張 磊

（山西水務(wù)工程建設(shè)監(jiān)理有限公司 山西太原 030002）

0 引言

隨著長(zhǎng)距離調(diào)水工程的增加，越來(lái)越多的水工隧洞需要穿過(guò)更為復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境，施工難度逐漸攀升，作為最原始但最可靠的鉆爆法技術(shù)便一次次遇到了考驗(yàn)，并借此趨向成熟和科學(xué)。從隧洞施工的特點(diǎn)看，毫無(wú)疑問(wèn)，無(wú)論是在理論還是實(shí)施層面，不同的隧洞應(yīng)該選擇不同的鉆爆和支護(hù)參數(shù)組織施工，才能確保安全、進(jìn)度和工程質(zhì)量，才能取得預(yù)期的效果。以輸水為主要目的的水工隧洞，外水內(nèi)滲和外水內(nèi)滲所形成的復(fù)雜的運(yùn)行環(huán)境對(duì)爆破質(zhì)量提出了更高的要求。然而遺憾的是，除個(gè)別重要的大型輸水項(xiàng)目外，目前很多水工隧洞工程的施工都是由資質(zhì)較低、非專業(yè)、以民工為主的隊(duì)伍承擔(dān)的。在爆破、支護(hù)等主要參數(shù)的選擇上，他們更多地（不求深解地）采用設(shè)計(jì)文件“規(guī)定”、“專家”意見(jiàn)或者借鑒別人的經(jīng)驗(yàn)，而較少考慮與本工程的具體邊界條件的適應(yīng)性。更為嚴(yán)重的是一些規(guī)范將借鑒經(jīng)驗(yàn)作為了隧洞施工技術(shù)選擇的重要規(guī)定。這樣的結(jié)果，不只可能對(duì)工程本身的進(jìn)展帶來(lái)不利，而且不利于總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和進(jìn)行理論研究，浪費(fèi)了大量技術(shù)提高的機(jī)會(huì)，致使多年后我們的隧洞爆破掘進(jìn)技術(shù)在某些方面還是基本停留在原地。本文對(duì)近年來(lái)一些水工隧洞鉆爆施工情況進(jìn)行了總結(jié)、分析，提出了一些需要重點(diǎn)研究解決的技術(shù)問(wèn)題，希望引起項(xiàng)目管理單位的重視，以便預(yù)期實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目目的，并共同推進(jìn)技術(shù)的進(jìn)步。

1 水工隧洞設(shè)計(jì)交底的深度

工程開(kāi)工前，建設(shè)單位一般會(huì)組織設(shè)計(jì)單位就圖紙、技術(shù)要求等向施工、監(jiān)理等現(xiàn)場(chǎng)參建單位進(jìn)行說(shuō)明，即設(shè)計(jì)交底。設(shè)計(jì)單位交底的深度決定了對(duì)方對(duì)設(shè)計(jì)意圖、指標(biāo)的把握程度，并由此選擇更為合理的施工方案予以實(shí)施。很多設(shè)計(jì)單位的設(shè)計(jì)交底工作的主要內(nèi)容定位在對(duì)工程結(jié)構(gòu)、工程質(zhì)量和完成時(shí)間的要求上，認(rèn)為現(xiàn)場(chǎng)方案、工法等的選擇完全是施工單位自己的權(quán)力和義務(wù)，既然施工單位承攬了任務(wù)，就應(yīng)該有能力和義務(wù)完成圖紙要求的所有工作。這是一個(gè)錯(cuò)誤的概念，至少是偏頗的，對(duì)圖紙和設(shè)計(jì)意圖向承包人做出進(jìn)一步的說(shuō)明，對(duì)于有些項(xiàng)目才是完整地提供了設(shè)計(jì)資料，是設(shè)計(jì)工作的延伸。圖紙以外，諸如初始地應(yīng)力的大小和方向，地下水的產(chǎn)量和方向等是影響隧洞施工的重要因素，而這些都是施工單位通過(guò)其他渠道不能或難以盡快獲取的基礎(chǔ)資料。對(duì)水工隧洞而言，除了一般隧洞工程需要提供運(yùn)行空間的功能外，內(nèi)水外滲增加了水的損失，并可能增加進(jìn)一步破壞圍巖強(qiáng)度的風(fēng)險(xiǎn)，其外水壓力則會(huì)使襯砌受荷更為復(fù)雜。因此，對(duì)設(shè)計(jì)交底工作的要求就理應(yīng)更加嚴(yán)格。

1.1 施工方案與基礎(chǔ)參數(shù)的關(guān)系

合理的掘進(jìn)和支護(hù)方案對(duì)保證成洞質(zhì)量、進(jìn)度、安全等有利，并可以有效地減少工程費(fèi)用，而相反的選擇對(duì)工程各方面的不利影響往往是難以估量的，甚至導(dǎo)致工程失敗。影響地下洞室開(kāi)挖的因素很多，很復(fù)雜，而且是往往是綜合發(fā)揮作用的。只有對(duì)基礎(chǔ)參數(shù)做到事先清晰了解，并在施工前認(rèn)真做好生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)，對(duì)相關(guān)資料進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證，才能制定相對(duì)可靠的隧洞施工方案。而水工隧洞作為線形地下工程，基礎(chǔ)資料有可能處于變化之中，因此不斷地對(duì)方案做出適時(shí)調(diào)整，是必須而重要的工作。

1.2 水工隧洞設(shè)計(jì)交底的必要內(nèi)容

水工隧洞施工的設(shè)計(jì)交底若僅僅局限于說(shuō)明設(shè)計(jì)對(duì)工程結(jié)構(gòu)的要求，以及初次支護(hù)與圍巖種類的匹配關(guān)系等，對(duì)隧洞施工來(lái)說(shuō)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。交底還應(yīng)該對(duì)隧洞沿線的地質(zhì)以及與隧洞結(jié)構(gòu)間的力學(xué)關(guān)系問(wèn)題進(jìn)行深入說(shuō)明。交底至少應(yīng)包括以下內(nèi)容：1）主要工程地質(zhì)情況。隧洞進(jìn)出口地形地貌條件（是否存在滑坡體、沖溝等，是否存在增設(shè)洞口和影響洞口穩(wěn)定的有利或不利條件，及其對(duì)工程的影響程度）；地層與巖性特征（重點(diǎn)是軟弱巖層的工程特性，強(qiáng)度等，對(duì)爆破和支護(hù)的影響）；主要地質(zhì)構(gòu)造（有無(wú)大斷層等不利成洞的構(gòu)造，施工單位需要進(jìn)一步完成的工作，注意事項(xiàng)等）；初始地應(yīng)力及二次應(yīng)力分布情況及其對(duì)施工的影響評(píng)價(jià)、注意事項(xiàng)；地下水的產(chǎn)量、流向及對(duì)施工的影響評(píng)價(jià)；有害氣體；巖爆、大變形等。2）圍巖以及巖石的力學(xué)參數(shù)，自穩(wěn)能力等。3）隧洞結(jié)構(gòu)與圍巖穩(wěn)定間的關(guān)系，支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力特征，選擇施工參數(shù)時(shí)的注意事項(xiàng)等。

2 水工隧洞圍巖分類現(xiàn)狀、問(wèn)題與建議

2.1 圍巖分類的現(xiàn)狀

2.1.1 總體情況

鑒于影響隧洞圍巖質(zhì)量的因素很多、很復(fù)雜，當(dāng)前，主要的施工方法選擇仍然是在一定的圍巖分類基礎(chǔ)上的經(jīng)驗(yàn)類比法。然而，人們從不同的角度確定了不同的分類方法，雖然都規(guī)定了適用范圍，但因?yàn)殛P(guān)注點(diǎn)不同，因此在選用時(shí)仍然存在許多困難和隨意性。另一方面，作為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的圍巖分類資料，主要是通過(guò)鉆孔、原位試驗(yàn)等資料進(jìn)一步分析后獲得，跟施工階段的真實(shí)圍巖情況必然存在差別，同時(shí)在施工階段更重要的是要考慮隧洞本身的成洞和穩(wěn)定性等問(wèn)題，而這些是在設(shè)計(jì)階段難以準(zhǔn)確把握的。

2.1.2 水工隧洞圍巖分類的現(xiàn)狀

用于水工隧洞圍巖分類的規(guī)范主要是《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（巖洞）、《土的工程分類標(biāo)準(zhǔn)》（土洞）以及《中小型水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》主要用于水工隧洞室設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的圍巖分類。其他，如《水工建筑物地下開(kāi)挖工程施工規(guī)范》中，圍巖分類的劃分標(biāo)準(zhǔn)與《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（巖洞）一致。

《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》規(guī)定圍巖分類按兩個(gè)階段進(jìn)行，其中初步分類適用于規(guī)劃、科研和深埋洞室施工前的地質(zhì)分類；初步設(shè)計(jì)、招標(biāo)和施工圖設(shè)計(jì)階段采用詳細(xì)分類。前者以巖石強(qiáng)度、巖體完整程度、巖體結(jié)構(gòu)類型為基本依據(jù)，以巖層走向與洞軸線的關(guān)系、水文地質(zhì)條件為輔助依據(jù)；后者則主要增加了地下水和圍巖應(yīng)力（強(qiáng)度應(yīng)力比）影響指標(biāo)。

2.2 存在的問(wèn)題

在隧洞工程的施工中，施工方案的選擇不僅影響工程的質(zhì)量與安全，常常對(duì)工程的投資也產(chǎn)生很大影響。適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)有利于工程的安全，而過(guò)量支護(hù)不僅增加了費(fèi)用，而且增加了安全風(fēng)險(xiǎn)。所有類似的事情都是施工現(xiàn)場(chǎng)常常引起爭(zhēng)議的主要原因，而這些一般都與圍巖的劃分與一致確認(rèn)有關(guān)。當(dāng)前的劃分標(biāo)準(zhǔn)主要存在以下問(wèn)題：

1）適用標(biāo)準(zhǔn)不明確，各標(biāo)準(zhǔn)間的依據(jù)又不統(tǒng)一，造成施工階段參建各方由于專業(yè)認(rèn)識(shí)和利益關(guān)系的不同而難以達(dá)成意見(jiàn)統(tǒng)一。

2）標(biāo)準(zhǔn)中的有些定性指標(biāo)的規(guī)定較為模糊，在設(shè)計(jì)階段，因?yàn)榧夹g(shù)人員的來(lái)源單一，經(jīng)過(guò)討論容易形成共識(shí)，而在施工階段，則容易引起爭(zhēng)議；有些定量指標(biāo)，如地下水量、流向、圍巖壓力、方向等，在現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量工作則難以進(jìn)行，導(dǎo)致很難及時(shí)獲取準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，對(duì)施工帶來(lái)很大影響。

3）圍巖分類的結(jié)果一般只是表明施工應(yīng)采用的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，而無(wú)法對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施提供準(zhǔn)確的、針對(duì)性強(qiáng)的方案調(diào)整的依據(jù)。

2.3 對(duì)隧洞圍巖分類的建議

1）施工前，設(shè)計(jì)單位或與其他單位協(xié)商提供一套具體的圍巖劃分標(biāo)準(zhǔn)，并與設(shè)計(jì)文件可以合理銜接。

2）根據(jù)隧洞圍巖的具體特征，有條件的項(xiàng)目，建議結(jié)合隧洞結(jié)構(gòu)、施工工法等，在已有規(guī)范的基礎(chǔ)上，事先制訂一套便于現(xiàn)場(chǎng)操作、指導(dǎo)性較強(qiáng)的圍巖劃分標(biāo)準(zhǔn)。

3）圍巖分類中主要考慮圍巖的自穩(wěn)能力以及其初次支護(hù)措施的選擇，而隧洞圍巖的可爆性一般與圍巖的完整性、巖石種類、強(qiáng)度、爆破方法等關(guān)系密切，而與圍巖分類的相關(guān)性沒(méi)有一致結(jié)論。因此，在制定具體項(xiàng)目的圍巖分類時(shí)，可以將爆破因素從圍巖的分類中分離出來(lái)，單獨(dú)制定評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，以減少分類干擾和爆破工程計(jì)量上的矛盾。

3 隧洞滲水量與強(qiáng)度的認(rèn)定

在沒(méi)有襯砌以前，隧洞洞壁滲水對(duì)施工的影響很大、范圍很廣，幾乎涉及到工程建設(shè)的安全、進(jìn)度、質(zhì)量和費(fèi)用等各個(gè)方面。滲水部位、水量、水壓、補(bǔ)給水源的不同，對(duì)隧洞施工的影響也不同。在洞身周壁滲水、壓力較大、補(bǔ)給穩(wěn)定、巖質(zhì)較差時(shí)，隧洞的施工困難將會(huì)急劇增大；而對(duì)于集中滲水的情況，只要圍巖穩(wěn)定的問(wèn)題不大，一般都可以有多種措施予以解決。目前，關(guān)于隧洞出水的情況大多是定量在隧洞的排水量或定向地予以簡(jiǎn)單描述，但這種概括地以隧洞的滲水量來(lái)比較判斷隧洞的施個(gè)難度顯然是不準(zhǔn)確的。

當(dāng)前，關(guān)于隧洞滲水量觀測(cè)方法的研究主要集中在設(shè)計(jì)和隧洞襯砌完成以后。前者主要通過(guò)鉆孔資料估算出隧洞軸線高程附近巖層的含水情況；后者則通過(guò)滲井或其他小型設(shè)備或簡(jiǎn)易方法對(duì)洞壁集中出水點(diǎn)的滲水量進(jìn)行觀測(cè)。兩種情況的觀測(cè)對(duì)象與隧洞洞身沒(méi)有襯砌以前的情況存在很大不同。施工階段，圍巖邊界（松動(dòng)圈）范圍內(nèi)的滲水往往才是需要重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)象，而這一階段因?yàn)闈B水情況復(fù)雜，常常很難準(zhǔn)確確定滲水的主要部位，各部位的出水也很難相互隔離，甚至，在水量較大時(shí)，洞身前后段的出水量也會(huì)摻和在一起，無(wú)法定量區(qū)分，所有這些都使得準(zhǔn)確測(cè)量工作的難度加大。

關(guān)于襯砌前洞身出水測(cè)量的研究很少，還沒(méi)有形成一套相對(duì)完整的技術(shù)方案，因此需要做進(jìn)一步的研究?？梢苑蛛A段進(jìn)行研究，一套得以公認(rèn)的測(cè)量方案，即使不夠精確，但對(duì)統(tǒng)一解決問(wèn)題的基礎(chǔ)，緩解施工合同中關(guān)于洞身出水量的爭(zhēng)議有利。

4 結(jié)論

1）隧洞施工應(yīng)重視設(shè)計(jì)交底工作。交清圍巖地質(zhì)資料、力學(xué)及穩(wěn)定特征、隧洞鉆爆和支護(hù)等參數(shù)的選擇及重點(diǎn)注意事項(xiàng)等是設(shè)計(jì)交底的重要內(nèi)容。

2）根據(jù)具體情況，制定針對(duì)性、操作性強(qiáng)的圍巖分類標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)控制工程費(fèi)用、質(zhì)量、進(jìn)度和安全等都有利。

3）分別設(shè)立隧洞的爆破難度與圍巖分類標(biāo)準(zhǔn)，或?qū)⒈婆c支護(hù)工序在圍巖分類標(biāo)準(zhǔn)中區(qū)分開(kāi)來(lái)，以減少合同矛盾。

4）需要進(jìn)一步加大對(duì)隧洞襯砌前洞身出水情況的測(cè)量技術(shù)研究。

5）本文結(jié)論對(duì)其他隧洞（道）的施工也有借鑒意義。