引漢濟渭隧洞施工若干技術(shù)問題探討

劉宏超，劉貴雄

（陜西省引漢濟渭工程協(xié)調(diào)領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室，陜西西安 710004）

引漢濟渭工程是從陜南的漢江流域調(diào)水到渭河流域的關(guān)中地區(qū)，是解決關(guān)中水資源短缺，實現(xiàn)陜西省內(nèi)水資源的優(yōu)化配置，促進全省經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展的跨流域調(diào)水工程。秦嶺輸水隧洞是引漢濟渭工程的唯一輸水工程。秦嶺隧洞總長98 km，隧洞為明流洞，隧洞設(shè)計流量70 m3/s，規(guī)劃向關(guān)中調(diào)水15億m3。越嶺段約40 km為TBM施工，其余支洞、主洞均為傳統(tǒng)的鉆爆法施工。秦嶺隧洞施工具有埋深大，地質(zhì)情況復(fù)雜，施工難度大等特點。參與設(shè)計的單位分別為鐵一院和黃河院，施工單位以鐵路系統(tǒng)施工企業(yè)為主。由于水利水電和鐵路、公路隧洞常常有行業(yè)技術(shù)規(guī)范的差異，在施工中，不同行業(yè)規(guī)范的良好協(xié)調(diào)與融合，保證了引漢濟渭工程隧洞施工的順利進行，下面就有關(guān)技術(shù)問題進行探討。

1 引漢濟渭隧洞的動態(tài)設(shè)計

隧洞施工的動態(tài)設(shè)計就是在施工藍圖的基礎(chǔ)上，對開挖、支護、襯砌結(jié)構(gòu)進行合理的修改，以使其適應(yīng)開挖掌子面圍巖的變化情況。動態(tài)設(shè)計現(xiàn)行規(guī)范明確要求[1]“在錨噴施工中，工程建設(shè)各方必須密切配合，根據(jù)圍巖條件的變化情況，及時調(diào)整支護方案和施工措施，做到安全可靠，經(jīng)濟合理”。

引漢濟渭工程隧洞的動態(tài)設(shè)計模式，可以概況為“全盤考慮，預(yù)先設(shè)計；跟蹤施工，及時反饋；動態(tài)設(shè)計，安全經(jīng)濟”。引漢濟渭隧洞施工圖是設(shè)計單位根據(jù)前期的地質(zhì)調(diào)查勘探資料設(shè)計的，一般按照不同區(qū)段的圍巖類別，設(shè)計有Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ至少4種圍巖開挖支護方式[2]，基本能滿足不同圍巖類別情況下的安全掘進需要，不同圍巖的詳細支護參數(shù)見表1，隧洞襯砌標準斷面見圖1。

引漢濟渭工程隧洞動態(tài)設(shè)計，一般有以下3種情形，第1種是圖紙設(shè)計與實際相符，照圖施工，不發(fā)生變化。第2種是由施工單位根據(jù)圍巖的變化提出變更設(shè)計的申請，經(jīng)監(jiān)理、設(shè)代、業(yè)主現(xiàn)場部4方查看討論形成意見，確定圍巖類別和支護方式，然后及時履行4方匯簽手續(xù)，套用設(shè)計圖中相應(yīng)類別圍巖的支護方式。當由施工單位提出變更時往往是需要加強支護，增加費用。第3種由監(jiān)理、設(shè)代或業(yè)主代表在日常巡查中根據(jù)圍巖情況的變化，確認圍巖類別后，提出優(yōu)化設(shè)計要求，明確開挖支護方式，履行4方匯簽手續(xù)，施工單位據(jù)此套用設(shè)計圖中相應(yīng)類別圍巖的支護方式進行施工。這種情況下往往是減少支護，降低費用。秦嶺隧洞6號主洞上游方向通過動態(tài)設(shè)計，將原斷層QF3-4段約300 m的Ⅳ、Ⅴ類圍巖支護變更為Ⅲ類圍巖開挖支護，既保證了安全，還大大加快了進度，降低了造價。

表1 6號洞襯砌及支護參數(shù)表Tab.1 Lining and support parameters of No.6 tunnel

圖1 隧洞襯砌標準斷面Fig.1 Standard cross-section of the tunnel lining

動態(tài)設(shè)計的難點在于確定圍巖的類別。一般是憑經(jīng)驗判斷圍巖類別,受現(xiàn)場人員水平的局限，業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計與施工單位往往對圍巖的判斷意見不一，施工單位一般希望加強支護，設(shè)計單位、業(yè)主方往往可能優(yōu)化支護，圍巖復(fù)雜時，偏向安全考慮，加強支護，圍巖穩(wěn)定時，則優(yōu)化支護，加快進度。

綜上所述，動態(tài)設(shè)計的實質(zhì)是針對不同圍巖，開挖和支護手段隨之改變，其實也是不同支護方式的樁號進行了合理科學(xué)的動態(tài)調(diào)整，使設(shè)計工作更加符合圍巖的實際情況，從而達到了安全可靠，經(jīng)濟合理。

2 隧洞的超前地質(zhì)預(yù)報

施工圖階段評價為高風(fēng)險和極高風(fēng)險的軟弱圍巖及不良地質(zhì)段落，加強超前地質(zhì)預(yù)報是保證施工安全的保證。2012年，引漢濟渭工程合同明確了超前預(yù)報的責(zé)任主體是設(shè)計單位，其超前預(yù)報的地質(zhì)工作由設(shè)計單位組織實施，施工單位積極配合。特別是對地質(zhì)情況復(fù)雜區(qū)段，要按照“物探先行，鉆探驗證，有掘必探，先探后掘”的原則組織施工。2012年以來，6號洞對發(fā)現(xiàn)的兩處不良地質(zhì)地段進行了超前預(yù)報，特別是7月19日，在k67+163位置，準確判斷掌子面前方有較大的富水層，隨即施工單位進行了鉆孔排水，現(xiàn)場部根據(jù)情況及時確定了“加強排水、加強觀測、暫停掘進、擇機而進”的決定，避免了涌水的發(fā)生，保證了施工安全。

目前，涌水預(yù)測仍然是隧洞超前地質(zhì)預(yù)報中的薄弱環(huán)節(jié)，往往是在有涌水征兆或是已發(fā)生小量涌水時才進行超前探水預(yù)報。為了提高地質(zhì)超前預(yù)報特別是涌水預(yù)測的準確性，對物探發(fā)現(xiàn)的異常區(qū)進行鉆探驗證是必要手段。

3 隧洞開挖方式探討

隧洞開挖施工方法的選擇取決于巖體類別、洞室斷面的大小等因素。對于小斷面圍巖較好的情況，一般選用全斷面開挖；對于中小斷面的圍巖較差的洞室采用短臺階法開挖；大斷面較好的圍巖長臺階分層開挖。但在工程實踐中，設(shè)計、監(jiān)理、施工對開挖方式意見往往不一。由于公路、鐵路隧道，斷面大小一般在110~140 m2，屬于大斷面，其施工規(guī)范也是與斷面尺寸配套的，對這類圍巖，要求分層分部開挖。引漢濟渭隧洞斷面按圍巖類別的不同，斷面大小在47~58 m2，按照《水工建筑物地下開挖工程施工規(guī)范》SL378—2007，屬于中斷面[3]。為方便施工，對Ⅱ、Ⅲ類圍巖，利用圍巖的自穩(wěn)時間，支護與開挖保持一定間距，有利于快速施工。對Ⅳ、Ⅴ類圍巖，施工單位采取了“光面爆、全斷面、短進尺、緊支護”的開挖方式，并未分臺階開挖，實踐證明效果不錯，這也符合新奧法的精神。所以，切忌本本主義，需根據(jù)圍巖類別、斷面大小、經(jīng)過施工試驗進行總結(jié)，施工規(guī)范也需要科學(xué)理解，規(guī)范也需要不斷創(chuàng)新。不能將公路、鐵路隧洞的有些規(guī)范和工法簡單地套用到引漢濟渭工程的隧洞施工中來，因為，他們之間的斷面面積差異較大。

4 關(guān)于隧洞的初期支護

4.1 初期支護的時效

隧洞的支護施工要根據(jù)圍巖的類別，分類管理，做到安全、快速。施工規(guī)范[1]明確要求，“在Ⅳ、Ⅴ類圍巖中進行施工作業(yè)時，錨噴支護應(yīng)緊跟工作面”開挖后及時支護。《SL378-2007》則要求根據(jù)開挖后圍巖的穩(wěn)定情況確定錨噴支護的順序與時機，支護應(yīng)適時施作[3-4]。有些行業(yè)規(guī)范和教科書中籠而統(tǒng)之的強調(diào)，“初期支護必須緊跟開挖工作面及時進行”的觀點是值得商榷的。設(shè)計圖紙只要求Ⅳ、Ⅴ類圍巖開挖后立即支護，初期支護應(yīng)緊跟掌子面。在遇到嚴重風(fēng)化的圍巖或遇到斷層破碎帶時采用短進尺及時掛網(wǎng)噴護，必要時進行超前小導(dǎo)管進行注漿加固。但在實際施工中，應(yīng)提倡利用圍巖在無支護條件下的允許暴露時間也就是圍巖的自穩(wěn)時間，實現(xiàn)短距離的掘進與支護分離，以減少施工干擾，加快施工進度，圍巖的自穩(wěn)時間，應(yīng)該在實際施工中總結(jié)探索，引漢濟渭工程5、6、7號洞在這方面進行了有益的探索，也是對新奧法理論的實踐和對施工規(guī)范的創(chuàng)新。所以，對硬巖（Ⅰ~Ⅲ）圍巖，即“鉆爆設(shè)計、光爆施工、工序組織、快速施工”。對軟巖（Ⅳ~Ⅴ）圍巖，“圍巖量測、確保安全、遵守設(shè)計、按部就班”這一施工理念也與新奧法是一致的。

4.2 關(guān)于錨桿問題

引漢濟渭工程隧洞設(shè)計的錨桿為Φ22砂漿錨桿和Φ25的中空注漿錨桿。但在施工中，幾乎沒有那一家施工單位遵從設(shè)計要求，而是普遍使用了錨固劑錨桿，從安全的角度考慮，應(yīng)該是用錨桿錨固劑更好一些，因為錨固劑里有速凝成分，可以快速形成強度，能夠使錨桿盡快發(fā)揮支護作用，加上相應(yīng)的鋼筋網(wǎng)和噴射混凝土，可以快速對破碎圍巖進行支護和封閉。錨固劑能在短時間內(nèi)起到錨固作用，且強度快，砂漿錨桿很難保證密實。工程實踐中的設(shè)計與施工的明顯脫節(jié)，這一現(xiàn)象值得研究探討。近幾年大量的公路、鐵路、水利水電工程實踐表明，錨固劑錨桿替代砂漿錨桿已成為施工大趨勢。

5 二次襯砌與掌子面的距離

由于引漢濟渭工程的設(shè)計、施工單位多年從事公路、鐵路隧道。而鐵路隧道施工，對二襯間距的嚴格限制，似有行政命令色彩。公路隧道施工規(guī)范[5]雖然并沒有明確規(guī)定二次襯砌與掌子面的距離，一般也要求在圍巖和初期支護變形基本穩(wěn)定后進行襯砌，說明二次襯砌與掌子面的距離沒有硬性的規(guī)定，這與鐵路規(guī)范嚴格的距離要求不同。水利工程規(guī)范[3]第7.4.2條則明確要求“采用現(xiàn)澆混凝土襯砌的隧洞，襯砌應(yīng)在隧洞貫通后或掘進機開挖一段距離后進行”，這也說明二襯與掌子面的距離沒有嚴格設(shè)計。通過以上討論，應(yīng)該使引漢濟渭工程的二次襯砌與掌子面的距離的認識得到澄清。因此，鑒于引漢濟渭工程隧洞斷面不大，而且隧洞二襯的主要功能是減小糙率，保證工程的使用壽命，建議在不影響開挖施工、不改變襯砌結(jié)構(gòu)的情況下適時進行二次襯砌，不受鐵路規(guī)范的條條框框限制，引漢濟渭工程秦嶺隧洞的實踐也證明，不應(yīng)再糾結(jié)與掌子面的距離問題。

[1]國家冶金工業(yè)局.GB 50086-2001錨桿噴射混凝土支護技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2001.

[2]中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司.陜西省引漢濟渭工程秦嶺隧洞越嶺段6號洞工區(qū)《主洞勘探試驗段設(shè)計報告》[R].2011.

[3]中華人民共和國水利部.SL378-2007水工建筑物地下開挖工程施工規(guī)范[S].北京：中國水利水電出版社，2008.

[4]中華人民共和國水利部.SL377-2007水利水電工程噴錨支護技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國水利水電出版社，2008.

[5]中華人民共和國交通運輸部.JTGF60-2009公路隧道施工技術(shù)規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2009.