《对我国隧道工程中两个问题的思考》.doc

《对我国隧道工程中两个问题的思考》 王建宇：中铁西南研究院研究员、博士生导师、国家级专家。摘要：针对我国隧道建设现状，讨论了工程质量的控制和同隧道相关的环保问题，着重对衬砌结构的防水设计和施工提出了若干建议 隧道工程的技术进步为现代交通建设创造了基础条件。面向21世纪，从国民经济可持续发展出发，为了将我国隧道工程技术提高到新的水平，当前主要集中力量抓好两方面的问题：（1）隧道工程质量（2）隧道工程对生态环境负面影响 隧道工程质量问题 就用矿山法修建的隧道而言，说我国隧道工程质量情况堪忧是并不过分的。隧道工程在施工或营运阶段出现的各类病害严重影响了隧道功能，造成隐患，危及交通安全。这些病害表现为：（1）衬砌过度变形、裂损、剥落掉块（2）地下水的渗漏和涌出 隧道工程质量的控制有管理问题，也有技术问题。决定隧道衬砌质量的主要有三个因素：（1）衬砌厚度（2）衬砌混凝土的品质（3）衬砌同围岩之间的接触条件 一般地说来，衬砌厚度和混凝土品质的控制，比较容易引起承包商和监理人员的重视。然而，根据作者近年来参与隧道病害的调查和整治所掌握的情况看，汽车结构的整体性以及同围岩接触不良常常是造成隧道病害的主要原因。。。。。。 2．隧道工程对生态环境负面影响的控制 从总体来说，隧道工程的修建改善了人类居住环境。事实上，修建公路和铁路时，采用隧道常常是保护生态环境及地表景观的一个重要手段。但从另一角度看，隧道工程对环境的负面影响也是不容忽视的。这不仅仅是施工中的弃碴、废水、有害气体，爆破振动、和噪声等危害，要强调的是：（1）洞口的环境保护（2）围岩变形和地表沉降的控制（3）地下水资源的保护 这些问题不但牵涉到施工技术，而且要引起设计理念的变化，这里。主要对地下水资源的保护问题进行讨论。 2．1隧道工程中地下水处理的两种方式 封堵方案（“以堵为主”）不允许将地层中的地下水排入隧道内。用盾构发施工的地铁隧道就采用这种方法。 排导方案（以排为主）采用设置在衬砌背后的盲沟及透水垫层将水引入隧道水沟后排出。绝大多数采用矿山法修建的山岭隧道都采用这种以排为主的方案。相应的。设计规范在确定衬砌荷载时，不考虑承受衬砌承受水压力。 2．2复合式衬砌的水压力荷载问题 在采用复合式衬砌的情况下，虽然有防水板隔水，但由于防水板背后一般都设有透水垫层，地下水通过透水垫层和盲沟排入水沟，仍然可以认为是一种“以排为主”的方案。因此，尽管地下水通过透水层充满衬砌周边，在设计中仍然不考虑水压力的作用。这种做法对吗？ 在实际工程中发现，这种“三明治”式.的构造的复合式防水效果常常不理想。除上面已讨论过的由于衬砌间层以及同围岩不密贴造成存水空间的原因以外，在设计中没有考虑水压力（因为采用的是“以排为主”方案）可能也是一个原因。 国外的实验研究资料指出，如若地下水补给充分，存在稳定水位，采用背后设置透水垫层持续排放地下水时，衬砌仍然要承受相当于静力水头20%左右的水压力。作者据此对广州地铁一号线采用矿山法施工的一段隧道进行了计算，发现在这种水压力的作用下，衬砌将会在仰拱部位开裂，同现场实现观察到的完全一致。 因此，复合式衬砌，到底应该如何考虑压力？规范不考虑水压力的做法是否可行？这是一个值得仔细研究的问题。 2．3矿山法施工的山岭隧道能否采用封堵方法 地下水的排放不仅在城市里会引起地表下沉及建设安全，即使对于山岭隧道，地下水流失对生态环境的破坏也已屡见不鲜。在21世纪，山岭隧道“以排为主”的防水设计理念的变更势在必行。 在设计盾构法隧道时，对于透水土层要考虑同在下水位相应的水压力，在计算土体压力时，则考虑土的浮重。在不透水地层情况下，不考虑沿衬砌周边作用的水压力。 对于岩石隧道，如果采用封堵方案将地下水憋在围岩里，应该如何考虑衬砌的水压力？是不是也要不折不扣地考虑一个相应的沿衬砌作用的水压力？在高水头山岭隧道的情况下这样做会把衬砌厚度加大到不可思议的程度。 在岩石地层中，大多数的情况下节理裂隙是地下水的主要通道，而岩石本身则基本上不透水。因此，如果衬砌结构同围岩处处密贴，地下水只能在岩体节理张开宽度的范围内对衬砌作用。而出露在隧道衬砌周边长相比，在量值上显然是很小的。 总水压力=静力水头×受水面积 根据连通器原理，在采用封堵方案的情况下，无论地下水的流通途径是何等曲折，静力水头都会“不折不扣”地作用于衬砌结构。有的同志按动水力学中的渗透阻力，考虑一个折减系数的做法在概念上是不正确的。但是，由于受水面积量值较小，总水压力是会大打扣的。 作者根据对二郎山公路隧道中的一段围岩节理系统的调查资料，进行了估算，得出的结果是，裂隙水对衬砌结构产生的水压力（总值）只相当于按全透水介质情况计算的5%。近似的也可以理解成，水压可按5%的系数进行“折减”，当然，此处的“折减”不是水头的折减，而是受水面积引起的折