水工隧洞建設經驗技術綜述

■孫 倩 ■重慶交通大學河海學院，重慶 400074

我國幅員遼闊，受多方面條件的限制，我國的水資源主要集中在西南地區，由于這些地區降雨量大，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］。水工隧洞的建設顯得尤為重要，國內外建設經驗可以幫助我們更好的建設水工隧洞。總結以往的工程建設經驗，對以后水工隧洞的建設具有極為重要的指導作用。

此外，我國各地區水資源分布不平衡。如果要解決干旱地區的用水問題，常需要跨流域調水，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。在國外也興建有大量水工隧洞，尤其是調水工程的長水工隧洞。就目前來看，我國在水工隧洞建設的許多方面已處于世界領先水平，但是在某些方面，特別是隧洞的施工及襯砌，與國外相比還有一定的距離。

1 地質條件考慮

水工隧洞是地下建筑物，圍巖是隧洞的主要組成部分，為充分發揮圍巖的自承潛力，應盡量把隧洞布置在堅硬、完整、穩定和地質構造簡單的山體內，特別是進出口，應避開構造切割和嚴重順坡裂隙，以及山崩、危崖、滑坡等不穩定的山體;被裂隙切割成塊體的巖體中隧洞圍巖的穩定狀態，取決于巖體結構面組合特征和邊界摩擦特性，洞線選擇應使圍巖臨空面少暴露具有滑動面的巖體切割體。初選洞線時，為減少圍巖塌方機率，根據工程經驗，洞線與巖體主要構造走向的交角不宜小于30° ;層間連結較差的陡傾角層狀巖體，洞線與巖層走向的交角，既涉及到圍巖穩定，也關系到圍巖的承載能力，根據類似工程經驗，最好大于45°，采用大交角時，應重視進出口洞臉巖層面的滑動的可能性［2］。

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

2 水工隧洞地勘技術探討

水工隧洞地質勘探目的是弄清楚地質情況，是水工隧洞設計和施工的主要依據，以往由于地質信息不足或錯誤釀成工程事故的實例為數甚多，所以地勘工作對水工隧洞的建設顯得尤為重要。近年來，隨著勘探技術手段的不斷發展，各種新的技術應用到地質勘探工作中，地表地質普查時獲取地質信息的主要手段。此外雷達推廣應用到地質勘探中，現已用于小灣水電站的地質勘測且證明有足夠的精度。但由于地質雷達可以勘測的有效深度較淺，當水工隧洞埋深較大時，難以利用，所以彎線地震反射技術在地勘工作中的到普遍重視［4］。此外，地質構造最有效的勘探手段是地質鉆孔，通過深度鉆孔揭露圍巖條件，指導水工隧洞的設計和施工。對于這類隧洞除采用物探、少量鉆孔外，只好用打長達數公里專用勘探平硐的辦法［5］。新的地勘技術還在不斷研究，相信未來會有更多更好的技術應用到水工地勘工作中。

3 支護與襯砌技術探討

為了保證水工隧洞安全有效地運行，對隧洞進行襯砌是必不可少的。當前，大多數的地下洞室和隧洞都采用噴錨支護或噴錨與鋼筋混凝土復合襯砌結構。這種支護結構基于現代支護結構原理，其原則是:其一是采用噴錨在開挖后緊跟作業面快速支護或者預先支護，以限制圍巖松動;同時，通過分次支護、調節施工時間等，允許圍巖進入一定程度的塑性，以發揮圍巖自身承力;其二是盡量發揮材料本身的承載力，噴錨作為一種柔性支護，噴層柔性大且與圍巖緊密粘結，其破壞形式主要是受壓或剪切破壞，有利于發揮材料的承載力［6］。

對于支護與襯砌的具體提法，不同行業規范略有差異，但其實質是一樣的。就是根據支護原理，先期施作的柔性支護可讓圍巖釋放掉大部分的變形和地壓，后施加的剛性支護可承受剩余圍巖變形與壓力。可見，復合(組合)支護結構中噴錨支護和襯砌一般都是承載結構。

4 水工隧洞的防滲和排水技術探討

在隧洞中，地下水的處理是不可缺少的。通常是上截下排，可以防止滲水和提高圍堰的穩定性。防滲和排水設計的原則應根據隧洞沿線圍巖的水文地質和工程地質條件、設計要求，結合其他情況，綜合分析選用襯護、灌漿、設置防滲帷幕、排水孔、排水廊道等措施［9-10］。

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

人們越來越重視環境保護問題，水工隧洞在設計時應該考慮其對周圍環境的影響，主要有隧洞排水邊界對天然地下水位的影響，內水外滲使地下水位抬高，造成滑坡、坍塌等地質災害。現在環境問題越來越嚴重，危及人類以及動植物的生存環境。

5 存在的問題

(1)地址勘探中，對不良地質作用未進行分析評價或評價的不正確;(2)現有的關于確定有壓隧洞最小覆蓋厚度的各種準則均存在一定問題;(3)水工隧洞的結構設計存在著嚴重的不合理和與工程實際不相適應之處，大多數水工隧洞襯砌結構一般按限裂計算配筋，既存在普遍的浪費，又出現了嚴重的開裂現象;(4)認為初期支護僅為臨時支護，只要保持施工期間穩定就可以了，實施過程中人為降低了設計標準;(5)受施工水平和設備限制，存在著設計與施工過程控制脫節的問題;(6)監控量測不到位，地質編錄資料分析不及時，一些中小型洞室基本沒有監控量測。

6 結語

以上是對水工隧洞幾個問題的探討，隨著國內外調水工程和高水頭水電樞紐工程日益興建，水工隧洞的應用越來越廣泛。總結以往的工程建設經驗，對以后水工隧洞的建設具有極為重要的指導作用。在總水工隧洞建設正反兩方面經驗教訓的基礎上，綜合考慮各種有關因素，解決好近期與遠期、除害與興利的關系，進行全面規劃，綜合治理，把水工隧洞研究提高到一個新的水平。

［1］蔡曉鴻.水工壓力隧洞與壩下涵管結構應力計算［M］.北京:中國水利水電出版社，2013.

［2］林繼鏞.水工建筑物［M］.北京:中國水利水電出版社，2009.

［3］熊啟鈞.隧洞［M］.北京:中國水利水電出版社，2002.

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

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

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