水工隧洞建設(shè)經(jīng)驗(yàn)技術(shù)綜述

■孫 倩 ■重慶交通大學(xué)河海學(xué)院，重慶 400074

我國(guó)幅員遼闊，受多方面條件的限制，我國(guó)的水資源主要集中在西南地區(qū)，由于這些地區(qū)降雨量大，河谷狹窄陡峻，適宜修建高水頭大容量的水電站，但是由于地形地質(zhì)條件的限制，很多水電站需要大斷面水工隧洞來宣泄洪水［1］。水工隧洞的建設(shè)顯得尤為重要，國(guó)內(nèi)外建設(shè)經(jīng)驗(yàn)可以幫助我們更好的建設(shè)水工隧洞?？偨Y(jié)以往的工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)以后水工隧洞的建設(shè)具有極為重要的指導(dǎo)作用。

此外，我國(guó)各地區(qū)水資源分布不平衡。如果要解決干旱地區(qū)的用水問題，常需要跨流域調(diào)水，其中有不少輸水干線需要翻山越嶺，這就得依靠水工隧洞來引水了。在國(guó)外也興建有大量水工隧洞，尤其是調(diào)水工程的長(zhǎng)水工隧洞。就目前來看，我國(guó)在水工隧洞建設(shè)的許多方面已處于世界領(lǐng)先水平，但是在某些方面，特別是隧洞的施工及襯砌，與國(guó)外相比還有一定的距離。

1 地質(zhì)條件考慮

水工隧洞是地下建筑物，圍巖是隧洞的主要組成部分，為充分發(fā)揮圍巖的自承潛力，應(yīng)盡量把隧洞布置在堅(jiān)硬、完整、穩(wěn)定和地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單的山體內(nèi)，特別是進(jìn)出口，應(yīng)避開構(gòu)造切割和嚴(yán)重順坡裂隙，以及山崩、危崖、滑坡等不穩(wěn)定的山體;被裂隙切割成塊體的巖體中隧洞圍巖的穩(wěn)定狀態(tài)，取決于巖體結(jié)構(gòu)面組合特征和邊界摩擦特性，洞線選擇應(yīng)使圍巖臨空面少暴露具有滑動(dòng)面的巖體切割體。初選洞線時(shí)，為減少圍巖塌方機(jī)率，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，洞線與巖體主要構(gòu)造走向的交角不宜小于30° ;層間連結(jié)較差的陡傾角層狀巖體，洞線與巖層走向的交角，既涉及到圍巖穩(wěn)定，也關(guān)系到圍巖的承載能力，根據(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn)，最好大于45°，采用大交角時(shí)，應(yīng)重視進(jìn)出口洞臉巖層面的滑動(dòng)的可能性［2］。

同時(shí)，隧洞應(yīng)盡量避開大范圍未膠結(jié)的斷層破碎帶和嚴(yán)重風(fēng)化帶，必須穿過斷層帶時(shí)洞線應(yīng)與破碎帶正交，盡量縮小破碎帶在洞內(nèi)的暴露范圍;在不利的圍巖條件下，地下水對(duì)圍巖的破壞起著決定性的影響，洞線選擇中應(yīng)充分估計(jì)到地下水的活動(dòng)的影響，特別要注意高壓力大流量的含層;隧洞通過高地應(yīng)力地區(qū)，原則上應(yīng)使洞線與巖體最大水平地應(yīng)力方向盡可能一致［3］。

2 水工隧洞地勘技術(shù)探討

水工隧洞地質(zhì)勘探目的是弄清楚地質(zhì)情況，是水工隧洞設(shè)計(jì)和施工的主要依據(jù)，以往由于地質(zhì)信息不足或錯(cuò)誤釀成工程事故的實(shí)例為數(shù)甚多，所以地勘工作對(duì)水工隧洞的建設(shè)顯得尤為重要。近年來，隨著勘探技術(shù)手段的不斷發(fā)展，各種新的技術(shù)應(yīng)用到地質(zhì)勘探工作中，地表地質(zhì)普查時(shí)獲取地質(zhì)信息的主要手段。此外雷達(dá)推廣應(yīng)用到地質(zhì)勘探中，現(xiàn)已用于小灣水電站的地質(zhì)勘測(cè)且證明有足夠的精度。但由于地質(zhì)雷達(dá)可以勘測(cè)的有效深度較淺，當(dāng)水工隧洞埋深較大時(shí)，難以利用，所以彎線地震反射技術(shù)在地勘工作中的到普遍重視［4］。此外，地質(zhì)構(gòu)造最有效的勘探手段是地質(zhì)鉆孔，通過深度鉆孔揭露圍巖條件，指導(dǎo)水工隧洞的設(shè)計(jì)和施工。對(duì)于這類隧洞除采用物探、少量鉆孔外，只好用打長(zhǎng)達(dá)數(shù)公里專用勘探平硐的辦法［5］。新的地勘技術(shù)還在不斷研究，相信未來會(huì)有更多更好的技術(shù)應(yīng)用到水工地勘工作中。

3 支護(hù)與襯砌技術(shù)探討

為了保證水工隧洞安全有效地運(yùn)行，對(duì)隧洞進(jìn)行襯砌是必不可少的。當(dāng)前，大多數(shù)的地下洞室和隧洞都采用噴錨支護(hù)或噴錨與鋼筋混凝土復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)。這種支護(hù)結(jié)構(gòu)基于現(xiàn)代支護(hù)結(jié)構(gòu)原理，其原則是:其一是采用噴錨在開挖后緊跟作業(yè)面快速支護(hù)或者預(yù)先支護(hù)，以限制圍巖松動(dòng);同時(shí)，通過分次支護(hù)、調(diào)節(jié)施工時(shí)間等，允許圍巖進(jìn)入一定程度的塑性，以發(fā)揮圍巖自身承力;其二是盡量發(fā)揮材料本身的承載力，噴錨作為一種柔性支護(hù)，噴層柔性大且與圍巖緊密粘結(jié)，其破壞形式主要是受壓或剪切破壞，有利于發(fā)揮材料的承載力［6］。

對(duì)于支護(hù)與襯砌的具體提法，不同行業(yè)規(guī)范略有差異，但其實(shí)質(zhì)是一樣的。就是根據(jù)支護(hù)原理，先期施作的柔性支護(hù)可讓圍巖釋放掉大部分的變形和地壓，后施加的剛性支護(hù)可承受剩余圍巖變形與壓力?？梢?，復(fù)合(組合)支護(hù)結(jié)構(gòu)中噴錨支護(hù)和襯砌一般都是承載結(jié)構(gòu)。

4 水工隧洞的防滲和排水技術(shù)探討

在隧洞中，地下水的處理是不可缺少的。通常是上截下排，可以防止?jié)B水和提高圍堰的穩(wěn)定性。防滲和排水設(shè)計(jì)的原則應(yīng)根據(jù)隧洞沿線圍巖的水文地質(zhì)和工程地質(zhì)條件、設(shè)計(jì)要求，結(jié)合其他情況，綜合分析選用襯護(hù)、灌漿、設(shè)置防滲帷幕、排水孔、排水廊道等措施［9-10］。

堵是指通過固結(jié)與回填灌漿，阻止地下滲漏。固結(jié)灌漿可以改善圍巖的整體性，提高圍巖的變形模量，故應(yīng)根據(jù)具體工程的需要確定固結(jié)灌漿［4］。并不是所有水工隧洞都要固結(jié)灌漿，中國(guó)國(guó)內(nèi)已經(jīng)建好的工程對(duì)固結(jié)灌漿范圍都有不同要求，有部分頂拱固結(jié)，有全斷面固結(jié)，有邊拱、頂拱固結(jié)，因此應(yīng)根據(jù)具體工程確定固結(jié)灌漿的范圍和必要性［11］。

人們?cè)絹碓街匾暛h(huán)境保護(hù)問題，水工隧洞在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮其對(duì)周圍環(huán)境的影響，主要有隧洞排水邊界對(duì)天然地下水位的影響，內(nèi)水外滲使地下水位抬高，造成滑坡、坍塌等地質(zhì)災(zāi)害。現(xiàn)在環(huán)境問題越來越嚴(yán)重，危及人類以及動(dòng)植物的生存環(huán)境。

5 存在的問題

(1)地址勘探中，對(duì)不良地質(zhì)作用未進(jìn)行分析評(píng)價(jià)或評(píng)價(jià)的不正確;(2)現(xiàn)有的關(guān)于確定有壓隧洞最小覆蓋厚度的各種準(zhǔn)則均存在一定問題;(3)水工隧洞的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在著嚴(yán)重的不合理和與工程實(shí)際不相適應(yīng)之處，大多數(shù)水工隧洞襯砌結(jié)構(gòu)一般按限裂計(jì)算配筋，既存在普遍的浪費(fèi)，又出現(xiàn)了嚴(yán)重的開裂現(xiàn)象;(4)認(rèn)為初期支護(hù)僅為臨時(shí)支護(hù)，只要保持施工期間穩(wěn)定就可以了，實(shí)施過程中人為降低了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn);(5)受施工水平和設(shè)備限制，存在著設(shè)計(jì)與施工過程控制脫節(jié)的問題;(6)監(jiān)控量測(cè)不到位，地質(zhì)編錄資料分析不及時(shí)，一些中小型洞室基本沒有監(jiān)控量測(cè)。

6 結(jié)語

以上是對(duì)水工隧洞幾個(gè)問題的探討，隨著國(guó)內(nèi)外調(diào)水工程和高水頭水電樞紐工程日益興建，水工隧洞的應(yīng)用越來越廣泛。總結(jié)以往的工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)以后水工隧洞的建設(shè)具有極為重要的指導(dǎo)作用。在總水工隧洞建設(shè)正反兩方面經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，綜合考慮各種有關(guān)因素，解決好近期與遠(yuǎn)期、除害與興利的關(guān)系，進(jìn)行全面規(guī)劃，綜合治理，把水工隧洞研究提高到一個(gè)新的水平。

［1］蔡曉鴻.水工壓力隧洞與壩下涵管結(jié)構(gòu)應(yīng)力計(jì)算［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2013.

［2］林繼鏞.水工建筑物［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2009.

［3］熊啟鈞.隧洞［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2002.

［4］韓建博.水工隧洞設(shè)計(jì)中幾個(gè)問題的探討［J］.西北水電，2012，(2):39-42.

［5］張澤輝.水工隧洞線路布置的關(guān)鍵技術(shù)分析［J］.水利水電技術(shù)，2010，41(1):37-39.

［6］許海玲.錨噴聯(lián)合支護(hù)在水工隧洞中的應(yīng)用［J］.水利水電技術(shù)，2011，47(6):54-56.