隧道建筑工程與水環境的相互作用

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。隧道工程與水環境的相互作用鏈所示,包括水環境對隧道工程的作用和隧道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。

這樣，該隧洞施工實現了正洞月掘進，施工進度上也在全線名列前茅。現代隧道工程的技術進步與發展，主要反映在：特長大隧道建筑工程建設的整體綜合實力和技術水平對各種地質災害、施工不確定性因素的處理及其工程風險承擔舉措現場施工安全和工程周圍環境質量維護施工機械化、自動化程度施工組織管理、人員專業訓練與素質重大施工問題，諸如：工程質量、進度、勞動保護與生產工效等的妥善解決在最大程度上突出地下建筑物在節約能源（恒溫、恒濕）、降低運營、維修費用和減少環境污染等方面的優點無庸諱言，如以以上高標準來衡量，我國隧道工程建設當前仍存在有一定的困難和問題。

歷史的回顧 1999 年 8 月, 我國最長的鐵路隧道——位于西安—安康鐵路上的秦嶺隧道貫通。當人們 在為這條 1814 km 長的隧道順利建成而激動不已的時候, 很容易想到 50 年代在寶成鐵路上 修建的 2 km 長的另一座“秦嶺”隧道。 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。然而, 大規模地修建各種用途的隧道還是從新中國成立開始的。

科學的施工技術和施工組織是克服各種地質災害的基本保證為戰勝瓦斯，制定了全防爆、超前探、先抽排、勤檢測、強通風的揭煤方案；為提高洞內運輸效率，制定了優化軌道運輸方案；為確保工程質量和改善建筑施工環境，制定了先拱后墻的砼襯砌方案；新奧法得到全面、切實推廣，如：采用全螺紋自進式注漿錨桿，提高了初次支護質量；即使對石質較差情況，仍可采用全斷面鉆爆開挖；新奧法中的光面爆破技術，減少了超、欠挖，得到了較理想的開挖輪廓線，減輕了對圍巖的擾動，保證了巖體的完整、穩定性，減少了出碴量和砼澆注量，降低了工程成本。光爆的圍巖炮痕率，對類以上圍巖可達以上，居國內領先水平；科學的質量跟蹤體系和質量管理辦法與措施，對人、機、料嚴格論證，實行旁站、試測以及自檢、互檢、復檢和監測一整套制度；強化了施工隊伍資質審核和考察，以及培養和檢查，對整個施工過程施行全員、全方位的控制。