劉宏超，劉貴雄

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

引漢濟(jì)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(shí)現(xiàn)陜西省內(nèi)水資源的優(yōu)化配置，促進(jìn)全省經(jīng)濟(jì)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(jì)渭工程的唯一輸水工程。秦嶺隧洞總長(zhǎng)98 km，隧洞為明流洞，隧洞設(shè)計(jì)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(diǎn)。參與設(shè)計(jì)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(jì)渭工程隧洞施工的順利進(jìn)行，下面就有關(guān)技術(shù)問題進(jìn)行探討。

1 引漢濟(jì)渭隧洞的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)

隧洞施工的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)就是在施工藍(lán)圖的基礎(chǔ)上，對(duì)開挖、支護(hù)、襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)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(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)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(shí)調(diào)整支護(hù)方案和施工措施，做到安全可靠，經(jīng)濟(jì)合理”。

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

引漢濟(jì)渭工程隧洞動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，一般有以下3種情形，第1種是圖紙?jiān)O(shè)計(jì)與實(shí)際相符，照?qǐng)D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(jì)的申請(qǐng)，經(jīng)監(jiān)理、設(shè)代、業(yè)主現(xiàn)場(chǎng)部4方查看討論形成意見，確定圍巖類別和支護(hù)方式，然后及時(shí)履行4方匯簽手續(xù)，套用設(shè)計(jì)圖中相應(yīng)類別圍巖的支護(hù)方式。當(dāng)由施工單位提出變更時(shí)往往是需要加強(qiáng)支護(hù)，增加費(fèi)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(rèn)圍巖類別后，提出優(yōu)化設(shè)計(jì)要求，明確開挖支護(hù)方式，履行4方匯簽手續(xù)，施工單位據(jù)此套用設(shè)計(jì)圖中相應(yīng)類別圍巖的支護(hù)方式進(jìn)行施工。這種情況下往往是減少支護(hù)，降低費(fèi)用。秦嶺隧洞6號(hào)主洞上游方向通過動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，將原斷層QF3-4段約300 m的Ⅳ、Ⅴ類圍巖支護(hù)變更為Ⅲ類圍巖開挖支護(hù)，既保證了安全，還大大加快了進(jìn)度，降低了造價(jià)。

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

圖1 隧洞襯砌標(biāo)準(zhǔn)斷面Fig.1 Standard cross-section of the tunnel lining

動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于確定圍巖的類別。一般是憑經(jīng)驗(yàn)判斷圍巖類別,受現(xiàn)場(chǎng)人員水平的局限，業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計(jì)與施工單位往往對(duì)圍巖的判斷意見不一，施工單位一般希望加強(qiáng)支護(hù)，設(shè)計(jì)單位、業(yè)主方往往可能優(yōu)化支護(hù)，圍巖復(fù)雜時(shí)，偏向安全考慮，加強(qiáng)支護(hù)，圍巖穩(wěn)定時(shí)，則優(yōu)化支護(hù)，加快進(jìn)度。

綜上所述，動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)是針對(duì)不同圍巖，開挖和支護(hù)手段隨之改變，其實(shí)也是不同支護(hù)方式的樁號(hào)進(jìn)行了合理科學(xué)的動(dòng)態(tài)調(diào)整，使設(shè)計(jì)工作更加符合圍巖的實(shí)際情況，從而達(dá)到了安全可靠，經(jīng)濟(jì)合理。

2 隧洞的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

施工圖階段評(píng)價(jià)為高風(fēng)險(xiǎn)和極高風(fēng)險(xiǎn)的軟弱圍巖及不良地質(zhì)段落，加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是保證施工安全的保證。2012年，引漢濟(jì)渭工程合同明確了超前預(yù)報(bào)的責(zé)任主體是設(shè)計(jì)單位，其超前預(yù)報(bào)的地質(zhì)工作由設(shè)計(jì)單位組織實(shí)施，施工單位積極配合。特別是對(duì)地質(zhì)情況復(fù)雜區(qū)段，要按照“物探先行，鉆探驗(yàn)證，有掘必探，先探后掘”的原則組織施工。2012年以來，6號(hào)洞對(duì)發(fā)現(xiàn)的兩處不良地質(zhì)地段進(jìn)行了超前預(yù)報(bào)，特別是7月19日，在k67+163位置，準(zhǔn)確判斷掌子面前方有較大的富水層，隨即施工單位進(jìn)行了鉆孔排水，現(xiàn)場(chǎng)部根據(jù)情況及時(shí)確定了“加強(qiáng)排水、加強(qiáng)觀測(cè)、暫停掘進(jìn)、擇機(jī)而進(jìn)”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(cè)仍然是隧洞超前地質(zhì)預(yù)報(bào)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(shí)才進(jìn)行超前探水預(yù)報(bào)。為了提高地質(zhì)超前預(yù)報(bào)特別是涌水預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，對(duì)物探發(fā)現(xiàn)的異常區(qū)進(jìn)行鉆探驗(yàn)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(duì)于小斷面圍巖較好的情況，一般選用全斷面開挖；對(duì)于中小斷面的圍巖較差的洞室采用短臺(tái)階法開挖；大斷面較好的圍巖長(zhǎng)臺(tái)階分層開挖。但在工程實(shí)踐中，設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工對(duì)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(duì)這類圍巖，要求分層分部開挖。引漢濟(jì)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(duì)Ⅱ、Ⅲ類圍巖，利用圍巖的自穩(wěn)時(shí)間，支護(hù)與開挖保持一定間距，有利于快速施工。對(duì)Ⅳ、Ⅴ類圍巖，施工單位采取了“光面爆、全斷面、短進(jìn)尺、緊支護(hù)”的開挖方式，并未分臺(tái)階開挖，實(shí)踐證明效果不錯(cuò)，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(yàn)進(jìn)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(jiǎn)單地套用到引漢濟(jì)渭工程的隧洞施工中來，因?yàn)椋麄冎g的斷面面積差異較大。

4 關(guān)于隧洞的初期支護(hù)

4.1 初期支護(hù)的時(shí)效

隧洞的支護(hù)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(jìn)行施工作業(yè)時(shí)，錨噴支護(hù)應(yīng)緊跟工作面”開挖后及時(shí)支護(hù)。《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(hù)的順序與時(shí)機(jī)，支護(hù)應(yīng)適時(shí)施作[3-4]。有些行業(yè)規(guī)范和教科書中籠而統(tǒng)之的強(qiáng)調(diào)，“初期支護(hù)必須緊跟開挖工作面及時(shí)進(jìn)行”的觀點(diǎn)是值得商榷的。設(shè)計(jì)圖紙只要求Ⅳ、Ⅴ類圍巖開挖后立即支護(hù)，初期支護(hù)應(yīng)緊跟掌子面。在遇到嚴(yán)重風(fēng)化的圍巖或遇到斷層破碎帶時(shí)采用短進(jìn)尺及時(shí)掛網(wǎng)噴護(hù)，必要時(shí)進(jìn)行超前小導(dǎo)管進(jìn)行注漿加固。但在實(shí)際施工中，應(yīng)提倡利用圍巖在無支護(hù)條件下的允許暴露時(shí)間也就是圍巖的自穩(wěn)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)短距離的掘進(jìn)與支護(hù)分離，以減少施工干擾，加快施工進(jìn)度，圍巖的自穩(wěn)時(shí)間，應(yīng)該在實(shí)際施工中總結(jié)探索，引漢濟(jì)渭工程5、6、7號(hào)洞在這方面進(jìn)行了有益的探索，也是對(duì)新奧法理論的實(shí)踐和對(duì)施工規(guī)范的創(chuàng)新。所以，對(duì)硬巖（Ⅰ~Ⅲ）圍巖，即“鉆爆設(shè)計(jì)、光爆施工、工序組織、快速施工”。對(duì)軟巖（Ⅳ~Ⅴ）圍巖，“圍巖量測(cè)、確保安全、遵守設(shè)計(jì)、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(jì)渭工程隧洞設(shè)計(jì)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(jì)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?yàn)殄^固劑里有速凝成分，可以快速形成強(qiáng)度，能夠使錨桿盡快發(fā)揮支護(hù)作用，加上相應(yīng)的鋼筋網(wǎng)和噴射混凝土，可以快速對(duì)破碎圍巖進(jìn)行支護(hù)和封閉。錨固劑能在短時(shí)間內(nèi)起到錨固作用，且強(qiáng)度快，砂漿錨桿很難保證密實(shí)。工程實(shí)踐中的設(shè)計(jì)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(shí)踐表明，錨固劑錨桿替代砂漿錨桿已成為施工大趨勢(shì)。

5 二次襯砌與掌子面的距離

由于引漢濟(jì)渭工程的設(shè)計(jì)、施工單位多年從事公路、鐵路隧道。而鐵路隧道施工，對(duì)二襯間距的嚴(yán)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(hù)變形基本穩(wěn)定后進(jìn)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(yán)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(jìn)機(jī)開挖一段距離后進(jìn)行”，這也說明二襯與掌子面的距離沒有嚴(yán)格設(shè)計(jì)。通過以上討論，應(yīng)該使引漢濟(jì)渭工程的二次襯砌與掌子面的距離的認(rèn)識(shí)得到澄清。因此，鑒于引漢濟(jì)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(shí)進(jìn)行二次襯砌，不受鐵路規(guī)范的條條框框限制，引漢濟(jì)渭工程秦嶺隧洞的實(shí)踐也證明，不應(yīng)再糾結(jié)與掌子面的距離問題。

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

[2]中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.陜西省引漢濟(jì)渭工程秦嶺隧洞越嶺段6號(hào)洞工區(qū)《主洞勘探試驗(yàn)段設(shè)計(jì)報(bào)告》[R].2011.

[3]中華人民共和國(guó)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(guó)水利水電出版社，2008.

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

[5]中華人民共和國(guó)交通運(yùn)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.