隧洞施工技术现状分析与优化

1.2.1.1　开挖技术研究现状

隧洞开挖技术除广泛应用于水利工程中的引水、泄水、导流外，在公路、铁路、地铁建设等领域的应用也较为普遍。而我国地域广阔，山地、丘陵、河流等复杂地形分布较多，各地区的地质情况也呈现多样化，这些对隧洞开挖提出了很大的挑战。目前已建隧洞的开挖方法，主要为钻孔爆破法开挖（钻爆法），也有少量工程使用了隧洞掘进机法开挖（TBM）。其他破岩方法如高压水射流、激光、超声、热力破岩等物理破岩方法，以及使岩体软化、溶解的化学破岩方法，尚处在进一步的研究和试验中。

魏永华等（2008年）[35]通过对北盘江董箐水电站右岸导流隧洞进口段所确定的技术方案进行探讨，总结和提高在复杂地质条件下特大断面隧洞开挖技术。他指出隧洞开挖施工中，针对不同的工况，作出合适的技术方案选择，才能确保工程顺利进行，达到安全、优质、高效。杨玉银等（2013）[36]针对隧洞开挖超挖严重、开挖断面成形差的情况，探讨了超挖对工程施工的影响，给出了施工技术控制、爆破技术控制、施工管理控制等超挖控制方法，并论证了单循环进尺与超挖量是平方关系，控制单循环进尺可以有效减少超挖的结论。李兵（2012）[37]结合锦屏二级水电站大型引水隧洞开挖工程，介绍了采用激光测量技术的FARO三维激光扫描隧道测量系统、工作流程及简要说明、应用实例展示、优越性及应用前景。隧洞开挖技术在工程建设体系中十分重要，为了应对各种新的问题，还需要研究人员在此道路上继续探索，创建新的开挖方法。董峰等（2016）[38]研究水电站导流洞开挖施工中，考虑施工技术的适用性，满足工程建设的需求，根据水电站导流洞的组成结构对开挖技术的选择与研究做了深入的研究。李波等（2016）[39]针对某特大断面软岩隧道采用有限元数值模拟手段对CD法和三台阶七步开挖法的施工工法及其循环进尺参数进行优化研究，并与现场实测数据对比验证，验证了数值模拟的可靠。潘从贵等（2016）[40]以龙桥特大桥拱座基坑石方爆破开挖施工技术出发，分析了基坑爆破的特点及难点，得到了带缓冲层预裂爆破技术能较好地实现爆破轮廓的平整的结论。

1.2.1.2　支护技术研究现状

隧洞支护结构理论的发展至今已有百余年的历史，它与岩土力学的发展有着密切的关系。土力学的发展促使着松散地层围岩稳定和围岩压力理论的发展，而岩石力学的发展促使围岩压力和隧洞支护结构理论的进一步飞跃。随着新型支护结构的出现，岩土力学、测试仪器及计算机技术和数值分析方法的发展，隧洞支护结构理论正在逐渐形成一门完善的学科。(www.xing528.com)

近年来国内外对隧洞支护技术做了大量的研究，形成了较为完善的支护理论，在工程实际应用中也得到了广泛的认可。其中纪鹏（2014）[41]分析了隧洞工程以及隧洞支护结构理论，其次对隧洞施工设计理论进行综合阐述，提出了隧洞支护的三种结构，为以后隧洞施工技术、施工设备方面更进一步的探讨而提供相关参考资料。李建华（2016）[42]阐述了地下输水隧洞工程施工采用钻爆法与掘进机法的优缺点，对支护理论进行了分析研究，对输水隧洞施土施工工艺的选取依据以及支护方式的作用原理进行了进一步探讨。方创熙（2008）[43]系统总结了隧道支护技术的主要类型，分别介绍了各种支护手段的概况、进展和适用条件，并重点总结了普通喷混凝土、钢纤维喷混凝土、锚杆支护、大管棚支护、小导管支护、格栅与支撑以及地层冻结法等支护方法。最后，介绍了比较成熟、经典的支护设计方法——Q系统分类法。徐宇栋等（2016）[44]从地铁隧道队地层及建筑物的影响出发对隧道施工中超前支护方法的选型做了分析，确定了超前支护方法为水平旋喷桩。运用数学推导、数值模拟和现场沉降监测数据对这一超前支护方法进行了研究。李万宁等（2016）[45]从土钉墙支护、水泥土墙、排桩、地下连续墙等方面介绍了基坑支护的方法类型，分析了各种支护结构的安全等级与使用条件。贾宏俊等（2015）[46]针对深部软岩地下工程围岩稳定性差且具有长期流变效应的问题，提出了刚柔结合的软弱大变形巷道围岩新型支护方法。罗德志等（2013）[47]以文莱都东水坝导流洞支护为例，介绍高预紧力锚杆在软岩隧洞支护中的作用。潘一山等（2014）[48]从现有理论不能有效解决煤矿巷道冲击地压的问题，建立了冲击地压下巷道围岩与支护响应的动力学模型，提出了冲击地压矿井巷道支护设计的两个思路，研发了一种新型防冲吸能巷道液压支架。

1.2.1.3　出渣技术研究现状

出渣的速度是控制单循环作业时间的关键，也是影响洞挖工程进度的主要因素，除了设法保证机械设备完好外，采取的另一项有效措施是：在洞中部设置运渣中转站。目前，国内外采用的出渣及材料运输系统主要有以下三种方式，即有轨方式（电力机车、内燃机车）、无轨方式（轮式车辆）和胶带方式，这三种方案有着各自的特点，其选择依据是根据开挖洞径、隧洞长度、隧洞坡度、隧洞布置、通风和投资费用、岩石的碎裂特性和隧洞里面水的数量进行综合比较。邵政权（2014）[49]针对隧洞斜井无轨出渣技术进行了研究，其以东湖电站供水工程引水隧洞8#支洞投影长度1 084.12 m，坡度为21.76%，支洞开挖断面为5.5 m×5.5 m为研究对象，对无轨运输方案作了简述，分析了无轨运输方案的难点及解决办法，也对出渣车辆调度、行驶速度等问题进行了详细的阐述。李文富等（2007）[50]针对大伙房水库输水工程深埋长大隧洞TBM施工特点，研究确定了主洞连续皮带机加支洞固定皮带机的出渣方案，该出渣系统保证了TBM掘进机在工程施工中的高速掘进和高利用率，为南水北调西线隧洞施工等类似工程提供了成功的范例与宝贵的实践经验。唐志林等（2006）[51]介绍了TBM施工出渣技术现状，分析了连续皮带机出渣方案的技术优势，针对主体隧洞TBM掘进和出渣过程进行了研究。王克忠等（2016）[52]以沐水东调引水隧洞无轨运输方式为例，介绍了出渣过程中的通风形式与风管选取，对隧洞通风进行了CFD软件模拟。张高峰等（2016）[53]介绍了顶管施工技术，具有施工出土量少、施工污染小作业面小、对环境影响小等优点。戴洪伟等（2015）[54]对扬州瘦西湖隧道工程环流系统中的难题，对盾构刀盘进行重新选型配置，对冲刷系统和环流管路进行了改造，形成了全断面黏土地层高效环流及出渣技术。王联军等（2015）[55]结合巴基斯坦阿莱瓦水电站引水隧洞，介绍了卷扬机分级接力出渣施工技术，该技术采用多循环、多工序的有轨分级接力运输出渣。杨庆辉等（2016）[56]对TBM施工中的出渣方式进行了分类比较，认为传统的有轨运输+龙门吊提升会制约施工能力和效率，提出了连续皮带机+垂直皮带机出渣的方式，使掘进效率比上一种方式出渣提高了75%以上。范水木等（2012）[57]介绍了在两条平行输水隧洞施工中，为减少洞内油烟和废气污染，达到供水质量清洁、安全的目的，采用电动轨道机车运输出渣的施工方式。