后，在钢管内以水泥砂浆填充，形成一定强度和刚度的洞口预支护。
（2）大断面格栅钢架支护根据钢格栅与喷锚结合后承载力检算结果，决定钢格栅的结构尺寸及间距，设置格栅钢架支护。
格栅钢架在洞外分片预制，洞内拼装连接。
（3）地表砂浆锚杆加固在洞口段埋深很浅地段和洞身偏压地段，可以采用地表砂浆锚杆预加固。
地表锚杆一般深入拱部开挖轮廓线以外约50~60mm，两侧边墙部位的锚杆深入破裂面以下。
（4）断面开挖顺序浅埋软岩大跨度隧道开挖宜采用三导坑半断面先墙后拱法，微振爆破，短进尺，并随时跟进衬砌和支护。
浅埋软岩大跨度隧道的施工要点可以概括为：①小扰动，②快喷锚，③强支护，④早封闭，⑤勤测量。
上述施工方法所用机械主要是：钻孔一般用三臂或四臂台车；装碴一般用装碴机；运输分汽车或轨道电瓶车两种；喷射混凝土用喷射机（分干喷、湿喷和潮喷等），衬砌混凝土已比较多地使用模板台车。
2.3“TBM”法近年来，中国在长大山岭隧道和水下隧道已开始使用“TBM”法，如西康铁路I线隧道就采用从美国进口的2台敞开式“TBN”进行施工，其直径为Ф8.8m，设计月进度为350m，实际月进度最快约500余m，平均月进度接近350m，基本与设计月进度相吻合，而施工速度大大超过钻爆法。
之后，在西安—南京铁路磨沟岭隧道和桃花铺隧道也采用此“TBM”进行施工。
就目前而言，其相对每m的掘进成本还比钻爆法高，但相信随着在长大隧道的使用中不断摸索和经验积累，特别是在将来机械国产化后，这种方法会越来越显示出其应有的优越性。
3.“TBM”法与钻爆法的比较（1）“TBM”法在合适断面的隧道施工时其超挖量较钻爆法小。
（2）“TBM”法在开挖速度上较钻爆法有绝对的优势。
（3）“TBM”法较钻爆法使用劳动力少得多，作业强度也小，但要求工人技术素质较高。
（4）“TBM”法较钻爆法前期准备时间长，对沿线进场道路、桥梁的承载力要求高。
（5）“TBN钻爆法在减少粉尘和毒气方面较优。
（6）关于两种方法的适用隧道长度而言，就目前的工程实践看，一般认为隧道长度超过3000m或更长时使用“TBN”为宜，而3000m以下的隧道还以钻爆法施工为宜。
（7）就中国目前使用的“TBN”而言，其单位长度掘进的费用还比钻爆法高。
（8）“TBN”的搬迁费用远比钻爆法所用机械高。
综上所述，根据中国的国情，目前还不可能大量进口“TBN”，所以在当前和今后一段时间内，还会以钻爆法为主开挖隧道，当然，随着“TBM”性能的不断改进，适应性的不断提高，以及对工人劳动保护要求的提高，“TBN”将会越来越多地地应用在中国的隧道建设上。
参考文献Wang Mengshu, General Description of Construction of Tunnel and Underground Works in Chinam International Tunneling Symposium, 1996。
