引漢濟渭隧洞施工若干技術問題探討

劉宏超，劉貴雄

（陜西省引漢濟渭工程協調領導小組辦公室，陜西西安 710004）

引漢濟渭工程是從陜南的漢江流域調水到渭河流域的關中地區，是解決關中水資源短缺，實現陜西省內水資源的優化配置，促進全省經濟協調發展的跨流域調水工程。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，隧洞設計流量70 m3/s，規劃向關中調水15億m3。越嶺段約40 km為TBM施工，其余支洞、主洞均為傳統的鉆爆法施工。秦嶺隧洞施工具有埋深大，地質情況復雜，施工難度大等特點。參與設計的單位分別為鐵一院和黃河院，施工單位以鐵路系統施工企業為主。由于水利水電和鐵路、公路隧洞常常有行業技術規范的差異，在施工中，不同行業規范的良好協調與融合，保證了引漢濟渭工程隧洞施工的順利進行，下面就有關技術問題進行探討。

1 引漢濟渭隧洞的動態設計

隧洞施工的動態設計就是在施工藍圖的基礎上，對開挖、支護、襯砌結構進行合理的修改，以使其適應開挖掌子面圍巖的變化情況。動態設計現行規范明確要求[1]“在錨噴施工中，工程建設各方必須密切配合，根據圍巖條件的變化情況，及時調整支護方案和施工措施，做到安全可靠，經濟合理”。

引漢濟渭工程隧洞的動態設計模式，可以概況為“全盤考慮，預先設計；跟蹤施工，及時反饋；動態設計，安全經濟”。引漢濟渭隧洞施工圖是設計單位根據前期的地質調查勘探資料設計的，一般按照不同區段的圍巖類別，設計有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見表1，隧洞襯砌標準斷面見圖1。

引漢濟渭工程隧洞動態設計，一般有以下3種情形，第1種是圖紙設計與實際相符，照圖施工，不發生變化。第2種是由施工單位根據圍巖的變化提出變更設計的申請，經監理、設代、業主現場部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，套用設計圖中相應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種由監理、設代或業主代表在日常巡查中根據圍巖情況的變化，確認圍巖類別后，提出優化設計要求，明確開挖支護方式，履行4方匯簽手續，施工單位據此套用設計圖中相應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設計，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

動態設計的難點在于確定圍巖的類別。一般是憑經驗判斷圍巖類別,受現場人員水平的局限，業主、監理、設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，設計單位、業主方往往可能優化支護，圍巖復雜時，偏向安全考慮，加強支護，圍巖穩定時，則優化支護，加快進度。

綜上所述，動態設計的實質是針對不同圍巖，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的動態調整，使設計工作更加符合圍巖的實際情況，從而達到了安全可靠，經濟合理。

2 隧洞的超前地質預報

施工圖階段評價為高風險和極高風險的軟弱圍巖及不良地質段落，加強超前地質預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報的責任主體是設計單位，其超前預報的地質工作由設計單位組織實施，施工單位積極配合。特別是對地質情況復雜區段，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號洞對發現的兩處不良地質地段進行了超前預報，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，現場部根據情況及時確定了“加強排水、加強觀測、暫停掘進、擇機而進”的決定，避免了涌水的發生，保證了施工安全。

目前，涌水預測仍然是隧洞超前地質預報中的薄弱環節，往往是在有涌水征兆或是已發生小量涌水時才進行超前探水預報。為了提高地質超前預報特別是涌水預測的準確性，對物探發現的異常區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，設計、監理、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，需根據圍巖類別、斷面大小、經過施工試驗進行總結，施工規范也需要科學理解，規范也需要不斷創新。不能將公路、鐵路隧洞的有些規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圍巖的類別，分類管理，做到安全、快速。施工規范[1]明確要求，“在Ⅳ、Ⅴ類圍巖中進行施工作業時，錨噴支護應緊跟工作面”開挖后及時支護。《SL378-2007》則要求根據開挖后圍巖的穩定情況確定錨噴支護的順序與時機，支護應適時施作[3-4]。有些行業規范和教科書中籠而統之的強調，“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。設計圖紙只要求Ⅳ、Ⅴ類圍巖開挖后立即支護，初期支護應緊跟掌子面。在遇到嚴重風化的圍巖或遇到斷層破碎帶時采用短進尺及時掛網噴護，必要時進行超前小導管進行注漿加固。但在實際施工中，應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時間，實現短距離的掘進與支護分離，以減少施工干擾，加快施工進度，圍巖的自穩時間，應該在實際施工中總結探索，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范的創新。所以，對硬巖（Ⅰ~Ⅲ）圍巖，即“鉆爆設計、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、遵守設計、按部就班”這一施工理念也與新奧法是一致的。

4.2 關于錨桿問題

引漢濟渭工程隧洞設計的錨桿為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計要求，而是普遍使用了錨固劑錨桿，從安全的角度考慮，應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，能夠使錨桿盡快發揮支護作用，加上相應的鋼筋網和噴射混凝土，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。工程實踐中的設計與施工的明顯脫節，這一現象值得研究探討。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。公路隧道施工規范[5]雖然并沒有明確規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定，這與鐵路規范嚴格的距離要求不同。水利工程規范[3]第7.4.2條則明確要求“采用現澆混凝土襯砌的隧洞，襯砌應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計。通過以上討論，應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、不改變襯砌結構的情況下適時進行二次襯砌，不受鐵路規范的條條框框限制，引漢濟渭工程秦嶺隧洞的實踐也證明，不應再糾結與掌子面的距離問題。

[1]國家冶金工業局.GB 50086-2001錨桿噴射混凝土支護技術規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2001.

[2]中鐵第一勘察設計院集團有限公司.陜西省引漢濟渭工程秦嶺隧洞越嶺段6號洞工區《主洞勘探試驗段設計報告》[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規范[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公路隧道施工技術規范[S].北京：人民交通出版社，2009.