現代隧道工程理論與隧道施工合作

隧道工程與水環境的相互作用鏈目前,我國鐵路、公路的越嶺隧道尤其是巖溶山區長隧道的防排水設計,基本上仍然貫徹“防排結合,以排為主”的綜合治理原則。“以排為主”雖能減小襯砌水壓力,但不能根治隧道的各種水害,而且直接導致洞頂地下水位下降、地表水和井泉涸竭、地面巖溶塌陷、生態環境惡化,嚴重影響人民的生產和生活,隧道部門也苦于補救和巨額賠償,因而隧道防排水“以堵為主”的呼聲日高。但是,隧道完全封堵地下水便會帶來巨大水壓力,尤其是深埋巖溶長隧道,水壓力往往高達若干兆帕,使襯砌難以承受。因此,隧道工程與地下水形成了復雜的相互作用鏈,從分析這個作用鏈的關鍵環節著手,探尋維持水環境平衡、減少洞頂環境災害和隧道水害的隧道設計原則具有現實意義。

我國是隧道工程建設的主要大國，表現在：隧道總延長公里數長、大隧道的勘測、設計、施工水平（大瑤山、秦嶺、二灘、引黃等）復雜地質災害的工程綜合治理（南昆、內昆線朱嘎隧道）（軟弱破碎、節理發育圍巖、斷層、高地應力、巖爆、淺埋、偏壓、超挖、塌方、涌水、涌泥（砂）、喀斯特地質地貌巖溶、泥石流、煤層、高瓦斯、強地震帶、高地溫，等等）施工掘進和成洞進度配套成龍的施工機具、設備對此，試以正在建的內昆線朱嘎單線鐵路隧道的施工實況為例作說明：早在建國初期，在內（江）昆（明）鐵路隧道建設中采用的是最原始的鋼釬、大錘開鑿隧道，最高月進尺僅。近半個世紀過去了，作為在建新線鐵路的一項重點年正式興工的內昆改線工程，從正在施工的朱嘎隧道，人們看到了我國隧道施工技術發展的新高度：朱嘎隧道隧道全長，一條典型的“五毒俱全”的“爛”洞子。隧道穿越層煤系地層，每層層間距約，煤層總厚達，能否安全順利地揭煤？瓦斯濃度為，最大瓦斯壓達，是全線最長的瓦斯隧道，洞內施工防爆、防火要求高。

不同時期修建的穿越秦嶺山脈的兩座隧道是中國隧道工程技術進步的最好見證。40 年前修建的2 km長的秦嶺隧道差不多是用人力艱難地修成的。那時, 手持式鑿巖機和小型礦車幾乎是僅有的施工機具。40 年后的今天, 在西安—安康鐵路上181457 km長的秦嶺隧道的修建 中則使用了包括全斷面掘進機在內的現代隧道施工機具, 實現了隧道施工機械化。追溯我國現代隧道工程的歷史, 總要提到 1890 年在臺灣基隆至新竹窄軌鐵路上建成的 216 m 長的獅球嶺隧道。據說, 這是我國最早修建的一條鐵路隧道。 1908 年, 由杰出的工程師詹天佑博士主持, 在北京至張家口的鐵路上用 18 個月的時間修建了長 1 091 m 的八達嶺隧道, 在中國近代隧道修建史上寫下了重要的一頁。

隧道工程與水環境的相互作用鏈,包括水環境對隧道工程的作用和隧道施工合作工程對水環境的反作用2個方面。水環境對隧道工程的作用表現為隧洞涌漏水和承受水壓力。在含水層中開鑿隧道,因洞頂存在一定高度的地下水水頭,導致隧洞中突水和涌水;繼之實施的隧道襯砌,則承受著地下水靜水壓力。“以排為主”的設計原則,就是通過各種排水措施在襯砌外維持長期持續的排水,從而降低襯砌外水壓力,減小襯砌工程。隧道工程對水環境的反作用導致洞頂的環境災害。

如何反瓦斯？出口段系人字坡，其中反坡段穿過一處特大的向斜地質帶，蓄積的地下水的日最大涌水量達萬。如何處理反坡段涌水？隧道位于喀斯特地質地貌的巖溶帶內，其中溶洞、溶溝、溶槽密布，還有可能因開挖不慎引發泥石流。如何對待巖溶災害？全隧沿線多數區段圍巖為軟弱破碎、節理發育、斷層縱橫交叉。如何預注漿加固地層并超前支護？以上不良地質條件和各種地質災害的復雜多變，都集中在一處隧道內，這在我國隧道施工上實屬罕見，對其作出有效的綜合處理，反映了國內隧道施工技術上有了新的突破。