瑞士隧道設(shè)計(jì)理念與施工技術(shù)探討

1、瑞士隧道設(shè)計(jì)理念與施工技術(shù)探討彭愛(ài)紅1 羅淑芬2 楊為德3（1、江西省公路橋梁工程局 南昌 330009）（2、江西省交通廳外經(jīng)辦 南昌 330006）（3、江西省高等級(jí)公路管理局 南昌 330005）摘 要：通過(guò)作者2006年7月至8月，隨江西省交通廳2號(hào)項(xiàng)目歐洲考察團(tuán)對(duì)瑞士近半個(gè)月的實(shí)地考察，考察團(tuán)走訪了瑞士的公路建設(shè)、設(shè)計(jì)、咨詢、監(jiān)理、施工等部門，走遍了瑞士近90%的國(guó)土，行程近4000km，對(duì)瑞士的工程師們的建設(shè)、施工理念有了一個(gè)比較詳細(xì)的了解，由于瑞士是一個(gè)多山國(guó)家，隧道在其交通中扮演了重要的角色，而該國(guó)在隧道建設(shè)方面也是聞名于世。在這半個(gè)月中重點(diǎn)參觀了該國(guó)的隧道設(shè)計(jì)與施工及建設(shè)方面

2、的內(nèi)容，本文主要介紹瑞士隧道的設(shè)計(jì)與施工方面的理念。相信這其中的理念值得我國(guó)隧道建設(shè)的同行們學(xué)習(xí)與探討。關(guān)鍵詞：隧道工程；瑞士；隧道；設(shè)計(jì)；施工；理念0 前 言瑞士簡(jiǎn)介聞名世界的阿爾卑斯山脈穿越風(fēng)景優(yōu)美的瑞士，作為一個(gè)多山的國(guó)家，瑞士在隧道及地下工程建設(shè)方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，早在100多年前就修建了一條15km長(zhǎng)的圣哥達(dá)鐵路隧道，而現(xiàn)在正在修建世界上最長(zhǎng)的隧道57km的安格達(dá)隧道。瑞士的公路交通非常發(fā)達(dá)， 40年來(lái)已累計(jì)建成160多座高速公路隧道，隧道總長(zhǎng)度接近130km。1980年建成的圣哥達(dá)公路隧道長(zhǎng)度17km，位居世界公路隧道之首位。在100多年的隧道建設(shè)歷史中，瑞士逐步形成了自己的風(fēng)格

3、和特色，并積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，其技術(shù)和工藝始終處于世界的領(lǐng)先位置，其很多全新的設(shè)計(jì)理念和成熟的施工技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)值得我們公路建設(shè)者們借鑒和學(xué)習(xí)。下面就從兩個(gè)方面來(lái)談?wù)勅鹗克淼廊碌脑O(shè)計(jì)理念與先進(jìn)的施工技術(shù)。1 瑞士隧道的全新設(shè)計(jì)理念 全新的隧道結(jié)構(gòu)斷面瑞士隧道結(jié)構(gòu)斷面到底新在哪里呢？我們先來(lái)看看下面兩張隧道斷面比較圖，即目前我國(guó)公路隧道的典型斷面圖(圖1)和瑞士公路隧道的典型斷面圖（圖2）。從上面兩張隧道橫斷面圖可以看出，中國(guó)現(xiàn)行隧道與瑞士現(xiàn)行隧道應(yīng)當(dāng)存在較大的差別，而瑞士隧道結(jié)構(gòu)斷面新在哪里呢？下面就兩者的不同處進(jìn)行對(duì)比、分析：從斷面外形比較：新在結(jié)構(gòu)受力好 我國(guó)的隧道典型橫斷面外形，近似于一個(gè)橢

4、圓，而瑞士的隧道典型橫斷面外形，更接近于一個(gè)圓；這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是隧道扁平率（高與最大跨度之比）較大，結(jié)構(gòu)受力更加均勻；從整個(gè)隧道運(yùn)營(yíng)來(lái)說(shuō)，具有更好、更長(zhǎng)的使用壽命。圖1 我國(guó)公路隧道典型橫斷面圖圖2 瑞士公路隧道典型橫斷面圖從各部位功能分區(qū)比較：新在各部位功能齊全、界線明顯 我國(guó)公路隧道凈空包括公路建筑限界、通風(fēng)、照明、安全、監(jiān)控及內(nèi)裝等附屬設(shè)施，各附屬設(shè)施都不能侵入隧道建筑限界之內(nèi)。隧道建筑限界由行車道寬、側(cè)向?qū)挾?、人行道寬度或檢修道（圖3）寬度等組成。除照明、通訊、監(jiān)控等管線內(nèi)置在行車道右側(cè)管線溝里外，其他如照明燈、通風(fēng)機(jī)等設(shè)備從順?biāo)淼婪较蚩慈ザ家挥[無(wú)余，它們與隧道建筑限界之間只有一種無(wú)形

5、的界線，從美觀和視覺(jué)效果上來(lái)說(shuō)存在缺陷。而瑞士公路隧道除隧道凈空外在行車道底下還有一個(gè)獨(dú)立的空間（這個(gè)空間可能還根據(jù)不同需要分成不同的幾個(gè)小空間），圖3 各種管道檢修道所有的照明、通訊、監(jiān)控等管線、消防管道、排水管道等都分門別類的設(shè)置在這個(gè)分離的空間里面，由于檢修道與行車空間完全分開，可避免有害介質(zhì)對(duì)電纜管線的侵蝕，有利于設(shè)備維護(hù)，同時(shí)在該空間還能作為緊急情況下的逃逸通道。另外，在其行車道上方，即建筑限界頂部用混凝土作封閉處理，實(shí)際形成了一個(gè)獨(dú)立的排風(fēng)空間，此舉不但可以保證汽車釋放的廢氣在隧道最頂部的空間流通，最后通過(guò)通風(fēng)豎井向外面排放，而且，風(fēng)機(jī)等排風(fēng)設(shè)施全在獨(dú)立的排風(fēng)空間里面，增加了行車上

6、的美感和舒適感（如圖2所示）。下圖是即將完成的隧道（圖4）。圖4 隧道鋼筋混凝土吊頂創(chuàng)新的人性化理念和獨(dú)立的排風(fēng)空間 我國(guó)的公路隧道一般在左、右洞之間每隔一定的設(shè)置人行橫到和車行橫道，其作用是作為兩洞連接和若發(fā)生事故可做逃逸之用。而瑞士的公路隧道新建長(zhǎng)大隧道一般在其邊上或底下設(shè)置一條斷面面積9m2的獨(dú)立平行逃生洞，對(duì)于隧道長(zhǎng)度很長(zhǎng)且重要的、通車很久的隧道，尤其在1999年3月24日上午11時(shí)左右，一輛滿載面粉和黃油的比利時(shí)卡車在勃朗峰隧道中部失火，大火持續(xù)燃燒了近3天，導(dǎo)致41人死亡、燒毀43輛車、交通被迫中斷一年半以上的特大事故，損失慘重之后，瑞士政府在一些重要的隧道邊上或底下仍要增設(shè)一個(gè)獨(dú)

7、立的逃生通道（圖5）?？梢?jiàn)，瑞士隧道為了保證人的安全，花費(fèi)很大精力和資金進(jìn)行人性化設(shè)計(jì)和改造。圖5 獨(dú)立的逃逸通道對(duì)于隧道的排風(fēng)，正如中所敘述的那樣，我國(guó)一般采用風(fēng)機(jī)、隧道超過(guò)一定的長(zhǎng)度設(shè)置豎井排風(fēng)。而瑞士的隧道在建筑界限頂部設(shè)計(jì)一般為20cm厚的水平弧形鋼筋混凝土板，混凝土板上部空間為隧道通風(fēng)的風(fēng)道，風(fēng)道中間設(shè)計(jì)為15cm厚豎向鋼筋混凝土板墻，將上部空間分為送、排風(fēng)道兩部分。作為一個(gè)獨(dú)立的排風(fēng)空間，這樣更有利于隧道的排風(fēng)。隧道內(nèi)對(duì)CO及煙霧濃度每六分鐘檢測(cè)一次，通過(guò)檢測(cè)數(shù)據(jù)自行調(diào)整風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，風(fēng)機(jī)的備用電源為蓄電池?？刂葡到y(tǒng)對(duì)火災(zāi)的響應(yīng)時(shí)間為5分鐘，火災(zāi)的探測(cè)采用感溫和感煙兩個(gè)系統(tǒng)，兩個(gè)

8、系統(tǒng)對(duì)于火災(zāi)的檢測(cè)均為100。為了保證更好的通風(fēng)設(shè)計(jì)上采用扭曲的和豎直的兩種不同的通風(fēng)道，如圖6、圖7所示： 圖6扭曲的豎井通風(fēng)道 圖7 豎直的豎井通風(fēng)道 不拘泥于規(guī)范的隧道線形設(shè)計(jì)瑞士的隧道線形設(shè)計(jì)以公路設(shè)計(jì)規(guī)范為基準(zhǔn)，并根據(jù)公路線形的需要確定隧道的縱向和平面線形。特別值得提出的是，在瑞士的隧道設(shè)計(jì)規(guī)范里，沒(méi)有要求隧道部分按直線設(shè)計(jì)的硬性規(guī)定，事實(shí)上，絕大多數(shù)公路隧道都做成曲線型的(預(yù)防黑洞效應(yīng))，這有利于提高司機(jī)的注意力，減少事故的發(fā)生。特別是在洞口段盡量設(shè)置為曲線段，不僅有利于光線的過(guò)渡，而且能有效地調(diào)節(jié)司機(jī)的心理，不至于受出口“白洞”影響加速出洞，避免引起交通事故。有時(shí)因地形或地質(zhì)原因

9、可能還會(huì)設(shè)計(jì)超規(guī)范的小半徑曲線，但只要條件允許，瑞士的設(shè)計(jì)師們敢于創(chuàng)新，為了避免不良地質(zhì)，他們敢于大膽設(shè)計(jì)，并不拘泥于規(guī)范的呆板限制。線形設(shè)計(jì)考慮的因素通常包括下面幾個(gè)方面的內(nèi)容：1、線路銜接的需要；2、避開不良地質(zhì)帶；3、減小偏壓及其它地質(zhì)災(zāi)害的影響（見(jiàn)圖8、圖9）。 圖8虛線為隧道平面線形 圖9 曲線隧道1.3 先進(jìn)的防、排水設(shè)計(jì)瑞士的雙向兩車道隧道與中國(guó)典型的雙向兩車道隧道在橫斷面的設(shè)計(jì)上考慮的因素有所不同，瑞士在設(shè)計(jì)中除考慮經(jīng)濟(jì)合理、行車安全、方便維修等諸因素外，還重點(diǎn)考慮了環(huán)境保護(hù)方面的因素。瑞士的公路隧道通常采用復(fù)合襯砌，隧道一般以排為主，防、排、堵相結(jié)合。噴混凝土要求同時(shí)滿足支撐

10、和防水的需要。隧道橫坡都是按單向坡設(shè)計(jì)的，路面水先匯集在右側(cè)邊溝，再通過(guò)主排水管排出洞外，隧道基巖排水通過(guò)兩側(cè)縱向和橫向盲溝以及側(cè)壁排水管來(lái)完成，這種考慮是基于隧道路面污水、廢油必須先處理后排放的環(huán)保意識(shí)。使用的防水材料等級(jí)很高，防水板材由內(nèi)至外由油毛氈、塑料布和PVC板三層粘結(jié)組成，其厚度、硬度、強(qiáng)度等物理力學(xué)指標(biāo)非常高，抗拉和抗老化能力非常強(qiáng)，阻水防水性能非常優(yōu)越（見(jiàn)圖10、圖11）。圖10 鋪設(shè)整齊的防水材料 圖11 防水板鋪設(shè)中 形式多樣的洞門設(shè)計(jì)瑞士的工程師們?cè)诙纯凇⒍撮T的設(shè)計(jì)上真是煞費(fèi)苦心，他們并不機(jī)械的采用端墻式、削竹式等固定的洞門形式，而是總能采用不同的洞門形式讓洞門能夠充分的

11、溶入自然。同時(shí)，環(huán)保設(shè)計(jì)概念體現(xiàn)在任何工程設(shè)計(jì)中，隧道也不例外。隧道洞口盡量避免大開挖，爭(zhēng)取“早進(jìn)洞，晚出洞”。為了減少對(duì)植被的破壞，多處采用明洞、棚洞或其它明挖后回填的形式，洞門形式極為簡(jiǎn)明又貼近自然。許多開挖深度在10m左右的路段亦以隧道的形式(明挖或暗挖)處理。洞口處及其它開挖邊坡一般很緩并植草植樹。隧道所屬通風(fēng)機(jī)房結(jié)合洞門情況設(shè)置在地下，除洞門外幾乎看不見(jiàn)任何混凝土痕跡。讓你感覺(jué)到隧道與實(shí)際的環(huán)境如此的相協(xié)調(diào)，你行車在如畫的自然中有時(shí)根本感覺(jué)不到有隧道的存在（見(jiàn)圖12、圖13）。 圖12新穎獨(dú)特的洞門 圖13 形式多樣的洞門 完善的照明和周密的監(jiān)控設(shè)計(jì)為了能夠使隧道安全的運(yùn)營(yíng)，并讓行車

12、能夠更加順暢和舒適，工程師們對(duì)隧道采用了完善的照明設(shè)計(jì)，其公路隧道照明標(biāo)準(zhǔn)大多按CIE標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，照明設(shè)計(jì)速度采用100km/h的瑞士國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)不折減。大多數(shù)洞口加強(qiáng)過(guò)度段采用逆光照明配光，高壓鈉燈光源，照明控制已經(jīng)根據(jù)洞外情況實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)全自動(dòng)控制，洞內(nèi)設(shè)置光度傳感器，一般單洞內(nèi)裝備4個(gè)，進(jìn)口3個(gè)，出口1個(gè)。公路隧道運(yùn)營(yíng)和監(jiān)控設(shè)施的完備程度直接關(guān)系到隧道的社會(huì)服務(wù)功能和服務(wù)水平，因此，公路管理部門考慮問(wèn)題的出發(fā)點(diǎn)是如何最大限度地滿足公眾對(duì)行車安全、高效和舒適的需要。瑞士對(duì)運(yùn)營(yíng)監(jiān)控設(shè)施的設(shè)計(jì)、安裝和維護(hù)非常重視，在選擇運(yùn)營(yíng)監(jiān)控設(shè)施時(shí)，充分論證設(shè)備投資與運(yùn)營(yíng)維護(hù)費(fèi)用之間的關(guān)系。長(zhǎng)大隧道基本都有專門的監(jiān)控

13、設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)程控管理，加之完善的標(biāo)志和安全設(shè)施，使駕駛員沒(méi)有絲毫的恐懼感和不適感。瑞士的隧道監(jiān)控系統(tǒng)稱之為“電器自動(dòng)化”系統(tǒng)，包括火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，消防滅火子系統(tǒng)，閉路電視子系統(tǒng)，無(wú)線通訊子系統(tǒng)，交通信號(hào)子系統(tǒng)，緊急 子系統(tǒng)，通風(fēng)控制子系統(tǒng)，照明控制子系統(tǒng)，車輛檢測(cè)子系統(tǒng)及供電子系統(tǒng)。在緊急情況下，如發(fā)生交通事故、火災(zāi)時(shí)同步監(jiān)視器、大屏幕監(jiān)視器將自動(dòng)切換至發(fā)生事故的位置，指揮中心即刻可以采取的相應(yīng)救援措施，使事故得以迅速的得到控制（見(jiàn)圖14、15）。 圖14隧道監(jiān)控中心的監(jiān)控設(shè)備 圖15隧道監(jiān)控機(jī)組隧道內(nèi)部機(jī)電設(shè)備、沿線設(shè)施的設(shè)置充分體現(xiàn)了以人為本的理念，著重考慮了車速控制、車輛間距、救援設(shè)施、交

14、通引導(dǎo)和交通管制等方面。例如，在一定距離范圍內(nèi)設(shè)置信號(hào)燈和情報(bào)板，緊急 采用明顯的圖例、燈光提醒司機(jī)，情報(bào)板提供的控制信息較為豐富；在洞內(nèi)兩側(cè)的行人道上每隔一定距離的地面上安裝有指示燈，隧道內(nèi)標(biāo)線采用虛線，允許變車道超車，隧道內(nèi)外路段一般不設(shè)置突起路標(biāo)。緊急 的標(biāo)志為紅底白字“SOS”及 圖案標(biāo)志，對(duì)港灣式緊急停車帶的設(shè)置沒(méi)有嚴(yán)格規(guī)定，甚至有超過(guò)2km長(zhǎng)的隧道并沒(méi)有緊急停車帶。特別值得一提的是洞內(nèi)視線較好，各種通道、設(shè)備上均有明顯的燈光、圖例；洞內(nèi)交通標(biāo)志明顯、齊全，車速控制較為嚴(yán)格，車輛有序通行。洞口外一般設(shè)置隧道、長(zhǎng)度提示牌和交通信號(hào)燈，重要的隧道洞口均設(shè)置可變限速標(biāo)志。綜上所述，可以看到

15、瑞士的隧道設(shè)計(jì)師們無(wú)不體現(xiàn)：以人為本、安全、環(huán)保、創(chuàng)新的設(shè)計(jì)理念。下面我們?cè)賮?lái)探討一下瑞士建設(shè)者們?nèi)绾尾捎玫南冗M(jìn)的技術(shù)來(lái)進(jìn)行施工。2 瑞士的先進(jìn)施工技術(shù)2.1 幾種先進(jìn)的施工技術(shù)在我國(guó)以前隧道施工中一般采用礦山法進(jìn)行施工，在后來(lái)才引進(jìn)了新奧法施工理念和技術(shù)。由于瑞士的隧道施工起步早，工藝成熟，設(shè)備先進(jìn)，除新奧法外還有其他幾種施工技術(shù)。新奧法施工技術(shù) 在20世紀(jì)40年代，瑞士就采用了新奧法進(jìn)行施工。新奧法是應(yīng)用巖體力學(xué)原理，以維護(hù)和利用圍巖的自穩(wěn)能力為基礎(chǔ)，將錨桿和噴射混凝土集合在一起作為主要支護(hù)手段，及時(shí)進(jìn)行支護(hù)，以便控制圍巖的變形和松弛，使圍巖成為支護(hù)體系的組成部分，形成以錨桿、噴射混凝土和

16、隧道圍巖三位一體的承載結(jié)構(gòu)，共同承載山體壓力；同時(shí)，通過(guò)對(duì)圍巖的現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)，及時(shí)反饋圍巖支護(hù)復(fù)合體的力學(xué)動(dòng)態(tài)和變化狀況，為二次支護(hù)提供合理的架設(shè)時(shí)機(jī)；通過(guò)監(jiān)控量測(cè)反饋的信息來(lái)指導(dǎo)隧道的設(shè)計(jì)和施工。即其主要特點(diǎn)是：通過(guò)多種量測(cè)手段，對(duì)開挖后隧道圍巖進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，并以此指導(dǎo)隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工。新奧法施工的基本原則為：少擾動(dòng)、早噴錨、勤量測(cè)、緊封閉。根據(jù)地質(zhì)情況細(xì)分為全斷面開挖、上下分步開挖、側(cè)壁導(dǎo)坑法等。瑞士30%的隧道是采用這種方法施工的，隧道橫斷面是圓形或馬蹄形。此法適用范圍廣，幾乎所有巖石隧道都可以采用，靈活省電，但效率低，工期長(zhǎng)，勞動(dòng)力多。鉆爆法的適用受到工資昂貴的制約，瑞士道路工程建

17、設(shè)中的人工開支一般占到施工費(fèi)用的50%，而我國(guó)一般占20%。全斷面掘進(jìn)機(jī)法（TBM法）施工技術(shù) 全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)又稱隧道掘進(jìn)機(jī)，簡(jiǎn)稱掘進(jìn)機(jī)，它是一種由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)、對(duì)刀盤施加一定壓力、使其貼近巖壁、通過(guò)刀盤上裝設(shè)的盤形滾刀破碎巖石、使巷道斷面一次成型的大型工程機(jī)械，也是目前掘進(jìn)巖石最有發(fā)展規(guī)律潛力的機(jī)械之一。采用掘進(jìn)機(jī)施工的方法，稱為掘進(jìn)機(jī)法。其施工方法又分為敞開式掘進(jìn)機(jī)和護(hù)壁式掘進(jìn)機(jī)兩種。其特點(diǎn)是：快速、經(jīng)濟(jì)、安全、巖層適應(yīng)性好（見(jiàn)圖16、圖17）。TBM法在瑞士應(yīng)用已經(jīng)有30-40年的歷史，約50%的隧道使用該法，隧道斷面是圓形。它的顯著特點(diǎn)是：效率高，掘進(jìn)速度快，無(wú)振動(dòng)，對(duì)圍巖干擾

18、少，無(wú)超欠挖，支護(hù)薄，機(jī)械化作業(yè)用工少；缺點(diǎn)是耗電大，設(shè)備投資大，靈活性差。TBM直徑一般在8m-12m，一臺(tái)直徑15 m的TBM造價(jià)大約為200萬(wàn)瑞士法郎。全斷面掘進(jìn)速度為平均41m/d，特殊情況的極硬巖4.5 m/d，延米隧道的單價(jià)分析表明設(shè)備及開挖土石方費(fèi)用約占總費(fèi)用的50%。 圖16全斷面掘進(jìn)機(jī)施工中 圖17全斷面掘進(jìn)機(jī)自由斷面掘進(jìn)機(jī)法（TSM法）施工技術(shù) 多在中等硬度的沉積巖或土層中(Rb70MPa)使用，任何斜面都可使用，但是效率比TBM法低許多。一臺(tái)30t-50t的自由斷面掘進(jìn)機(jī)造價(jià)為300萬(wàn)-500萬(wàn)瑞士法郎。根據(jù)情況可采用小斷面掘進(jìn)機(jī)先行掘進(jìn)，后用鉆爆法擴(kuò)大斷面，結(jié)合兩者優(yōu)點(diǎn)

19、的施工方法在瑞士非常普遍?？v觀TBM和TSM法，其最大特點(diǎn)就是機(jī)械化程度高，現(xiàn)場(chǎng)管理井然有序，所用人工數(shù)量較少，施工環(huán)境較好，沒(méi)有明顯的煙塵和粉塵，可以說(shuō)達(dá)到了工廠化作業(yè)。洞身開挖、初期支護(hù)到二次襯砌全部采用機(jī)械連續(xù)施工，棄渣、材料和混凝土運(yùn)輸均采用運(yùn)輸帶連續(xù)運(yùn)出、運(yùn)入，有較長(zhǎng)的自動(dòng)化、連續(xù)化的工作平臺(tái)，整個(gè)施工形成了連續(xù)化的流水作業(yè)鏈，施工所用的各種材料、半成品及成品構(gòu)件均由工廠加工。例如，初期支護(hù)所用的鋼筋網(wǎng)采用點(diǎn)焊連接，工廠集中加工，鋼筋間距非常均勻。同時(shí)，在隧道中利用機(jī)械大園盤轉(zhuǎn)動(dòng)的方式解決各種車輛的調(diào)頭問(wèn)題。從施工的現(xiàn)場(chǎng)看，施工的工序、方法，以及質(zhì)量控制的手段較為嚴(yán)格，需要工人手工作

20、業(yè)的工作量較少，減少了人為因素對(duì)質(zhì)量的影響。 準(zhǔn)確的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)隧道施工最大的困難就是其前方的圍巖性質(zhì)的不可知性，潛在的地質(zhì)隱患諸如軟弱巖帶、斷層帶、破碎帶、巖溶、含水地層等，在隧道開挖施工前若不能預(yù)知，則可能會(huì)導(dǎo)致坍塌、突泥涌水等災(zāi)害發(fā)生，從而造成人員傷害和設(shè)備損失，增加施工費(fèi)用，影響工程進(jìn)度。一種較好的解決方法就是通過(guò)準(zhǔn)確的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)來(lái)預(yù)防。在實(shí)際中有幾種不同的預(yù)報(bào)方法可以利用，如：導(dǎo)坑、鉆探、無(wú)損探測(cè)方法（如地震法和地震雷達(dá)法等）。目前在瑞士流行的是準(zhǔn)確性和距離誤差方面具有突出優(yōu)點(diǎn)的TSP法。TSP（Tunnel Seismic Prediction）意思是采用地震方方法對(duì)隧道地質(zhì)

21、情況進(jìn)行探測(cè)，屬多波多分量高分辨率地震波探測(cè)技術(shù)（見(jiàn)圖18、19）。與常規(guī)地震反射波探測(cè)技術(shù)不同之處，在于該系統(tǒng)為長(zhǎng)距離隧道施工地質(zhì)超前探測(cè)而設(shè)計(jì)，其最大預(yù)報(bào)范圍大于150m。該技術(shù)主要是在隧道的左邊墻或右邊墻上布置一定數(shù)量的炮孔，通過(guò)小藥量激發(fā)產(chǎn)生地震波（彈性波），地震波在巖石中以球面波形式傳播，地震波遇到巖石波阻抗差異界面（例如裂隙帶、斷層或巖層變化等），有一部分信號(hào)會(huì)發(fā)生反射，反射信號(hào)將被布置在左右邊墻上的二個(gè)高靈敏度的三分量加速度地震傳感器（檢波器）所接收并記錄下來(lái)。同時(shí)利用配套的專用TSPWIN軟件進(jìn)行處理。TSPWIN軟件中數(shù)據(jù)處理流程包括11個(gè)主要步驟，包括頻譜分析、帶通濾波、能

22、量均衡、縱橫波分離、速度分析和偏移歸位等。處理結(jié)果可以提供在探測(cè)范圍內(nèi)地震反射層的2D或3D空間分布，同時(shí)還可以顯示與其相對(duì)應(yīng)的巖石力學(xué)參數(shù)和巖石強(qiáng)度指標(biāo)。根據(jù)反射波的組合特征及其動(dòng)力特征、巖石物理力學(xué)參數(shù)等資料來(lái)解釋和推斷地質(zhì)體的性質(zhì)：巖層軟弱帶、斷層帶、節(jié)理裂隙帶、含水等。其準(zhǔn)確率相當(dāng)?shù)母撸軌蚣皶r(shí)準(zhǔn)確的指導(dǎo)施工，有效的控制地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，降低成本，提高隧道掘進(jìn)的進(jìn)度，將風(fēng)險(xiǎn)降低到最小。圖18 TSP探測(cè)原理 圖19 TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)實(shí)測(cè)中2.3 先進(jìn)的施工量測(cè)技術(shù)隧道的施工量測(cè)對(duì)于隧道按圖紙施工、最后的貫通并保證良好的運(yùn)營(yíng)具有重要的意義。隧道施工量測(cè)主要指施工放樣測(cè)量、斷面測(cè)量、和竣工

23、測(cè)量。在量測(cè)技術(shù)不斷發(fā)展，其主要表現(xiàn)是自動(dòng)化程度越來(lái)越高，測(cè)量?jī)x器的體積越來(lái)越小，重量越來(lái)越輕，測(cè)量速度越來(lái)越快，工效越來(lái)越高。最有代表性的發(fā)展是全站儀和GPS的廣泛應(yīng)用，以及這兩種技術(shù)的融合。現(xiàn)在我們所說(shuō)的施工放樣測(cè)量并不是簡(jiǎn)單的中線測(cè)量，還包括：掌子面炮孔放樣、超前注漿孔位放樣、激光導(dǎo)向測(cè)量、隧道輪廓線放樣、鋼拱定位、錨桿定位測(cè)量、模板放樣以及避車洞、橫道洞放樣等；斷面測(cè)量主要包括斷面放樣、超欠挖控制、凈空檢查、實(shí)際斷面形狀測(cè)量及斷面圖繪制等內(nèi)容。這些測(cè)量項(xiàng)目以前一般用經(jīng)緯儀或全站儀來(lái)完成，但進(jìn)入21世紀(jì)，隨著全自動(dòng)全站儀技術(shù)的發(fā)展，使得以全站儀為基礎(chǔ)的隧道斷面測(cè)量成為可能。瑞士人發(fā)明了一

24、種新的LEICA TMS隧道測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，LEICA TMS隧道測(cè)量系統(tǒng)是安伯格測(cè)量技術(shù)公司與萊卡測(cè)量系統(tǒng)股份公司強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合的結(jié)晶，它吸取了前幾代隧道斷面測(cè)量的精髓，并賦予全新的設(shè)計(jì)理念，以智能化的應(yīng)用軟件配合LEICA TPS1100/1200系列的通用全站儀，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，該儀器能按照鉆爆作業(yè)的質(zhì)量要求，炮孔放樣需要按設(shè)計(jì)打眼，掏槽孔深度和孔位、周邊外插角、孔間距和平行度、精度以及實(shí)際打眼總數(shù)都有詳細(xì)的描述和要求。能同時(shí)及時(shí)準(zhǔn)確的完成隧道斷面測(cè)量和施工放樣測(cè)量等多種測(cè)量任務(wù)。使用LEICA TMS按照預(yù)先就在辦公室中定義好的炮孔布置圖開始逐個(gè)放樣炮孔點(diǎn)位。在鉆孔的過(guò)程中，紅色的激光自動(dòng)的

25、指出炮孔點(diǎn)位，并且調(diào)整鑿巖臺(tái)車的位置以達(dá)到正確鉆孔插角。使用TMS PROLILE同樣使工作變得簡(jiǎn)單，機(jī)載應(yīng)用程序TMS PROSCAN可在無(wú)反射棱鏡測(cè)距模式下，全自動(dòng)的掃描表面。TMS PROSCAN內(nèi)置了標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量順序和過(guò)程，可引導(dǎo)無(wú)測(cè)量經(jīng)驗(yàn)的施工人員正確完成操作、獲得精確的專業(yè)測(cè)量結(jié)果。測(cè)量結(jié)果自動(dòng)保存在記憶卡上。配合原先在辦公室就輸入的工程數(shù)據(jù)來(lái)完成斷面評(píng)估的目的，TMS PROFILE有兩種比較方法：1、實(shí)際測(cè)量斷面和預(yù)先定義的理論斷面的比較，以獲得對(duì)超欠挖的評(píng)估；2、相同里程上兩次的實(shí)際測(cè)量斷面的比較，以獲得混凝土襯砌的厚度。即使是在隧道的施工現(xiàn)場(chǎng)，如果發(fā)現(xiàn)預(yù)先輸入的工程數(shù)據(jù)需要調(diào)整

26、，測(cè)量員就可以馬上解決這個(gè)問(wèn)題，因?yàn)門MS可以實(shí)現(xiàn)在全站儀上管理工程數(shù)據(jù)?，F(xiàn)場(chǎng)人員可以在全站儀上看到圖形表示的比較結(jié)果。有問(wèn)題的部位還可通過(guò)紅色可見(jiàn)激光直接指示在隧道工作面上。即它能指示出超挖和欠挖區(qū)域在開挖斷面上的具體位置，進(jìn)而能達(dá)到知道和優(yōu)化隧道施工的目的，控制隧道的超欠挖。在隧道施工中的鋼拱架放樣，瑞士人也采用TMS SETOUT自動(dòng)放樣技術(shù)，通過(guò)在掌子面后方的一定距離范圍內(nèi)固定安裝一臺(tái)LEICA TCRA1205全站儀來(lái)完成對(duì)鋼拱架安裝位置的自動(dòng)放樣（見(jiàn)圖20、圖21）。 圖20 全自動(dòng)全站儀測(cè)量中 圖21 全自動(dòng)全站儀定位鋼拱架每次開始開挖循環(huán)作業(yè)前，隧道施工人員先通過(guò)TMS SET

27、OUT中的一個(gè)稱為“輪廓線放樣”的“任務(wù)”精確的獲得開挖部位的設(shè)計(jì)斷面位置，然后根據(jù)TMS SETOUT的紅色可見(jiàn)激光的指示將鋼拱安放和調(diào)整到需要的位置。當(dāng)完成混凝土噴射后，還需要再檢查一次，檢查實(shí)際斷面與設(shè)計(jì)斷面的差異，是否符合設(shè)計(jì)要求。采用上述隧道輪廓線放樣和鋼拱架安裝測(cè)量方法極大的提高了隧道施工效率，整個(gè)鋼拱架的定位只需要大約15分鐘，而傳統(tǒng)的方法可能需要幾個(gè)小時(shí)或更多時(shí)間（包括等待測(cè)量員的停工時(shí)間）。 3 結(jié) 語(yǔ)通過(guò)這次考察，我們學(xué)到了瑞士工程師們有關(guān)隧道設(shè)計(jì)方面的新理念和施工方面的新技術(shù)，通過(guò)對(duì)比我們現(xiàn)在的隧道設(shè)計(jì)與施工同他們之間還有差距，需要我們根據(jù)實(shí)際情況去不斷的改進(jìn)與創(chuàng)新。在高速公路快速發(fā)展的今天，我們的線路大都由平坦地區(qū)轉(zhuǎn)向了向山區(qū)發(fā)展，所以高速公路的隧道比例不斷增加，長(zhǎng)大及特長(zhǎng)隧道也越來(lái)越多，如現(xiàn)在正在修建中的武吉高速公路建設(shè)項(xiàng)目就有隧道24座，單洞里程59km,最長(zhǎng)的隧道為5432m，創(chuàng)造了江西省隧道史的長(zhǎng)度之最。我們需要吸取國(guó)外一些好的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和先進(jìn)的施工