隧道水射流開挖技術的可行性研究與探討

王 棟，李永生，茍紅松

(中鐵隧道集團有限公司技術中心，河南 洛陽 471009)

隧道水射流開挖技術的可行性研究與探討

王 棟，李永生，茍紅松

(中鐵隧道集團有限公司技術中心，河南 洛陽 471009)

為研究高壓水射流技術在隧道開挖過程中的可行性，節(jié)省造價和工期，改善作業(yè)環(huán)境，降低安全風險，闡述了水射流破巖機制的原理，調(diào)研了適合隧道水力開挖的關鍵參數(shù)和開挖方法，有針對性地對單獨水射流開挖隧道、水射流配合機械開挖隧道和水射流輔助機械開挖隧道3個方案進行了技術、經(jīng)濟效能的分析。通過計算，驗證了采用高壓水射流配合機械開挖隧道的可行性，認為水射流配合機械開挖隧道更能體現(xiàn)隧道施工的經(jīng)濟性，并能滿足施工進度、作業(yè)環(huán)境和工程風險等方面的要求。

隧道；高壓水射流；施工方案；可行性

0 引言

隨著科學技術的不斷進步，隧道從最早的人工掘進施工方法發(fā)展到鉆爆法開挖，直到現(xiàn)在的TBM(全斷面隧洞掘進機)開挖，工作效率越來越高，安全性能越來越好，但也存在不少問題，如鉆爆法開挖自身工序復雜，工作條件差，工人勞動強度大，超欠挖難以控制，安全性差，難以實現(xiàn)高速、高效、安全、文明施工等。而TBM開挖也有如下致命的缺點：1)地質(zhì)適應性差，對于復雜的隧道很難適應；2)大部分TBM只能施工圓形或近似圓形的隧道，存在超挖的現(xiàn)象，一般占隧道所需斷面積的8%左右，會造成很大的能源和材料浪費[1]；3)初始成本很高，不適合短隧道工程。高壓水射流技術破碎巖石是眾多新型破巖方式中最有潛力、效率最高，且易于實現(xiàn)的破巖方式，如果能用于隧道工程中，將大大提高工作效率，并降低施工成本，將會有很好的應用前景。

國內(nèi)外學者對高壓水射流破巖機制做了大量研究，也取得了一定的成果。張海濤[2]認為水射流輔助鑿巖技術可以提高機器的鉆孔能力，降低刀具消耗；段雄等[3]認為水射流輔助刀具切削巖石是水楔作用的過程；Dubugnon認為巖石的破碎是水射流和機械聯(lián)合破碎的作用；美國Colorado礦業(yè)學院對巖石切割過程中的參數(shù)進行了分析，認為水射流的壓力在 280～350 MPa、橫切速度為12.5～1 000 mm/s時，破巖效果最好；袁建民等[4]通過連續(xù)射流噴射角對破巖效果影響的試驗分析，得出在150 MPa條件下最優(yōu)噴距時的最優(yōu)噴射角度；盧義玉等[5]對水射流輔助PDC刀具切割破碎巖石進行了力學分析，認為水射流布置在刀具的后方，并偏離刀具鉛垂中線面適當位置輔助刀具破巖時，刀具受力可減少30%～50%；鄭品聰研究了微型隧道的開挖過程，并認為其與鉆井過程相似；鄭富書對隧道的開挖進行了現(xiàn)場試驗，認為高壓水射流功率對開挖巖石起決定性作用；日本學者山門憲熊等認為水射流的門限壓力與巖石的堅固性系數(shù)成正比，而松木浩二等通過試驗得出門限壓力與巖石的抗拉強度有較好的線性關系，水射流沖擊巖石時存在一個臨界噴距[6-7]；之后一些學者對水射流聯(lián)合機械破巖的主要配合參數(shù)進行了試驗研究和數(shù)值模擬，得出了水射流輔助機械破巖的關鍵參數(shù)對破巖效果的影響規(guī)律[8-10]。總體而言，國內(nèi)外學者從理論和試驗等方面對高壓水射流技術做了比較全面的闡述，認為高壓水射流完全有能力破碎巖石。但是，隧道開挖是一個復雜的過程，需要從隧道的開挖方法、水射流參數(shù)和水射流技術整體方案上分析其經(jīng)濟性和可行性，以便能更好地推廣使用。

本文以高壓水射流技術的分析為出發(fā)點，對水射流的主要參數(shù)進行了簡單的調(diào)研與分析，提出適合水力開挖的2種開挖方法，并有針對性地設計了單獨水射流開挖方案、水射流配合機械開挖方案和水射流輔助機械開挖方案，結(jié)合實例采用統(tǒng)計分析的方法對方案的經(jīng)濟性和可行性進行了分析，以期為隧道水射流技術的應用提供參考。

1 高壓水射流破巖技術的原理

水射流技術是近幾十年來發(fā)展迅速的一項新技術，已廣泛地應用于清洗、切割和破碎作業(yè)中，具有獨特的優(yōu)越性。水射流是以水為工作介質(zhì)，通過增壓設備和特定形狀的噴嘴產(chǎn)生高速射流束，具有極高的能級密度。其工作原理是：水射流布置在機械刀具周圍，當水射流沖擊巖石時，巖石破碎的主要機制是沖蝕效應和微裂紋的擴展。當水射流速度達到500 m/s、沖擊力為300 MPa時(超過大多數(shù)巖石的抗壓強度)，巖石以壓縮的形式破壞。如果在超高壓水射流的作用下，巖石原有的各種微裂紋和孔隙在強大的水射流擠壓力作用下被增壓到巖石的臨界破壞狀態(tài)，使微裂紋擴展和聯(lián)通，最終導致巖石破壞，從而進行巖石的破碎。水射流輔助機械破碎巖石如圖1所示。

2 隧道高壓水射流開挖參數(shù)的調(diào)研研究

2.1 水射流參數(shù)的計算與選取

就工程應用中最常見的連續(xù)水射流而言，人們最關心的是基本參數(shù)，即產(chǎn)生射流的流體靜壓力(簡稱射流壓力)、射流流量、流速、功率及反沖力等動力學參數(shù)。

在高壓水射流壓力強度已經(jīng)足夠使巖石破碎的情況下，要想大幅度地提高破碎效率，就要靠水射流的流量，而非壓力。在水射流壓力一定的前提下，水射流流量的計算公式為：

式中：qt為射流流量，L/min；d為噴嘴直徑，mm。

(a)

(b)

很顯然，水射流所需流量與噴嘴直徑和壓力的平方根成正比，故在噴嘴直徑一定的前提下，流量對破碎效率的作用比壓力大得多。例如對于大理巖而言，噴嘴直徑為0.5 mm時，花崗巖所需壓力為150～320 MPa，對應所需的流量為6.4～9.4 L/min。

噴嘴出口的射流功率是壓力和流量的函數(shù)，可表示為：

P=35.1d2p3/2。

式中：P為射流功率，W；d為噴嘴直徑，mm；p為射流壓力，MPa。

可以看出，噴嘴出口的射流功率是射流壓力與噴嘴尺寸的函數(shù)，表明射流功率與噴嘴直徑的平方、壓力的3/2次冪成正比關系，即射流功率對噴嘴直徑的變化比對壓力的變化敏感得多。噴嘴直徑增加1倍，射流功率則增加3倍；而壓力增加1倍，射流功率則增加1.8倍。因此，對于水射流破碎巖石來說，通常是通過增加水射流壓力和流量的方式來增強破碎效果。

2.2 水射流開挖方法的調(diào)研研究

伴隨著高壓水射流破巖技術的發(fā)展，壓力達4 000 kg/cm2的高壓水射流切割機和增壓器已成批生產(chǎn)，且在硬巖中的鉆速已達到相當高的水平。如在花崗巖中鉆孔徑為25.4 mm的孔，速度可達3 m/min，說明高壓水射流破巖技術已經(jīng)非常成熟；但對于隧道開挖而言，開挖方法則關系到水射流技術能否成功地應用于隧道施工中。

2.2.1 高壓水射流開挖隧道切槽掘進法

某流體工業(yè)公司提出了一個掘進施工方案，即在掘進開始前，先用高壓水沿隧道周邊切槽，然后用高壓水打炮眼，使切槽深與循環(huán)進尺相等，最后爆破破巖。目的是減少超挖、保護圍巖、降低支護成本、增加爆破自由面以降低炸藥消耗量和炮眼數(shù)量。水射流切槽掘進法如圖2所示。

圖2 水射流切槽掘進法示意圖

為了實現(xiàn)這一方案，在花崗巖上進行了切槽試驗，所用水壓力為3 000 kg/cm2，切槽寬20 mm，水射流沿一定方向往返移動進行切槽，槽深20 mm時，切割速度可達1 m/min，每個鉆頭動力為25.742～29.420 kW。經(jīng)測試，當隧道循環(huán)進尺1.5～2 m時，切1 m長的槽需要1.5 h。

與使用巖石掘進機開鑿隧道相比，高壓水射流切槽爆破掘進施工方案隨然增加了爆破成本，能量消耗大，但比較靈活，可以開鑿任意斷面形狀的隧道。

2.2.2 高壓水射流輔助機械開挖隧道的同心槽法

西德礦山研究公司在對有關資料做了廣泛研究之后，決定對高壓水射流輔助機械刀具(滾刀)破巖進行探討。設想的辦法是用高壓水射流切割出同心的槽溝，使巖石面預先變?nèi)?，接著用滾刀將殘留的巖脊剪切下來，這樣巖石的壓碎就變?yōu)榧羟衅扑?，從而使?jié)L刀上的靜力顯著減少，各種巖石掘進機的質(zhì)量也就減小。這樣有利于井下作業(yè)，并在現(xiàn)場取得了良好的效果。水射流輔助機械切割巖石如圖3所示。

圖3水射流輔助機械切割巖石示意圖

Fig.3 Rock cutting by mechanical method assisted by water jet

3 隧道水射流開挖技術的經(jīng)濟效能及可行性分析

水射流開挖技術是一項新技術，而鉆爆法是普遍采用的開挖方法。不管是水射流開挖，還是鉆爆法開挖，影響隧道成本的因素有隧道施工技術水平、管理水平、施工用地和地區(qū)差異等，但上述因素無法進行定量計算，故應重點分析在開挖工序中能定量計算的爆破費、人工費、機械設備費等的差異。

3.1 鉆爆法開挖方案的能耗分析

假如開挖的單線隧道斷面面積為56 m2，鉆爆法施工，全斷面開挖，運輸方式為無軌運輸，采用空壓機、多功能作業(yè)臺架、手持風動鑿巖機進行機械配備(設備配置見表1)，每月平均進尺140 m，循環(huán)進尺2～3 m。

表1鑿巖設備經(jīng)濟技術比較
Table 1 Comparison and contrast among different rock drilling methods in terms of economy and technology

項目風鉆配合臺架固定空壓站移動空壓站液壓鑿巖機組配合臺架總功率/kW520400132耗電量/kWh1040008000021372耗材/元365003650018000設備總值/萬元46．568．395工費/萬元6．66．66．6消耗總費/萬元16．5515．4610．54

3.1.1 鑿巖設備的計算

通過對表1鉆爆法鑿巖設備的經(jīng)濟比較，認為液壓鑿巖機組配合作業(yè)臺架是一種比較經(jīng)濟實用的鑿巖設備，而目前鉆爆法開挖隧道普遍采用的是風鉆配合臺架。按電費0.8 元/kWh，經(jīng)計算，月進尺140 m所產(chǎn)生的費用大約為103.5 萬元。

3.1.2 爆破費用的計算

鉆爆法施工的主要材料有炸藥、起爆器、導爆索等。材料的消耗與圍巖、設備、掘進進尺等因素有關。據(jù)統(tǒng)計，目前普遍使用的硝銨炸藥、導火線、普通雷管、非電毫秒雷管及導火索的綜合單價分別為10.06，1.70，4.70，4.70，2.30元。

根據(jù)常用的經(jīng)驗公式，按每循環(huán)2～3 m、斷面面積為56 m2計算，使用硝銨炸藥的炸藥量為80 kg左右，采用非電毫秒雷管+導爆索并聯(lián)爆破，所需導爆管400 m。經(jīng)計算，月進尺140 m所需的爆破費用在5萬～7萬元。

3.1.3 人工費的計算

根據(jù)《秦嶺隧道TBM施工工程經(jīng)濟分析》中建議的鉆爆法施工人員配備，鉆爆法所需施工人員隨隧道開挖斷面的增大、配套機械的增多而增加，根據(jù)每循環(huán)中各工序所占時間，安排2班/d或3班/d作業(yè)。根據(jù)單線鐵路隧道人工鉆孔全斷面開挖勞動力組織表，大概需要工人36名，按每人工資5 000元/月，安排3班作業(yè)，經(jīng)計算，人工費大約為18 萬元/月。

經(jīng)計算，在進行鉆爆法開挖時，所需的開挖總費用約為130 萬元/月。

3.2 單獨水射流隧道施工方案的經(jīng)濟性分析

3.2.1 費用分析

水力開挖機組主要有破巖系統(tǒng)、輸水系統(tǒng)和供電系統(tǒng)3部分組成。其機組配備人員為5～7人(水槍手3～5人，電工1人，維修人員1人)。2班工人需要人工費共計5萬～8萬元/月，水射流設備的費用約250萬元，共計總費用約為260萬元。

3.2.2 進度分析

采用手持水槍對隧道進行開挖時，采用140 MPa的水壓，流量為160 L/min，巖石強度為30～70 MPa，根據(jù)現(xiàn)場的實際情況自行調(diào)整水射流壓力和流量。當開挖深度為0.1 m時，破除效率為4～5 m2/h，考慮到隧道放線、開挖、支護、出渣所需的時間以及不可預見的因素，3 d開挖7個循環(huán)，開挖工作時間為8 h/d，每循環(huán)工作4 h，破除量為32～40 m2，每月進尺1.7～2.1 m。

采用水射流破碎機對連續(xù)梁頂板塌陷區(qū)進行破除，塌陷區(qū)縱向6 m、橫向4 m、厚度為0.5 m，需1～2 h，破除效率為12～24 m2/h。若按同樣的效率開挖隧道，考慮隧道放線、開挖、支護、出渣所需的時間以及不可預見的因素，3 d開挖7個循環(huán)，開挖時間為8 h/d，每循環(huán)4 h，破除量為96～192 m2，則日進尺0.85～1.7 m，月進尺25.5～51.5 m。

對鉆爆法開挖與單獨的手持水槍及水射流破碎機進行了簡單的效率分析，見表2。

表2 單獨水射流破碎巖石效率分析表Table 2 Efficiency of rock breaking by water jet

從表2可以看出，采用單獨的手持水槍或者水射流破碎機進行巖石的開挖，效率很低，且費用高、局限性大。水射流對巖石強度有一定的適應性，根據(jù)巖石切割的實際效果，認為在50～150 MPa的壓力下，水射流能有效地完成巖石的切割；當壓力大于150 MPa時效果會更好，不過比能不會減少很多?？傊瑢τ谒淼缼r石的開挖來說，認為采用單獨的水射流或者水射流破碎機進行隧道的開挖，其效果不如鉆爆法經(jīng)濟。

3.3 水射流配合機械施工方案的經(jīng)濟性分析

3.3.1 隧道水射流開挖施工方案

根據(jù)調(diào)研情況，設計了一套水射流配合機械施工的方法，如圖4所示。

圖4隧道水射流配合機械施工
Fig.4 Tunnel excavation by mechanical method cooperated by water jet

1)用水射流切割機或水射流鉆機沿著隧道周邊及工作面鉆鑿連續(xù)的開縫或鉆孔，將工作面分割成格子狀或打一定數(shù)量的鉆孔，形成很多自由面。

2)在自由面的分區(qū)塊內(nèi)用劈裂機或破碎機在裂縫或者鉆孔內(nèi)破碎巖石(一次破碎)，分裂完成后，用設備將石頭撥開、搬走，從而制造出一個臨空面，臨空面制造得越好，分裂巖石的效率就越高。

3)根據(jù)破碎的效果進行出渣，即由自由面的形成、水射流割縫或打孔、分裂與破碎巖石3種作業(yè)組成，形成自由面的高壓水射流割縫或打孔、劈裂機割巖和破巖裝置是水射流配合機械開挖巖石的主要裝置。

3.3.2 水射流配合機械破碎巖石的經(jīng)濟性分析

采用水射流設備對隧道進行鉆孔或割縫時，不考慮其他因素，采用140～280 MPa的水壓，在巖石上鉆直徑為40 mm的孔，速度可達2～3 m/min。隧道斷面為56 m2，根據(jù)調(diào)研的劈裂機的現(xiàn)場效果，鉆孔間距在60～70 cm時，破碎效果更好，更有利于運輸。經(jīng)計算，約需布孔50個，需時間約2 h，考慮不可預見的因素、現(xiàn)場設備、場地的布置及劈裂機的工作時間，保證每循環(huán)開挖工作時間為3～4 h(鉆爆法開挖每循環(huán)在4～5 h)，每循環(huán)比鉆爆法正常開挖至少能節(jié)省1 h，每月至少可節(jié)省60 h，可增加15個循環(huán)，開挖進尺可增加45～60 m，月開挖進度可達200 m，進度可提高30%左右。

對鉆爆法和水射流設備配合割縫或鉆孔進行了簡單的效率分析，如表3所示。

表3 水射流配合機械破碎巖石效率分析表Table 3 Efficiency of rock breaking by mechanical method cooperated by water jet

從表3可以看出：采用水射流設備配合機械開挖隧道，根據(jù)試驗和現(xiàn)場應用情況，認為該方案對巖石的適應性較強，能有效地完成對巖石的割縫和鉆孔，僅僅在開挖環(huán)節(jié)，每月可節(jié)省開挖時間45～60 h，每月進度可提高30%左右。但是，當采用水射流切割設備對巖石進行切割時，前期設備投入太大，而采用水射流鉆孔配合劈裂機開挖時的投入與鉆爆法每延米開挖費用相差不大；同時，劈裂機使用方便、維修簡單、價格便宜，認為水射流鉆孔配合劈裂機進行隧道巖石的開挖，效率高、費用合理，但對安全性要求較高，在隧道中進行巖石的開挖其技術是可行的。

3.4 高壓水射流輔助掘進機施工方案的經(jīng)濟性分析

高壓水射流輔助刀具破巖的現(xiàn)場試驗在斯克科密斯山的花崗巖采石場進行，巖石為花崗巖，抗壓強度為1 730～2 247 kg/cm2。經(jīng)過一系列現(xiàn)場試驗，證實高壓水射流輔助掘進機刀具破巖是成功的，掘進速度平均可提高50%～60%，機器所需的扭矩亦可降低25%。為了確定掘進速度提高后的經(jīng)濟效益，亦進行了技術經(jīng)濟分析與比較。

3.4.1 實例1

地鐵隧道工程的隧道直徑為6.1 m、巖石強度為1 758 kg/cm2、掘進速度為1.22 m/h，掘進機價格為250萬美元。其中，水射流設備需要量按使用刀具間射流所需的功率來估算，工程的機械利用率、勞動力總數(shù)和直接勞動力費用則各異。

1臺刀具的平均切割間距為76.2 mm，直徑為6.1 m的巖巷掘進機總共需要60股射流。假定用0.25～0.3 mm的噴嘴，壓力為3 515 kg/cm2時每股射流需要14.7～22.05 kW，總共不到1 470 kW，水射流設備費用大約為40萬美元。

為了了解掘進機的節(jié)約費用情況，計算了掘進速度提高10%，25%，50%，100%，150%，200%時的費用節(jié)約百分比，見表4。

表4 掘進速度提高后的費用節(jié)約百分比(紐約地鐵隧道工程)Table 4 Economic efficiency due to accelerated tunnel excavation rate (case of tunnel of New York Metro) 美元/m

從表4可以看出，掘進速度分別提高50%，100%，150%，200%時，費用節(jié)約百分比超過26%，37%，63%，對于一項隧道掘進工程來說，這些節(jié)約百分比是相當可觀的。

3.4.2 實例2

內(nèi)華達州西南河山隧道直徑為3.8 m，需要的水射流設備按735 kW的裝置來估算，假定用刀具間噴嘴，平均刀具間距為63.5 mm，0.3 mm噴嘴共30個，壓力為3 515 kg/cm2，分析結(jié)果見圖5和圖6。

圖5 費用節(jié)約百分比與掘進速度提高百分比的關系曲線Fig.5 Economic efficiency Vs acceleration of tunnel excavation rate

總投資1 100萬美元，掘進費用為1 820美元/m。(a)機械掘進

掘進速度提高50%，總投資950萬美元，掘進費用為1 558美元/m。
(b)水射流輔助機械掘進

圖6費用分配圖

Fig.6 Composition of construction cost

從圖5和圖6中可以看出：水射流輔助掘進可節(jié)約費用14.4%，直接勞動力費用有所下降，但設備費用增加，掘進費用從1 820美元/m降至1 558美元/m，總費用從1 100萬美元降至950萬美元；費用節(jié)約百分比隨掘進速度提高百分比的增大而增大，掘進速度提高50%時，可節(jié)約費用14%。

通過對2個案例的分析比較可以看出：1)用水射流輔助機械掘進，費用節(jié)約很多，掘進速度分別提高50%，100%，150%時，可節(jié)約費用12%，25%，30%以上；2)水射流輔助掘進帶來的收益是否抵得上安裝水射流裝置的支出，主要取決于掘進速度提高的百分比。掘進速度提高10%，便可抵消水射流系統(tǒng)的費用，但是沒有比較設備和掘進機設計的最佳化，若掘進速度比樣機試驗時更高，則費用也相應進一步節(jié)省。

4 結(jié)論與展望

1)水射流流量和射流壓力是決定切割效果的關鍵參數(shù)，但是流量對破碎效率的作用比壓力大得多。巖石的強度是決定巖石開挖技術適用范圍的決定性因素，認為Ⅱ級和Ⅲ級圍巖單軸抗壓強度在60～150 MPa時最適合采用隧道水力開挖技術，而對于不同的巖石，存在著一個最佳的水射流工況參數(shù)匹配。

2)對單獨的水射流開挖來說，能量消耗大，且效率低、費用高；而采用水射流鉆孔配合劈裂機開挖時，消耗成本相對較低，對巖石適應性較強，每月開挖時間可節(jié)省45～60 h，每月進尺可提高30%左右，認為在隧道中進行巖石的開挖是可行的。

3)采用水射流輔助機械開挖時，影響隧道開挖效率的決定性因素是掘進速度，同時，刀盤承受的切削能力可降低30%。當掘進速度提高10%時，剛好能彌補水射流設備的投入費用，隨著掘進速度的提高，節(jié)省的費用也越多。但是也存在一些問題，譬如水射流噴嘴位置的布置等參數(shù)，為了使這項破巖技術盡快地付諸使用，還得繼續(xù)進行一系列相關的試驗室和現(xiàn)場試驗，產(chǎn)生適合這類破巖技術的最佳設計參數(shù)，提高水射流系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟性。

水射流破巖技術是一項新的、發(fā)展前景廣闊的技術，但是由于原材料質(zhì)量不過關、噴嘴堵塞及高壓原件的銹蝕和密封等問題，不論破碎硬巖還是軟巖，所需要的射流功率都很大。因此，到目前為止，投入生產(chǎn)使用的水射流輔助破碎巖石機械很少，基于此，以后應加強對水射流機械器件的研發(fā)，并研究最佳配合參數(shù)。

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[10]李曉紅．水射流輔助切削刀具破巖的最佳位置的實驗研究[J].重慶大學學報：自然科學版，1993,16(5)：40-46．(LI Xiaohong．An experimental study of the optimal jet position on water jet assisted drag bit during rock cutting[J]．Journal of Chongqing University：Natural Science Edition，1993,16(5)：40-46.(in Chinese))

我國2項工程榮膺“菲迪克工程項目優(yōu)秀獎”

國際咨詢工程師聯(lián)合會(International Federation of Consulting Engineers-FIDIC，菲迪克)是全球工程咨詢行業(yè)權威性的國際非政府組織。2014年9月28日至10月1日，菲迪克在巴西里約熱內(nèi)盧舉行2014年年會，年會以“創(chuàng)新的基礎設施建設解決方案“為主題，關注工程咨詢業(yè)的發(fā)展，同時頒發(fā)了”菲迪克2014年工程項目杰出獎和優(yōu)秀獎”。其中，“石太高速鐵路太行山超長隧道群工程”和“京廣高鐵鄭州黃河公鐵兩用橋工程”獲得了菲迪克工程項目優(yōu)秀獎。

石太高速鐵路連接石家莊和太原，在太行山地區(qū)采用首尾相連的超長隧道群穿越。石太高速鐵路太行山超長隧道群工程是全線關鍵工程，由3座隧道組成，整個隧道群長度為47.5 km，其中最重要的是長度為27.839 km的太行山隧道，由2條平行的單線隧道構(gòu)成，其長度居國內(nèi)運營鐵路隧道之首。在隧道建設過程中，施工單位構(gòu)建了高速鐵路隧道技術標準，形成了在膏溶角礫巖中隧道修建技術，首創(chuàng)了超大斷面隧道單洞變雙洞過渡段建造技術。

太行山隧道要通過長達6.8 km的膏溶角礫巖，這是一種工程性質(zhì)很差的“軟巖硬土”，存在膨脹性、遇水崩解軟化等諸多問題，工程風險極高。經(jīng)過專項研究和試驗，提出了膏溶角礫巖的圍巖分級標準和工程措施，保障了結(jié)構(gòu)施工及運營安全。

在高鐵隧道群中，發(fā)生列車災害事故后人員的快速逃生極其重要。通過數(shù)值計算、模型試驗及災害現(xiàn)場情景模擬等，專家建立了列車在隧道內(nèi)發(fā)生火災事故后人員安全疏散技術標準，填補了該領域的技術空白。

環(huán)境友好理念貫穿于項目的工程咨詢與建設全過程。采用技術措施，避免了對地表水系的影響。對于隧道群超過700萬m3的棄渣，在本項目或當?shù)爻浞掷?，剩余棄渣集中堆放，恢復植被。隧道洞門采用緩沖結(jié)構(gòu)，緩解了空氣波動對周圍環(huán)境的影響。

另一個獲得2014年菲迪克獎項的項目是京廣高鐵鄭州黃河公鐵兩用橋工程，這是京廣高速鐵路與鄭州至新鄉(xiāng)一級公路跨越黃河的特大型共用橋梁，該橋公鐵合建段長9.177 km，是目前世界上最長的公鐵兩用合建橋梁。

(摘自 隧道網(wǎng) http://www.stec.net/sites/suidao/ConPg.aspx?InfId=3a1e3d98-9dab-4380-b784-1533793a5a41&CtgId=142f6ac5-a07a-44b6-8d17-42710c37e548 2014-11-04)

FeasibilityStudyandDiscussiononTunnelExcavationbyWaterJetTechnology

WANG Dong,LI Yongsheng,GOU Hongsong

(TechnologyCenterofChinaRailwayTunnelGroupCo.,Ltd.,Luoyang471009,Henan,China)

The principle of rock cutting by means of water jet is presented,key parameters and methods for tunnel excavation by means of water jet are investigated,comparison and contrast is made among 3 water-jet-based tunnel excavation schemes,i.e.,tunnel excavation by means of only water jet,tunnel excavation by mechanical method cooperated by water jet and tunnel excavation by mechanical method assisted by water jet,in terms of technology and economic efficiency.The calculation made verifies the feasibility of tunnel excavation by mechanical method cooperated by water jet.Conclusion is drawn that excavation by mechanical method cooperated by water jet can meet the requirements of the economic efficiency,advance rate,operation environment and risks of tunneling.

tunnel; high pressure water jet; construction scheme; feasibility

2014-09-23;

2014-10-10

王棟(1985—)，男，河南新安人，2011年畢業(yè)于河南理工大學，礦業(yè)工程專業(yè)，碩士，工程師，現(xiàn)從事隧道及地下工程施工和科研工作。

10.3973/j.issn.1672-741X.2014.11.005

U 455.3+2

A

1672-741X(2014)11-1042-07