对我国隧道工程中2个问题的思考

·本刊特稿·对我国隧道工程中!个问题的思考王建宇（中铁西南科学研究院成都&#""#$）王建宇，男，#’("年!月生。#’&$年毕业于唐山铁道学院桥梁隧道系。中铁西南科学研究院研究员、博士生导师、国家级专家。现任中国土木工程学会隧道分会副理事长、中国岩石力学与工程学会常务理事。多年来从事隧道工程技术开发和科研工作，主要业务特长是围岩稳定性分析和支护技术。为#’’!年国家科技进步奖特等奖项目“大瑶山长大铁路隧道修建新技术”主要获奖人之一。主要著作：《地下工程锚喷支护原理和设计》（中国铁道出版社，#’%"）、《隧道工程监测和信息化设计原理》（中国铁道出版社，#’’"）。摘要针对我国隧道工程建设现状，讨论了工程质量的控制和同隧道工程相关的环境保护问题，着重对衬砌结构防水设计和施工提出了若干建议。关键词隧道环境保护工程质量衬砌防水隧道工程的技术进步为现代交通建设创造了基较容易引起承包商和监理人员的重视。然而，根据础条件。面向!#世纪，从国民经济可持续发展出作者近年来参与隧道工程病害的调查和整治所掌握发，为了将我国隧道工程技术提高到新的水平，当前的情况看，衬砌结构的整体性以及同围岩接触情况主要集中力量抓好!方面的问题：（#）隧道工程质的不良常常是造成隧道病害的主要原因。量；（!）隧道工程对生态环境负面影响的控制。同围岩的紧密接触是地下结构区别于地面结构的主要特征。所谓新奥法的出发点正是支护结构同!隧道工程质量问题围岩的共同变形；即使按传统的设计方法，将松散压就用矿山法修建的隧道而言，说我国隧道工程力作为荷载，采用“荷载压力”模型来进行衬砌计算质量情况堪忧是并不过分的。隧道工程在施工或运时，沿衬砌连续分布的“地层抗力”对衬砌结构的受营阶段出现的各类病害严重影响了隧道功能，造成力状态也有着重要的影响。不幸的是，这个关系到隐患，危及交通安全。这些病害主要表现为：（#）衬隧道工程质量的重要因素，在施工中常常被“忽略”砌过度变形、裂损、剥落掉块；（!）地下水的渗漏和涌了。出。衬砌和围岩不能紧密结合的原因主要是：隧道工程质量的控制有管理问题，也有技术问（#）岩石隧道光面爆破效果不好。用碎石或其题。决定隧道衬砌质量的主要有$个要素：（#）衬砌它异构取代混凝土充填空间被承包商认为是“经济厚度；（!）衬砌混凝土的品质；（$）衬砌同围岩之间的省事”的办法。接触条件。特别要指出的是在采用复合式衬砌的情况下，一般地说来，衬砌厚度和混凝土品质的控制，比也居然通过钢筋网在作为初期支护的喷混凝土层背后设置碎石填充物。这种像刷浆糊一样刷在碎石上收稿日期：!""#"$"%的“喷混凝土”还能叫做“喷混凝土”吗？见图#。万方数据铁道建筑技术"#$%&#’()*+,"-(,$)*,.(/*)%)0’122!（3）" ·本刊特稿·软岩隧道，特别是对土质隧道，不但能保证围岩的稳定性，防止坍塌，而且能有效地控制围岩的变形，是一种很好的支护形式。但是，在硬岩隧道工程中往往难以取得很好的效果。同软岩的情况不同，硬岩隧道开挖后围岩的变形释放得很快，衬砌的作用主要不是承受形变压力，而且防止出露在围岩表面的由岩体节!"碎石填充物#"碎石上的“喷混凝土”理裂隙切割而成的不稳定块图!“喷混凝土”背后的碎石回填体的坍落，在这种情况下，复（$）在灌筑衬砌混凝土时，由于重力作用影响，合式衬砌控制围岩变形，调整围岩应力的功能等同于拱顶混凝土往往难以饱满。由此造成的拱顶上鼓，“英雄无用武之地”。再则，对于节理裂隙发育的硬衬砌内缘压裂、掉块的现象屡见不鲜。岩，光面爆破往往难以奏效。有时候，承包商使出“全（%）防水板材料柔性不足，施工中悬挂方法又不身解数”，开挖轮廓仍然会很不理想。在超挖严重的得法，致使衬砌灌筑时流体混凝土所产生的侧压力情况下要求“不准回填”确实是够让他们为难的了。难以使防水板同初期支护处处紧贴。而如果允许回填则会使复合式衬砌面目全非，除了回（&）对于岩石隧道，设置在支护系统中的钢拱和填异物这种“人造危石”产生荷载外，还会把地下水引格栅拱一类构件难以同岩面紧贴，其间存有空隙。到衬砌背后来。这不是自己找“包袱”来背吗？在这因此，不但不能起到及时支护的作用，即使喷层施作种情况下，采用喷混凝土单层衬砌（国外叫)*+,-.后，仍会在喷混凝土和围岩之间造成“阴影区”。)/.--0*+*+,）不失为一种“解脱”的好办法。喷混凝土衬砌结构同围岩以及自身结合不紧密性不仅恶（必要时加锚杆）对块状围岩的支护能力已经被工程化了衬砌的受力条件，造成围岩的进一步松动，而且实践所证实，人们对于“单层衬砌”的顾虑主要是：还会在衬砌背后造成存水空间，为地下水的侵入大（’）喷混凝土材料的均质性和耐久性；（$）地下开方便之门。水的处理；（%）衬砌轮廓不规则对支护受力条件的影对此问题应采取以下对策：响；（&）衬砌表面粗糙对隧道通风的影响；（(）建筑外（’）精心施作光面爆破，减少超挖是解决问题的观问题。关键。要开展对围岩开挖轮廓形状检测手段和管理应该说，喷混凝土技术的发展，特别是湿喷工艺标准的研究。的推广和钢纤维材料的应用已经为单层衬砌的使用（$）衬砌背后的回填要严格按“规范”办。特别打下了基础。除了围绕上述问题对单层衬砌的设计要指出的是，规范中关于回填的规定不能适用于采方法和施工工艺进行系统的研究外，还可以选择合用喷混凝土作初期支护的复合式衬砌。对于复合式适的工程（例如青岛地铁）进行工程实践，取得经验，衬砌，在设计文件中应明确指出，不准回填！加以推广［’］。（%）同软岩隧道不同，在硬岩隧道中，要避免滥"隧道工程对生态环境负面影响的控制用钢拱支撑。可用钢纤维喷混凝土来代替。（&）采用合适的防水板材料和吊挂工艺。从总体来说，隧道工程的修建改善了人类居住（(）研究拱顶衬砌混凝土浇筑工艺和施工方法，环境。事实上，修建公路和铁路时，采用隧道常常是防止拱顶背后产生空隙。保护生态环境及地表景观的一个重要手段。但从另近年来，在我国的一些铁路和公路隧道中几乎千一角度看，隧道工程对环境的负面影响也是不容忽篇一律地采用复合式衬砌。笔者认为，复合式衬砌对视的。这不仅是指施工中的弃碴、废水、有害气体，万方数据!铁道建筑技术#$%&’$()*+,-#.)-%*+-/)0+*&*1("22!（3） ·本刊特稿·爆破振动和噪声等危害，要强调的是：（!）洞口环境在设计盾构法隧道时，对于透水土层要考虑同的保护；（"）围岩变形和地表沉降的控制；（#）地下水地下水位相应的水压力，在计算土体压力时，则考虑资源的保护。土的浮重。在不透水地层情况下，不考虑沿衬砌周这些问题不但牵涉到施工技术，而且要引起设边作用的水压力。计理念的变化。这里，主要对地下水资源的保护问对于岩石隧道，如果采用封堵方案将地下水“憋题进行讨论。在围岩里”，应该如何考虑衬砌的水压力？是不是也!"#隧道工程中地下水处理的!种方式要不折不扣地考虑一个同地下水水位相应的沿衬砌（!）封堵方案（“以堵为主”）不允许将地层中作用的水压力？在高水头山岭隧道的情况下这样做的地下水排入隧道内。用盾构法施工的地铁隧道就会把衬砌厚度加大到不可思议的程度。采用这种方案。在岩石地层中，大多数的情况下节理裂隙是地（"）排导方案（“以排为主”）采用设置在衬砌下水的主要通道，而岩石本身则基本上不透水，或不背后的盲沟及透水垫层将地下水引入隧道水沟后排能以“重力水”形态透过地下水。因此，如果衬砌结出。绝大多数采用矿山法修建的山岭隧道都采取这构同围岩处处密贴，地下水只能在岩体节理张开宽种“以排为主”的方案。相应地，设计规范在确定衬度的范围内对衬砌作用。而出露在隧道衬砌周边所砌荷载时，不考虑衬砌承受水压力。有节理张开宽度的总和同衬砌周长相比，在量值上!"!复合式衬砌的水压力荷载问题显然是很小的。在采用复合衬砌的情况下，虽然有防水板隔水，总水压力&静力水头’受水面积但由于防水板背后一般都设有透水垫层，地下水通根据连通器原理，在采用封堵方案的情况下，无过透水垫层和盲沟系统排入水沟，仍然可以认为是论地下水的流通途径是何等曲折，静力水头都会“不一种“以排为主”的方案。因此，尽管地下水通过透折不扣”地作用于衬砌结构。有的同志按动水力学水层充满衬砌周边，在设计中仍然不考虑水压力的中的渗透阻力，考虑一个折减系数的做法在概念上作用。这种做法对吗？是不正确的。但是，由于受水面积量值较小，总水压在实际工程中已经发现，这种“三明治”式构造力是会大打折扣的。的复合式衬砌的防水效果常常不理想。除上面已讨作者根据对二郎山公路隧道中的一段围岩节理论过的由于衬砌层间以及同围岩不密贴造成存水空系统的调查资料，进行了估算，得出的结果是，裂隙间的原因外，在设计中没有考虑水压力（因为采用的水对衬砌结构产生的水压力（总值）只相当于按全透是“以排方主”方案）可能也是一个原因。水介质情况计算的(%。近似地，也可以理解成，水国外的试验研究资料指出，如若地下水补给充压力可按(%的系数进行“折减”。当然，此处的“折分，存在稳定水位，采用背后设置透水垫层持续排放减”不是水头的折减，而是受水面积引起的。地下水时，衬砌仍然要承受相当于静力水头"$%左这样一来，按全封堵方案来设计衬砌就不是那右的水压力［"］。作者据此对广州地铁!号线采用矿么困难了。山法施工的一段隧道进行了计算［#］，发现在这种水这里，要注意的倒是施工问题。对于围岩中存压力的作用下，衬砌将会在仰拱部位开裂，同现场实在着高水头地下水的山岭隧道，如果采用封堵方案，际观察到的完全一致。则在施工中要注意：因此，复合式衬砌，到底应该如何考虑水压力？（!）要确保整体性以及同围岩密贴，绝对禁止回规范不考虑水压力的做法是否可行？这是一个值得填。一旦衬砌背后出现存水空间，同该空间相应受仔细研究的问题。水面积引起的水压力就会按地下水位产生的水头，“不折不扣”地作用于衬砌结构。计算表明［#］，这种!"$矿山法施工的山岭隧道能否采用封堵方案地下水的排放不仅在城市里会引起地表下沉及存水空间不论发生在何种部位，其对衬砌的破坏不建筑安全，即使对于山岭隧道，地下水流失对生态环亚于沿全周边受水。境的破坏也已屡见不鲜。在"!世纪，山岭隧道“以（"）复合式衬砌的防水层背后不能设置透水垫排为主”的防水设计理念的变更势在必行。层，否则会将地下水引入衬砌背后。万方数据铁道建筑技术%&’()&*+,-./%0+/’,-/1+2-,(,3*!44#（5）! ·桥梁·公伯峡黄河大桥混凝土灌筑阶段斜拉挂扣技术周光忠"刘建龙"苏国明"张德锋%（"D铁道建筑研究设计院交通工程研究所北京"$%A$$；%D中铁第十九工程局辽宁辽阳"""$$E）摘要结合公伯峡黄河大桥钢管拱肋内混凝土灌筑，对灌筑过程中拱平面内挠度和应力进行了计算和分析。为减少挠度和应力，通过设定斜拉扣索及其相应拉力，即对拱顶施加平衡力，达到消除挠度和应力，连续灌筑混凝土的目的。关键词钢管混凝土拱桥混凝土灌筑斜拉扣索应力挠度钢管拱肋采用分=段双肋整体吊装方案（共布%工程概况置"A道临时扣索）。公伯峡黄河大桥为净跨"%>F的中承式钢管双钢管拱肋内混凝土为自密性混凝土，采用泵送肋拱桥，一跨跨越黄河，主拱圈采用%根G"D%F的钢对称顶升法，混凝土灌筑顺序分?步：（"）下游下钢管，竖向呈哑铃形，拱肋高?F，%拱肋之间通过G$DA管、上游下钢管；（%）下游腹板、上游腹板；（?）下游上F和G$D%==F的钢管组成桁架式直撑和H型斜撑。钢管、上游上钢管。当上步已灌筑的混凝土达到=$I强度后进行下一步灌筑，在混凝土灌筑阶段按收稿日期：%$$$"$"@第一作者简介：周光忠（"=@"—），男，工程师。"==?年毕业于湖设计要求对拱顶施加平衡重。南大学土木系道路桥梁专业、应用数学系应用数学专业，获理工科双学士学位。电话：（$"$）A$%B="B?C>"B?钢管拱灌筑混凝土总体布置见图"。!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"#“地层注浆$排导”由于设置了地下水排导系统，采用这种“大堵小对付含高水头地下水，全封堵不是惟一的办法。排”防水方式时，对衬砌与围岩贴合紧密性的要求显可以采用地层注浆的办法来减少隧道工程引起的地然不象全封堵方式那样严格。下水的流失。要注意的是，地层注浆可以有效地降同全封堵方式一样，“地层注浆!排导”或称“大低地层的渗透系数，但是并不可能在地层中造成一堵小排”方式也是控制地下水流失的一种有效措施。个完全不透水的环状结构，只要在衬砌结构和围岩诚如所知，地层注浆的代价是昂贵的。之间有存水空间，地下水仍可经由曲折的途径流入。通过深入的试验研究和工程实践，一定会建立根据水力学中的连通器原理，无论地下水流经的通一套科学合理的岩石山岭隧道衬砌防水设计方法和道是多么曲折，一经流入衬砌背后的存水空间，就会正确的施工方法。以相应于静力水头的压强“不折不扣”地作用于衬砌参考文献结构。把围岩注浆理解成在衬砌外围造成一个补充结构来分担水压力，作为含高水头地下水的岩石隧"王建宇#喷混凝土技术的应用前景#见：隧道和地下工程道缓解衬砌水压力的措施，在概念上是不正确的。第"$届科技动态报告会文集#成都：西南交通大学出版社，%$$$地层注浆虽然不能减小地下水的静水压强，但%&’’()#*+,-./0/12,+3+4’56,7’573++’-607891+/04’5,701+12在设置排导系统的情况下可以大大减少所排放地下/’’:,;’2159’#<3++’-/,+4)’751:1-0/’/#"==>水的流量。因此，可以把采用围岩注浆的防水方式?王建宇，胡元芳#对岩石隧道衬砌结构防水问题的讨论#称做“大堵小排”方式。现代隧道技术，%$$（""）万方数据!铁道建筑技术&’()*’+,-./0&1,0(-.02,3.-)-4+!55%（#）