关键词：光面爆破技术；隧道施工；爆破参数
中图分类号：U45文献标识码：A文章编号：
随着我国建筑事业和交通运输业的发展，隧道工程建设项目日益增多，光面爆破技术在隧道工程施工中的应用也越来越普遍。在隧道工程的实际施工中，光面爆破技术具有明显的优势，它主要是通过确定爆破参数、施工方法和一系列技术措施，对设计开挖断面内的岩体进行正确的钻孔和爆破，使爆破后的断面轮廓整齐有致，将爆破对围岩的损坏降到最低，确保围岩自身的稳定性和完整性，从而达到隧道开挖的效果，最终实现隧道的安全施工。
光面爆破技术的优势
光面爆破技术的应用是基于科学合理的爆破参数、施工方法以及技术措施，通过对隧道周边部位的准确凿岩，达到有效控制岩体开挖轮廓、确保围岩稳定性和完整性的目的。在隧道实际施工过程中，光面爆破具有明显的技术优势，主要表现在：
（1）应用光面爆破技术对隧道进行爆破后，一个平整且光滑的边壁就会在隧道周边部位形成，这样，隧道的断面就会达到设计要求，对于保证围岩自身结构的稳定性和完整性具有重要的作用，也为隧道的维护工作提供了便利。
（2）光面爆破技术在隧道施工中的应用有效的防止了爆破过程中出现的震动对围岩造成的损害，减少围岩裂隙的生成，保持了围岩的稳定性，实现了隧道的安全施工。
（3）由于地下水存在着发育的现象，隧道施工会受到地下水的影响，这就需要在隧道的拱部挂设防水板防水。为了保证防水板与混凝土紧密结合，避免出现空洞的问题，必须做好光面爆破技术，避免隧道出现渗水、漏水的情况，为施工质量提供保障。
（4）应用光面爆破技术有效避免了在隧道施工过程中出现欠挖或超挖的情况，这样就大大节约了欠挖的处理时间和超挖的填料时间，对于加快施工进度、提高施工质量、节约施工成本和时间具有重要意义。
2.光面爆破技术在隧道施工过程中的应用
2.1制定爆破方案
光面爆破方案的制定必须结合工程实际情况，比如工程的地质条件、施工要求等，当工程的实际情况符合进行光面爆破的要求，方可采用光面爆破技术。通常，隧道光面爆破技术主要有全断面一次性开挖和预留光爆层两种方法，这两种方法在隧道施工过程中都具有可行性，但是通过大量的实践得知，预留光爆层的爆破效果要比全断面一次性开挖法的爆破效果更好，在隧道施工中更具有优势。在隧道施工过程中应用光面爆破技术必须坚持一定的原则，必须结合围岩的实际情况对炮孔位置做出合理的布置，还要在施工过程中根据围岩情况的变化优化已确定的爆破参数，进行光面爆破，提高爆破的效果，有效控制隧道开挖断面的轮廓；对于隧道光面爆破施工，必须本着“安全施工”的原则，在保证施工质量的基础上加快施工进度。
2.2确定爆破参数
影响光面爆破的因素繁多且复杂，比如炮眼直径、炮孔间距、光爆层厚度、最小抵抗线、炮眼的角度和深度、周边炮眼的密集程度、周边炮眼深度等，必须合理设定这些参数。
（1）炮眼直径直接关系到隧道施工效率和施工成本，其确定必须考虑围岩岩石的特性、爆破中使用的炸药的性能、施工现场的机械设备情况、施工方案的具体要求等。一般在隧道施工中，常用的炮眼直径为35mm—45mm。
（2）在光面爆破中，炮孔间距即周边眼间距是爆破的重要参数。对于周边眼间距的确定要考虑隧道的跨度，当隧道跨度较大的时候，要适当增加周边眼间距，反之则要减小。坚硬或破碎岩取值小，软质或完整的岩石取值大，合理的周边眼间距能够有效控制爆破轮廓，避免出现超挖和欠挖的情况。在隧道施工爆破中，周边眼间距的确定公式如下：
L=（12—20）d
其中L是指隧道光面爆破的周边眼间距，其取值可为60cm—70cm，如果隧道开挖的曲率较大，岩石对爆破的夹制力较强的时候，可适当调整炮眼间距，将其缩小为45cm—50cm，而装药眼与导向空眼之间的间距不应小于40cm；d为炮眼直径。
（3）最小抵抗线即光面层厚度对隧道光面爆破的影响很大，不仅影响着各周边眼间裂纹的形成，还影响着光面层的破碎以及隧道爆破开挖后围岩的稳定性和完整性。所以，必须保证光面层厚度的确定科学合理性，从而提高光面爆破效果。
（4）光爆层厚度与光面层厚度不同，它是周边眼的最小抵抗线，与隧道开挖断面的大小有直接的联系。当断面的跨度较小的时候，光爆眼受到的夹制力就相对较大，这个时候，可适当减小光爆层的厚度；当断面跨度较大的时候，光爆眼受到的夹制作用会相对小一些，在这种情况下，岩石易塌落，因此，要适当增加光爆层厚度。一般，在隧道施工中，光爆层的厚度取值为0.5m—0.8m。
（5）周边眼密集系数是指周边眼间距与光爆层厚度的比值。周边眼密集系数的大小对光爆效果有较大的影响，因此，必须保证周边眼间距小于光爆层厚度，一般周边眼密集系数取值为0.8—1.0。
2.3施工工艺
隧道光面爆破的施工工艺对爆破效果的影响是非常巨大的，必须确保施工工艺的合理性和科学性。首先，要进行定位放样，确定炮眼的位置，在设置炮眼的时候，必须将炮眼的中线和断面开挖的轮廓线标出来，准确的对所有的炮眼进行标记，尽量减小炮眼间距之间的误差。其次，在确定并标记处炮眼位置后，要钻凿眼孔，在钻凿眼孔的时候，应根据工程的实际情况，按照钻凿标准进行钻凿，操作人员必须具有专业上岗证和丰富的钻凿经验。再次，在安装炸药前，要清理炮眼，之后安装炸药；合理控制装药量，如果周边眼用药量过多，爆破对围岩的震动和损害将会大大提升，也会引起超挖，必然不利于施工；对于炸药的安装须按照爆破设计要求以及炸药安装要求进行，安装人员必须是专业的技术炮工。另外，对于隧道起爆，必须采用正确的起爆方法，有专业人员按照起爆标准和要求操作，确保周边眼同时起爆，否则将可能使围岩产生裂缝，最终破坏断面的平整度，给施工带来安全影响。最后，隧道光面爆破后，要保持隧道通风良好，并经常到隧道爆破现场检查爆破效果，发现问题的时候，要及时制定解决问题的措施，使问题得到有效、可靠的解决。
3.结语
现代建筑工程的功能、形态、种类的多元化进一步深化了各种施工技术的创新和改革。光面爆破技术作为隧道施工的重要技术，对我国交通运输业的发展具有极为重要的推动作用，因此，必须对光面爆破技术进行深入的分析和研究，重视爆破参数的确定和施工方法的制定，使其在隧道施工过程中充分发挥提高施工进度、确保施工安全、保证施工质量的作用，并为现代工程施工技术的开发和创新提供有力的技术支持。
参考文献：
[1]姚永永.隧道光面爆破技术与应用研究[J].科技风.2010，24（17）：131.
[2]林润科.隧道光面爆破技术应用分析[J].中国科技纵横.2011，15（8）：45.
关键词:公路隧道建设;施工质量;工程监理;质量检测
中图分类号:U455文献标识码:A
文章编号:1009-2374 (2010)22-0195-02
0引言
20世纪80年代,以隧道工程为主要方向的地下空间开发迅猛发展。公路隧道随着公路建设的不断发展,在世界各国也得到了广泛的应用。而我国是一个地形复杂的国家,在过去的20多年里我国的公路隧道建设也得到了长足的发展。据资料显示,我国目前的公路隧道规模和数量已经位居世界第一位。随着我国经济的迅速发展,公路交通建设将得到更快的发展,而公路隧道也会进入一个快速发展的历史时期,在全国交通基础设施建设发展中,必然会遇到隧道修建的问题,而在隧道开挖过程中隧道的施工质量问题是很关键的问题,本文通过对公路隧道建设发展与施工质量的分析,对公路隧道建设问题作了初步的探讨与思考。
1我国公路隧道建设发展与质量问题分析
1.1我国公路隧道建设发展
我国地域辽阔,山区公路建设任务十分繁重,尤其是在山峦耸立、地形起伏多变的地区。随着改革开放不断深化,国民经济迅速发展,公路隧道的建设取得了很大发展,高等级公路隧道建设日新月异,全国性高等级公路网格局正在形成。1979年,我国公路隧道通车里程仅为52公里,数量为375座。1993年发展到683座,总长137公里,均是二级以下的短隧道为主。2000年我国隧道通车里程为627公里/1685座。截至2007年底,我国已建成公路隧道2555公里。预计到2010年年底之前,我国将再有840多公里的公路隧道出现在中国辽阔的大地上。与公路大规模建设现状相配套,我国公路隧道的施工技术也在不断提高,并取得一系列成绩。特别是近十多年来针对公路隧道建设的现状,我国投入大量科研经费支持公路隧道工程实际问题开展科学研究,包括公路隧道施工技术规范编制、公路隧道CAD技术研究、连拱隧道建设关键技术研究等,涵盖隧道施工管理、监控防灾等领域,针对性比较强,有力地支持了我国公路隧道发展,将我国公路隧道的施工技术推向世界领先水平,比如秦岭终南山隧道是世界建设规模最大的高速公路隧道,最大埋深超过1700m。厦门翔安隧道是我国第一座钻爆法开挖的六车道海底公路隧道,上海崇明长江隧道是是世界上最大的隧桥结合工程之一,工程全长25km。
1.2我国公路隧道建设面临主要质量问题
改革开发三十年,综合国力不断增强,也带来了我国公路隧道建设快速发展的黄金时期。看到发展的同时,我们也清楚的知道我国隧道建设与发达国家相比还存在很大差距,科技研究攻关质量不高,管理技术比较落后,技术创新能力不足等都是制约公路隧道工程发展的因素。公路隧道的建设发展即也带来了施工质量问题。质量是公路隧道建设的关键,直接影响其使用期限,在公路隧道建设技术不断发展的同时,施工质量也越来越受到人们重视,开展公路隧道施工质量方面的研究,是我国公路隧道近期建设发展重点之一。公路隧道常见的质量问题可归纳如下,首先是公路隧道衬砌漏水,公路隧道衬砌漏水是当今公路隧道最为普遍的质量问题。目前国内大部分公路隧道都存在不同程度的衬砌漏水问题。在公路隧道穿越含水层时,底层中一些固有的地下水通道被公路隧道拦截,公路隧道本身所拥有的空间就成了地下水汇集的良好场所,当公路隧道质量存在缺陷时,就必然会出现衬砌漏水,这种情况也多发裂损的薄弱部分,邻近超挖回填不密实的空洞也容易发生渗漏水。还有公路隧道衬砌裂纹、公路隧道衬砌裂纹是指衬砌中出现不连续现象。外因上讲主要是岩层松弛滑坡和酸害等,内因上主要是材料性质和设计施工的不足等。衬砌腐蚀,公路隧道内金属构件的锈蚀、砖石砌体风化被侵蚀破坏等,都属于公路隧道衬砌腐蚀。公路隧道衬砌腐蚀可归纳为物理侵蚀和化学侵蚀两大类。物理侵蚀主要有冻融交替冻涨蚀,化学侵蚀主要有溶出蚀。另外衬砌压溃及剥落在公路隧道质量损害中比较多见。自然外力如滑坡地震等和材质恶化、设计缺陷等都是引起衬砌压溃及剥落的原因。还有公路隧道衬砌变形及位移,衬砌变形是指公路隧道衬砌在内外因素的作用下发生形状改变。公路隧道衬砌位移是指衬砌整体或者部分出现倾斜变化。公路隧道的衬砌从建设到破坏需要经历变形、裂损、位移和垮塌四个阶段。公路隧道衬砌变形是隧道质量问题的第一步,在公路隧道衬砌出现变形,应该对这种质量问题采取措施,避免垮塌的出现。
其次是公路隧道洞门裂损及洞口质量损害,公路隧道洞门在隧道建筑的作用承受山体纵向推力,支挡洞口边、仰坡,以稳定洞口。公路隧道洞口多修筑于风化破碎的围岩,承受较大温差变化和各类不利自然条件,容易发生质量损害。公路隧道设计对推土力计算不准、措施不当等也会很容易引起公路隧道洞门裂损。公路隧道洞门常见的质量损害有端墙前倾与衬砌环节脱节等。还有隧道冻害,因水流和围岩积水冻结,在公路隧道各部位及附属设施上发生的,隧道冻害防治是当今公路隧道技术攻关重点,应认真调查地址情况,通过设计改良和施工予以处理。另外公路隧道运营通风不畅及照明不良也是一个很重要的问题,公路隧道和铁路隧道一样均需通风,通过通风技术对公路隧道的污染物含量水平和火灾情况下的烟雾含量进行控制。在整个公路隧道的建设中,通风方案直接关系到公路隧道的工程造价和救灾功能。目前国内对公路隧道通风系统的研究还比较落后,有关火灾通风方面的研究仍需加强。此外由于经济原因,通风系统一般也没用得到很好的开启。许多隧道的照明设备没有开启,有部分公路隧道甚至因此不安装照明灯具。
公路隧道工程质量还和许多因素有关。这还包括隧道建筑材料质量参差不齐,建筑材料的试验往往被忽视,公路隧道施工的整体质量也就得不到保证。我国公路隧道修筑技术、质量控制和检验控制水平的滞后也是影响公路隧道建筑施工质量的基本原因。此外,我国一般公路隧道工程建设周期较短、一定程度影响公路隧道工程正常实施,影响隧道施工质量。
2公路隧道施工质量问题的策略分析
公路隧道施工质量问题,施工建筑材料质量控制、工序工艺质量控制以及工程竣工检查等最为关键。
首先,要重视公路隧道施工质量检测方法的确定。自我国开展公路隧道施工质量检测工作以来,如何对公路隧道施工的工程材料或者工程施工情况进行检测一直处于探索中,各有特点的许多检测方法在工程中不断得以应用,而在实践中,由于检测方法自身存在的局限性或者缺陷性等,部分检测方法逐渐被淘汰,更多符合工程实际需要的新型检测方法随之涌现。对各项工程材料或者工程施工情况的各种检测方法进行了深入研究,要结合实践经验,综合考虑施工环境和评价指标等因素,采用分析比较法,去侧重方法的实用性,最终确定具体公路隧道施工工程质量的检测方法。在此以锚杆质量检测为例,传统的锚杆施工质量检测是指锚固受力状态的检测,主要利用千斤顶进行拉拔试验,而这种检测手段会对软岩或较破碎岩层带来不利影响,费工费时。可以根据工程实际,将锚杆的检测分为材料检测和施工检测两方面完成。在施工阶段结合新型无损检测技术对锚杆整体施工质量进行检测。
其次是公路隧道施工质量检测控制指标的确定。和公路隧道施工质量检测方法相似,目前我国在对公路隧道工程质量的质量控制检测中,没有统一的质量控制检测标准,已有的公路隧道施工质量规范标准更新缓慢,不能适用工程质量控制需要,在实际公路隧道施工工程质量质量控制检测中,往往难以真正达到通过检测控制指标对公路隧道工程施工质量进行控制的目的。检测是手段,分析控制是目的,两者相互支撑。要结合公路隧道施工工程实际,新增必要的质量控制检测指标,建立起一套从公路隧道建筑材料、施工过程、竣工验收等各个环节的公路隧道施工质量控制指标体系。同样以锚杆质量质量控制检测为例,传统的锚杆质量控制检测指标仅仅在竣工验收阶段对锚杆进行试验,无法满足公路隧道施工质量控制需要。锚杆的质量控制检测指标也应该从建筑材料和施工质量两方面进行确立,与其检测的方法对应。通过建筑材料检测方面的指标和施工过程中指标,较为完整的给出锚杆施工质量控制指标体系。
最后是公路隧道建筑材料质量控制检测。公路隧道建筑材料的优劣直接影响公路隧道工程的施工质量。公路隧道的建筑材料的质量控制应选择质优价廉、信誉高的生产厂家,加强对材料检查验收,重视材料的使用认证,落实建设工业产品准用证制度,对材料质量进行跟踪,避免造成损失。所有的工程建筑材料使用须经过实验满足自检要求。对材料质量的要求还应充分考虑材料应用环境、工程部位及施工工艺等要求。注意对公路隧道施工过程和竣工检测质量控制检测,隧道竣工验收是隧道工程交付使用前对质量检验和控制的最后一道关口,对隧道进行竣工检测,使竣工验收潮规范化、标准化方向发展,可以更好地控制好工程的施工质量。
3结语
伴随我国交通建设的高速发展,公路隧道数量一直在增加,隧道施工遇到的一系列质量问题越来越多。质量的控制与质量问题的解决,作为保障安全和提高施工质量的重要手段对公路隧道建设施工具有重要意义。目前,公路隧道建设施工实践中还存在着很多问题。本文在总结前人对公路隧道建设质量问题研究的基础上,对公路隧道建设发展与施工质量问题进行了初步的探讨与分析。
参考文献
[1]李世烽.我的隧道支护设计新论[M].科学出版社,1999.
[2]关宝树.隧道工程施工要点集[M].人民交通出版社,2003.
[3]吕康成.隧道工程试验监测技术[M].人民交通出版社,2000.
张石高速公路野狐岭1#隧道起讫里程为K19+840～K20+400，全长560m，位于野狐岭段玄武岩台地区，恰处分水岭（山脊）和垭口重合地段；该隧道最大埋深位于隧道中部偏后为16.8m，进出口段埋深1～2m，其余埋深5～8m，属于浅埋隧道。隧道围岩主要为Ⅴ级围岩，进口地段围岩以强风化碎块状玄武岩为主，次为亚粘土，地表风化强度更强，岩质疏松；出口地段主要为弱-强风化碎块状结构，次为碎石土；中部地段岩石风化程度较进口段弱，也以强风化碎块状玄武岩为主。由于岩体风化差异，致使疏松岩石与坚硬岩块相间出现，开挖过程很难控制开挖断面形状，施工困难。
隧道横断面采用双跨连拱断面设计，净宽10.25m，建筑限界高度5.0m，净高7.05m.衬砌断面采用单心圆方案，半径为5.43m，以利于结构受力以及便于施工。隧道平面布置主要服从路线总体走向，采取平曲线，纵坡坡度2.673%.具体尺寸如图1所示。
图1隧道断面图
Fig.1TheCrossSectionoftheTunnel
施工中遵循“先支护、后开挖、短进尺、弱爆破、快封闭、勤量测”的施工原则进行开挖施工。对于隧道洞口采用明挖法施工，隧道洞身段采用三导洞先墙后拱法施工，中导洞先行，左导洞滞后中导洞，右导洞滞后左导洞，导洞均采用正台阶法施工，台阶长度5-7m，开挖进尺按两榀钢架间距进行。主洞开挖先进行左洞，右洞滞后左洞7-10m.主洞开挖亦采用台阶法，上台阶分部开挖预留核心土。
2、有限元计算与分析
采用ansys软件进行计算分析，该软件可以方便地模拟分部施工过程和地应力的释放。
1计算模型的确定
（1）模型的建立
计算假定：①隧道的受力和变形为平面应变问题；②由于埋深较浅，仅考虑自重应力场。依据圣维南原理，取洞径的2~3倍作为计算区域，上边界取至地表面；左、右边界为水平约束，下边界为水平和垂直约束。围岩用二维平面应变单元模拟，超前支护通过在加固范围内设置重叠单元并提高其地层的物理力学参数来实现，喷射混凝土用二维平面单元进行模拟，二次衬砌则采用梁单元模拟[2].网格按靠近开挖处较密、远离开挖处较疏的原则划分，共划分了1602个单元，1274个节点。有限元网格如图2.
图2有限元计算模型
Fig.2FEMModel
（2）计算步骤
计算步骤分为12步：1导洞开挖及初期支护2墙浇筑3导洞开挖及初期支护4主洞上部开挖5主洞上部初期支护6主洞下部开挖及支护7洞开挖及初期支护8主洞上部开挖9主洞上部初期支护10洞下部开挖及支护11右洞二次初砌。加上初始应力场的计算共12步。
转贴于
2计算结果及分析
从计算得出的各个施工阶段的最大主应力、最小主应力以及位移量，得出以下分析。
（1）中导洞开挖后，导洞拱顶沉降有7mm；浇筑中墙后，中墙底部的围岩出现小部分的塑性区，表明底部围岩有局部的破坏，修筑中墙时应注意加强基础。
（2）左洞上部开挖后，中墙呈偏压状态，左侧墙底受拉，其值为0.96MPa，并未超过混凝土的抗拉强度；开挖区附近围岩的水平方向的应力重分布情况较明显。
（3）随着右洞的开挖与初期支护后，左、右洞拱脚部位支护混凝土压应力增长较快；中墙受力明显改善，受力状态趋于对称，中墙底部出现拉应力，但其值并未有太大的变化，约为1MPa；左、右洞拱顶均有约4～5mm的沉降。
（4）二次衬砌施作后，从模筑混凝土的受力来看，仰拱普遍出现拉应力，其值大部分小于0.5MPa，局部出现1.18MPa的拉应力；拱顶也有拉应力出现，但未大于0.6MPa；中墙顶有6.63MPa的压应力，墙底出现1.01MPa的拉应力。
3、监测内容与结果
为评价承载结构受力状况，本文结合张石高速公路野狐岭1#连拱隧道施工，主要做了二次衬砌混凝土内力的量测工作。根据现场情况，本次应变监测点选在K20+355断面上。具体测点布置如图4所示。
此次的二次衬砌表面应变量测工作选用的仪器是长沙金码高科技实业有限公司生产的JMZX－212智能弦式数码应变计以及JMZX-200X便携式综合测试仪，JMZX－212智能弦式数码应变计是一种表贴式应变计，根据监测时期的长短，可分别选用膨胀螺钉或粘贴剂将其固定在混凝土结构表面。普通传感器输出的均是原始信号（频率等），而智能弦式数码传感器不仅保留了钢弦频率的直接输出功能，而且由于其已将计算方法和标定参数存储在了传感器内，因此还可以直接输出相对应的被测物理量（应变等）。
图4二次衬砌表面应变测点布置
Fig.4MeasuringPointsArrangementonSecondaryLiningSurface
二次衬砌表面应变量测在拆模后马上进行，准备工作始于2005年8月下旬，量测工作从2005年9月1日开始，持续到10月23日（进入冬季，天太冷，现场停止大规模施工）。
尽管在准备阶段对左右洞均布设了测点，但由于施工原因，仅获得了左洞断面的量测结果。图5至图7为各测点的应变变化情况。
实测结果表明，二次衬砌混凝土应变在量测过程中变化不大，由虎克定律求得二次衬砌混凝土表面应力值来看，除左洞拱顶测点存在拉应力外，其余测点均处于受压状态，并且所得拱顶拉应力值在0.6MPa以下；中墙墙身处于受压状态，中墙顶并未出现拉应力。所测二次衬砌在监测断面上的应力不大，在3~6MPa之间，说明施工方案与设计方案是合理的，隧道结构受力状况良好。
4、结语
由计算分析结果和监控量测的数据来看，二次衬砌上的应力总体来说不大，在拱顶及仰拱部位存在着一定的拉应力，一般均满足其抗拉强度，只是仰拱局部出现较大的拉应力。就监测的应力状态而言，二次衬砌整体应力不大，隧道结构的受力状态良好。监控量测是信息化设计的重要组成内容，也是新奥法复合式衬砌设计、施工的核心技术。监控量测一方面可以掌握承载结构的动态变化，由此来预见险情，提前采取有效措施，保证施工安全；另一方面也是为以后的研究提供原始数据，积累工程资料。本文计算所采用的是二维有限元计算，但岩体的开挖属于三维问题，岩体的变形也存在空间效应，虽然二维有限元模型在简化计算过程的同时也能较好的反映岩体的应力和变形，但由于忽略了隧道开挖的空间效应，因此仅能得到计算断面处变形收敛的稳定位移，即最大位移。因此在实际的施工过程中应加强对围岩内部位移、净空收敛和拱顶下沉的量测，及时反馈信息，才能确定出衬砌的最佳施作时机。
参考文献
[1]中华人民共和国行业标准。公路隧道设计规范（JTGD70-2004）[S].北京：人民交通出版社，2004.8