岳林博

（中交第一公路勘察設(shè)計研究院有限公司，西安710075）

1 引言

目前，隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，公路修建質(zhì)量已經(jīng)成為整個社會關(guān)注的焦點。對此，承擔(dān)我國公路隧道修建設(shè)計主要責(zé)任監(jiān)管與施工部門必須以規(guī)范化施工與設(shè)計為基本要求，通過對地質(zhì)環(huán)境、地理位置、施工技術(shù)、設(shè)計水準的優(yōu)化，為我國公路隧道修建躋身國際行列奠基鋪路。本文重點就我國公路隧道施工與設(shè)計的具體方法開展了深入的研究，以期為提升我國公路隧道工程的質(zhì)量提供指導(dǎo)。

2 公路隧道設(shè)計的原則

公路隧道設(shè)計的原則主要表現(xiàn)在6個方面：（1）公路隧道設(shè)計必須要嚴格按照國家的設(shè)計規(guī)范和要求來進行，確保設(shè)計的科學(xué)性和規(guī)范性。（2）隧道洞口需要設(shè)置洞門，洞門的結(jié)構(gòu)不受外在因素的限制，可以采用臺階式、柱式或者是端墻式。無論采用哪種設(shè)計形式，隧道洞門都需要結(jié)合公路隧道工程的實際情況以及洞門所處位置的環(huán)境和地質(zhì)特點。對于諸多特殊情況，諸如在車站、景區(qū)等地域修筑隧道時，具體的施工設(shè)計則必須關(guān)注洞門的實用性、觀賞性，以達到建筑與環(huán)境和諧搭配的發(fā)展需要。（3）如果遇到隧道等高線與中線相交的情況時，隧道洞口結(jié)構(gòu)可設(shè)計為斜交式。（4）設(shè)計隧道內(nèi)部輪廓，應(yīng)盡量做到規(guī)范設(shè)計，要求設(shè)計要素齊全，對應(yīng)的排風(fēng)、照明、通風(fēng)、排水等符合要求標準。（5）設(shè)計公路隧道施工圖時，必須嚴格參照具體規(guī)范標準。（6）必須加強對于公路隧道的監(jiān)控檢測的設(shè)計。

3 公路隧道設(shè)計存在的問題

3.1 公路隧道建設(shè)中圖紙設(shè)計存在的問題

當前，公路隧道設(shè)計與公路隧道勘查分別由設(shè)計單位與勘查單位2個不同的部門各自進行。一些設(shè)計單位的設(shè)計人員與勘察人員缺乏溝通，又缺乏責(zé)任心，在沒有認真研究勘察資料的情況下憑經(jīng)驗想當然地進行設(shè)計，導(dǎo)致圖紙出現(xiàn)問題。還有一些設(shè)計人員不清楚施工單位的施工能力、施工技術(shù)，設(shè)計出的圖紙標準過高，缺乏可操作性，在實際施工過程中難以實現(xiàn)【1】。

3.2 沒有充分考慮地下水因素

進行公路隧道設(shè)計，不僅需要研究圍巖各項參數(shù)（包括圍巖的密度、質(zhì)量、彈性、泊松比等），還需要認真研究地下水對施工可能造成的影響。從公路隧道施工的實際情況來看，地下水是造成隧道病害的重要原因。但令人遺憾的是，當前國內(nèi)公路隧道設(shè)計只關(guān)注圍巖，常常忽視了地下水這一因素，導(dǎo)致圖紙設(shè)計淪為紙上談兵。

4 做好公路隧道設(shè)計的對策

4.1 掌握公路隧道設(shè)計的特點

地面結(jié)構(gòu)工程在平地上進行施工，形成工程結(jié)構(gòu)后，依靠結(jié)構(gòu)自身承受各種荷載（這些荷載多為靜力荷載或動力荷載，對工程結(jié)構(gòu)的影響較小）；而公路隧道工程需要在巖土體中進行施工，在整個施工過程中都必須承受來自巖土體的巨大荷載，在施工結(jié)束后才能形成隧道工程結(jié)構(gòu)。此外，巖土體各個位置的巖性、圍巖級別、圍巖風(fēng)化程度、單軸飽和抗壓強度、斷層厚度、節(jié)理、地下水條件（包括地下水的類型及其狀況）往往存在著較大差異，在施工過程中，工程荷載還可能發(fā)生較大的變化。因此，設(shè)計人員必須主動研究各種不確定因素，綜合考慮各種意外情況，在此基礎(chǔ)上進行隧道公路的計算與設(shè)計。設(shè)計人員必須主動學(xué)習(xí)發(fā)達國家公路隧道設(shè)計的各種方法（如收斂約束法、CURTIS法、MUIR WOOD法），并嘗試在公路隧道設(shè)計中應(yīng)用這些方法。在條件允許的情況下，設(shè)計人員應(yīng)使用人工智能、大數(shù)據(jù)技術(shù)對勘查資料進行詳細分析研究，并在此基礎(chǔ)上進行公路隧道設(shè)計。

4.2 使用應(yīng)用型軟件進行公路隧道設(shè)計

在公路隧道設(shè)計中使用先進的應(yīng)用型軟件，可以有效提升公路隧道設(shè)計的效率，并及早發(fā)現(xiàn)公路隧道設(shè)計中存在的問題。這些應(yīng)用型軟件的種類很多，功能各異，各有其自己的應(yīng)用適應(yīng)范圍。如：

1）FLAC軟件，采用差分法，可以處理大變形，計算維數(shù)為2D、3D，適應(yīng)巖土工程要求。

2）ANSYS軟件，采用有限元法，可以處理大變形，計算維數(shù)為2D、3D，適應(yīng)巖土工程要求。

3）FINAL軟件，采用有限元法，可以處理大變形，計算維數(shù)為2D、3D，適應(yīng)巖土工程要求。

4）3DEC軟件，采用離散元法，可以處理大變形，計算維數(shù)為3D，適應(yīng)巖土工程要求。

5）UDEC軟件，采用離散元法，可以處理大變形，計算維數(shù)為2D，適應(yīng)巖土工程要求。

6）GEOFBA軟件，采用有限元法，可以處理大變形，計算維數(shù)為2D，適應(yīng)巖土工程要求。

7）ABAQUS軟件，采用有限元法，可以處理大變形，計算維數(shù)為2D、3D，不適應(yīng)巖土工程要求。

8）MSC.MARE軟件，采用有限元法，可以處理大變形，計算維數(shù)為2D、3D，不適應(yīng)巖土工程要求。

以上這些應(yīng)用型軟件需要設(shè)計人員根據(jù)隧道設(shè)計的具體要求靈活選用。

4.3 采用新奧法進行公路隧道設(shè)計、施工

公路隧道設(shè)計中最大的問題是設(shè)計人員辛辛苦苦設(shè)計出來的圖紙不符合現(xiàn)實的實際情況。因此，人們應(yīng)當考慮：采用新奧法進行公路隧道的設(shè)計、施工。新奧法充分應(yīng)用巖體力學(xué)原理，在開挖作業(yè)中盡量采用光面爆破、預(yù)裂爆破，并盡可能采用大斷面開挖，最大限度地減少開挖對圍巖的擾動。而后根據(jù)圍巖特征，采用不同的支護類型（包括錨桿、噴射混凝土等），形成以錨桿、噴射混凝土、圍巖三位一體的承載結(jié)構(gòu)，從而控制圍巖的變形和松弛，并共同承載巖土體的荷載。再后，對圍巖與支護進行不間斷的現(xiàn)場監(jiān)測，向設(shè)計單位及時反饋圍巖-支護體的力學(xué)動態(tài)及其變化信息，來指導(dǎo)隧道工程的設(shè)計與施工。

采用新奧法，需要根據(jù)圍巖的具體情況來使用不同的開挖斷面方法。如果圍巖屬于Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ類，可使用全斷面法。全斷面法就是將全部設(shè)計斷面一次性開挖成型，然后進行修筑襯砌。全斷面開挖法采用移動式鉆孔臺車，沿全斷面進行一次性鉆孔，并進行裝藥連線，然后進行起爆作業(yè)，一次性爆破成型。清除石渣、土渣后鉆孔臺車再推進到開挖面進行下一輪鉆孔、爆破作業(yè)。采用全斷面法施工速度快，施工效率高；但使用全斷面法時，必須保證工作面有足夠的新鮮空氣。

如果圍巖屬于Ⅱ、Ⅲ類，可采用分部開挖法。進行分部開挖，又可采用如下方法：（1）臺階分部開挖法；（2）單側(cè)壁導(dǎo)坑法；（3）雙側(cè)壁導(dǎo)坑法。采用分部開挖法可以減小各個坑道的跨度，有利于增強圍巖的相對穩(wěn)定性，并有利于提前探明地質(zhì)情況。

4.4 做好隧道襯砌設(shè)計

通常情況下，隧道襯砌的主要結(jié)構(gòu)基本包括2種形式：一種是明洞襯砌、淺埋式襯砌；另一種是深埋斷復(fù)合式襯砌。就隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計的具體效果而言，襯砌結(jié)構(gòu)方式的選擇，將直接影響隧道襯砌設(shè)計的質(zhì)量與效果。因此，在具體襯砌方式選擇時，必須以當?shù)貒鷰r地質(zhì)的條件情況及施工的實際需求為標準，通過綜合考量進行具體選擇。目前，在隧道襯砌結(jié)構(gòu)施工時，基本都采用新奧法實施隧道襯砌結(jié)構(gòu)施工。對于圍巖地質(zhì)較差的地段，在設(shè)計時還需要將襯砌進行適當?shù)难娱L，并且要在特定的位置設(shè)置相應(yīng)的加強斷襯砌，以此來保證襯砌的穩(wěn)定性。選擇襯砌材料時一般選用鋼筋混凝土材料【2】。

5 結(jié)語

當前，國內(nèi)公路隧道設(shè)計雖然取得了一定的成績，但也存在著許多問題。因此，設(shè)計人員必須提高自己的責(zé)任心，必須詳細研究勘查資料，主動運用先進的應(yīng)用軟件與先進的設(shè)計-施工方法來進行隧道設(shè)計，從而提升公路隧道設(shè)計水平，為國內(nèi)公路隧道建設(shè)做出應(yīng)有的貢獻。