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跨越式前进的三十年，今后争取更辉煌

——纪念国际岩石力学学会中国国家小组成立三十年

朱可善

自1979年秋国际岩石力学学会中国国家小组组团参加在瑞士举办的国际岩石力学学会第四届大会，至今已有三十年。有艰苦、有曲折，但由于有上级的各级部门的正确领导，大量积极分子和志愿者的参与，我国大量的中小型和巨型和特大巨型工程的实践，使学会工作得到了跨越式的发展。下面谈几点感想和希望。

我国岩土工程不仅同一时期施工的数量多，而且工期紧迫，前期准备时间短，但经过三十年跨越式发展，已取得辉煌成就，尤其是特大型三峡工程优质按期胜利完工，更是一个前进了一大步。外国类似工程从设计到施工的工期可能较短，但前期准备时间佷充裕，我们要跨越式前进，除了借鉴国外的经验，更要适合我国特色创新。

一、岩石工程是一项复杂的系统工程

由于岩体不是一个各向同性的弹性均质体，而是含有大量不同种类的矿物、由规模大小不一的各类结构面组成的各向异性的非弹性非均质的非连续体，其特性参数从当前的水平来看，尚无法一一加以确定。1979年世界著名的意大利结构研究所采用大小约宽1m 长2m的二维弹性模型分析洞室应力。瑞士苏黎士大学根据现场实测位移进行弹性反分析，再用电话和现场联系指导施工。现在回想起来，他们一定不得不采用很大的安全因素，进行比较粗略的分析。

岩体中各类结构面的存在大大影响了结构物的安全，除了少量的露头外，只有进行少量的探孔和探坑，进行一般性的了解和推测。根据岩石工程的这些实况，当时欧洲的思路大致可能归纳如下：尽量利用邻近已有工程，如法国和瑞士之间的Frejus隧道，原来已有一条铁路隧道，新修的一条就可以减少许多勘探工作量。一般说来，初勘阶段要由地质师、设计师和施工师建立所谓的概念模型后，经过反复研究，提出关键参数的上下限。按照最可能不利的条件进行初设、估计工期和概算，在工程进行当中，进行严格的监控、反分析和修改设计，工程竣工后在运行中，重大工程还要继续监测，必要时进行加固。

二、现场监测，参数分析和反分析是关键

岩石工程的现场监测不仅保证了人身生命和设备财产的安全，还将取得重要的科学信息

据以验证和修改设计，并为创立新理论、新模型提供源泉。

很久以来，人们就认识了岩石的尺度效应的重要影响。缪勒在1974年公布了小尺度试块的抗压强度可高出大尺度试块的抗压强度的若干数量级。我国学者得出了抗拉强度的影响更大。上世纪七十年代以来，不少国家制成了大型的剪力机和真三轴压力机，虽然造价不菲，但对实验成果的确诠释了不少问题，对于岩石的破坏机理亦多有启迪。一般而言，对现场监测成果的分析，其作用并不显著。

为了确定岩体的强度和变形模量，采用实验洞进行压水实验，费用更高，但的确接近现场实际。根据我国某些实验成果，变形模量仅为小试块的三分之一至十分之一。

对洞室的监测主要是离掌子面3－4倍洞径的变化，它们的改变较小，因而精度不高。靠近掌子面的监测断面，空间效应比较显著，但位移比较大，三维分析程序已日益普及，有望提高反分析初始地应力的精度，有地利于迅速验证和修改设计。

三、勘探、监测和开挖技术大创新，超前预测是方向

近几年来，我国修建了长18040米的终南山双洞公路隧道，长8950米的长兴双洞水下公路隧道，长21050米的武韶岭双洞铁路隧道等等，大多采用了传统的技术和方法。无庸讳言，钻爆法不利于环保，危害施工人员安全，超挖大，都是它的缺点。

秦岭隧道全长18456米，是我国第一个采用TBM法施工的，在世界山岭铁路隧道中位居第六；其最大埋深1600米，其中超过1000米埋深的地段达4公里；穿过的硬岩和极硬岩地段约占隧道全长的80%。西安安康铁路是中国南北交通的第五条大动脉，这一地区的地质构造极其复杂，地下断层密布，隧道施工中最怕出现的高地应力、剧烈岩爆、突发性大涌水、地热高温溶洞以及放射性物质等现象随时都有可能发生。为探明秦岭地区的地质情况，采用了GPS全球卫星定位仪和V5大地电磁测深仪等一系列当时最先进的技术，既避免了对原始生态造成破坏，又能使工作效率和精度提高10～20倍。同时，结合大面积的航测遥感和准确的地面调绘，以及包括电法、磁法、放射性在内的多种勘探方法和深达600余米的地下钻探，准确探明了460平方公里范围内的宏观地质情况，提高了决策的科学性。配合地质选线，梁文灏先后做了17个不同的隧道比选方案，从地质情况、工程造价、线路走向，以及环境保护等各个方面进行综合比选，最终确定了目前采用的工程地质及水文地质条件相对较好、洞口位置合适、进出口高程适中的最佳的越岭隧道位置（转引自人民网2006年04月25日高俊 文）。

据我们了解国外的情况，采用TBM法施工，应该具备两个条件：隧道较长，地质情况较单一。长度过短，由于TBM机身长，不经济。地质复杂，毛洞变形不均匀，可能使机具卡住，国外已有类似例子，工程已经过半，TBM机被埋在岩石里，整个工程只好报废。在何种情况下采用TBM施工最有利，国内外都有些不同看法。但采用先进的勘探技术则是共同的认识。

为了监控掌子面的安全，日本学者Koichi Hayashi 和Hideki Saito采用高分辨率的地震反射波法，成功地进行了预报（ISRM News Journal, December, 2001），我们应该尽快赶超。

定向钻孔，通常叫做水平钻孔或HDD，可以减少对环境的破坏，特别适于跨越公路，铁路，绿化带和河流，单孔长度已达2000米。国外某地采用光学陀螺仪定向跨越52条铁路和一座高压塔，全长超过700米，方向误差仅0.2米。

HDD用于隧道勘探，可以取得更多有意义的信息，希望引起有关方面的注意。

1983年美国华盛顿州西雅图市在黏土和粉砂地层中，兴建净内径达63英尺（约19米），有效外径大于80英尺（约24米），全长超过1332英尺（约400米）的五车道贝克山岭隧道

(Mt. Baker Ridge Tunnel),从仰拱中断面开始沿轴向开挖高2.5米宽约2.1米的小导孔，其侧面都沿半径方向，全长用混凝土回填。再紧靠其左右两侧开挖类似的小导孔，全长亦用混凝土回填，如是循序向上开挖回填至拱冠，形成一个整体的隧道衬砌。衬砌内部的土体开挖后，隧道亦随之完成。

    小导孔显然可以用HDD完成，如能按上面程序使其形成一个整体的隧道衬砌，则有可能代替昂贵的TBM设备。这一设想虽早有人提出，其可行性仍待研究。

结束语

    随着我国岩土工程的大规模兴建，已积累了大量的科研和技术资料。如何充分利用这些资料，已经引起人们的注意。据了解，有的部门不愿提供的原因，是怕资料中暴露问题不好处理，还有的是怕无偿提供得不偿失。建议有关部门立法加以保护。已出现事故的工程，更应该立法责成有关部门补充必要的资料和数据，并组织力量进行研究分析。日本的某边坡失事后，不仅详细收集测量崩落块体大小、位置，还进行了复位计算以验证和改进设计理论。

我们建议所有的灾难模型博物馆保存重大工程事故的档案资料，按一定的程序提供研究人员使用，把产学研真正形成三结合的新实体。