某深埋特長(zhǎng)隧洞線路比選方案研究

王旺盛，陳長(zhǎng)生，吳曉華

(長(zhǎng)江三峽勘測(cè)研究院有限公司（武漢）,湖北 武漢 410074)

某深埋特長(zhǎng)隧洞線路比選方案研究

王旺盛，陳長(zhǎng)生，吳曉華

(長(zhǎng)江三峽勘測(cè)研究院有限公司（武漢）,湖北 武漢 410074)

滇中引水工程香爐山隧洞為特長(zhǎng)深埋隧洞，起點(diǎn)位于沖江河右岸石鼓鎮(zhèn)，終點(diǎn)位于洱海邊的長(zhǎng)育村，此前已對(duì)該段進(jìn)行東、中、西等多方向的較大范圍線路比選[1]。通過(guò)已有地質(zhì)資料進(jìn)行線路對(duì)比，提出了8條比選線路，從各線路長(zhǎng)度和形態(tài)，存在的主要工程地質(zhì)問(wèn)題，隧洞地質(zhì)、施工條件等進(jìn)行比較、分析、研究，最終選定中4線為推薦方案。論文簡(jiǎn)要介紹了隧洞線路選線方案、比選的思路和方法，以期為相關(guān)工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)提供參考。

線路比選；工程地質(zhì)條件；巖溶疏干；方案研究

1 工程概況

滇中引水工程項(xiàng)前期在對(duì)石鼓～長(zhǎng)育村段走向進(jìn)行東、中、西等多方向的較大范圍線路比選后，推薦了斜穿金沙江與瀾滄江分水嶺－馬耳山脈的香爐山隧洞方案（即中線方案）（圖1）。香爐山隧洞是滇中引水工程涉及地質(zhì)問(wèn)題最多，全線深埋且為控制整體工期的關(guān)鍵性工程，為輸水總干渠深埋長(zhǎng)隧洞的最典型代表。

經(jīng)對(duì)前述東線、中線及西線方案進(jìn)行了優(yōu)化：中東線方案分為東1線、東2線；西線方案分為西1線、西2線。西1線因涉及到與石鼓泵站方案的銜接問(wèn)題及沖江河以上線路的較大調(diào)整，基本被否定；中線方案分為中1線、中2線、中3線、中4線，其中重點(diǎn)比選推薦的為中2線、中4線（圖2）。

通過(guò)地質(zhì)測(cè)繪、地質(zhì)勘探、物探、水文試驗(yàn)等綜合勘察成果，綜合對(duì)比分析后推薦的線路為中4線。中4線隧洞全長(zhǎng)60.87km，最大埋深1 396m；埋深大于600m洞段長(zhǎng)36.93km，占總洞長(zhǎng)的60.7%，埋深大于1 000m洞段長(zhǎng)13.23km，占總洞長(zhǎng)的21.7%；穿越軟巖累計(jì)長(zhǎng)度16.83km，占總洞長(zhǎng)的27.6%。

2 地質(zhì)概況

香爐山隧洞線路比選區(qū)地處橫斷山北部高山峽谷區(qū)與滇中高原盆地山原區(qū)交接部位橫斷山系滇中盆地山原區(qū)之滇中紅色高原亞區(qū)，中線穿越鶴慶、麗江、拉什海、九河、劍川、洱源等盆地所夾持的南北向分水嶺－馬耳山后經(jīng)松桂、芹河、北衙、下河壩至洱海邊的玉石廠，東線斜穿馬耳山、鶴慶盆地、鶴慶東山，過(guò)東山河后與中線在松桂相接，西線則穿越在九河-劍川以西的老君山東麓、洱源盆地南側(cè)及右所盆地北麓后至玉石廠[2]。

線路穿越的馬耳山脈山嶺渾厚，東西寬10～15km，南北長(zhǎng)約90km，地勢(shì)陡峻，地形較連續(xù)，總體呈北高南低，山頂高程一般2 760～3 500m，最高為北衙西側(cè)的馬鞍山，高程3 958.4m。山嶺間巖溶洼地、坡立谷分布廣泛，如拉什海至太安一帶，分布高程2 500～2 700m，花音、汝寒坪、吾竹比以及安樂、馬廠等地，分布高程2 800～3 000m，七河鄉(xiāng)后山一帶，分布高程3 100～3 300m；線路區(qū)還分布兩個(gè)大的斷層槽谷—白漢場(chǎng)槽谷（高程2 450m左右）和汝南河槽谷（高程2 550m左右），近北東向展布。山嶺東側(cè)為鶴慶盆地，西側(cè)為劍川盆地，兩盆地高程2 200m左右；北側(cè)及北東側(cè)為拉什海和麗江盆地，前者地面高程2 437～2 500m，后者高程2 400m左右，上述盆地周緣多有巖溶泉出露[3、4]。

圖1 香爐山隧洞東、中、西三條引水線路比較示意圖

中線（含4條比較線）主要下穿白漢場(chǎng)水庫(kù)、汝南河、花椒箐、銀河箐、蝙蝠箐等水系，其中以汝南河規(guī)模最大。鶴慶東山比較線路（東線）主要經(jīng)過(guò)白漢場(chǎng)水庫(kù)、吉子水庫(kù)，然后橫穿鶴慶盆地，沿鶴慶東山下穿，在西甸村橫跨東山河，最終到達(dá)終點(diǎn)松桂。

區(qū)內(nèi)地層自前古生界前寒武系（An∈）至新生界第四系均有出露，各比選引水線路主要穿越上第三系（N）、下第三系（E）、三疊系（T）、二疊系（P）、泥盆系（D）、前寒武系（An∈）等地層。其間零星分布有不同時(shí)期的侵入體及巖脈。

香爐山隧洞研究區(qū)地處滇藏“歹”字型構(gòu)造體系與三江南北向構(gòu)造體系復(fù)合部位，一級(jí)大地構(gòu)造單元松潘—甘孜褶皺系、蘭坪—思茅褶皺系與揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)交界部位，地質(zhì)構(gòu)造背景十分復(fù)雜，區(qū)內(nèi)斷裂、褶皺發(fā)育。

研究區(qū)地表碳酸鹽分布較廣（圖3），地表巖溶發(fā)育較強(qiáng)烈，主要發(fā)育于三疊系北衙組灰?guī)r、白云巖、泥盆系康廊組灰?guī)r和第三系灰質(zhì)角礫中（圖4），主要巖溶形態(tài)類型有石峰（丘）、石林、石牙、溶蝕洼地、溶溝、溶槽、漏斗、和槽谷等地表巖溶形態(tài)以及落水洞、溶洞、地下管道系統(tǒng)等地下巖溶形態(tài)。特別是強(qiáng)巖溶化地層北衙組灰?guī)r中該類巖溶形態(tài)發(fā)育較為齊全。

圖2 香爐山隧洞線路比選地理位置示意圖

圖3 灰?guī)r分布范圍示意圖

圖4 灰?guī)r巖溶現(xiàn)象分布示意圖

3 選線原則

線路比選的原則盡量規(guī)避重大巖溶疏干地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題、線路順直較短、施工布置便利、施工措施可行，線路遭遇的工程地質(zhì)問(wèn)題容易處理。也就是經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)可行性，地下水環(huán)境的可控性。

4 線路比選

1）線路長(zhǎng)度和線路形態(tài)比較。中線方案最短，西線方案最長(zhǎng)，東線方案居中。西2線比中線長(zhǎng)約23km，東1線比中線方案長(zhǎng)約8km。

2）各線路造成或規(guī)避巖溶疏干環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題的情況比較。

中線方案疏干最嚴(yán)重，巖溶疏干問(wèn)題集中在鶴慶西山巖溶系統(tǒng)的Ⅳ－5、Ⅳ－6子系統(tǒng)，這兩個(gè)巖溶系統(tǒng)的排泄泉為鶴慶盆地南端的重要生活生產(chǎn)用水水源泉，地下水疏干社會(huì)影響較大。中線方案各線中以中3線規(guī)避情況最好。東線方案巖溶疏干中等，嚴(yán)重影響Ⅳ-1巖溶子系統(tǒng)，對(duì)拉什海、文筆海和鶴慶東山巖溶水系統(tǒng)也有一定影響。西2線最優(yōu)，不存在重大疏干影響。

3）各線路存在的主要工程地質(zhì)問(wèn)題比較。

從穿越區(qū)域性斷裂來(lái)看，西2線最差，中線方案與東線方案較好。從隧洞埋深與地應(yīng)力的方面來(lái)看，東線方案最優(yōu)，西2線次之，中線方案較差。另外，深厚覆蓋層成洞問(wèn)題對(duì)東1線有制約影響。西2線軟巖成洞問(wèn)題相對(duì)較突出。對(duì)應(yīng)于巖溶疏干地下水問(wèn)題，中線方案與東線方案的涌突水問(wèn)題較嚴(yán)重。

三個(gè)方案線路均遇到煤系地層，但東線方案上無(wú)具開采價(jià)值煤系地層，因此東線方案略好，中線方案部分線路段穿越黑泥哨煤礦，但影響有限，西2線多處穿越N1s、N2s（第三系富煤地層），存在較大的瓦斯風(fēng)險(xiǎn)，此外西2線存在地?zé)帷⒏帑}等問(wèn)題。

4）各線路隧洞施工條件比較。

東、中、西三個(gè)線路方案均為深埋長(zhǎng)隧洞，比較施工條件優(yōu)劣不僅是比較單洞長(zhǎng)度，比較施工支洞（豎井、斜井）的難易程度和工作量也是非常重要一項(xiàng)內(nèi)容。從施工條件來(lái)講，如果高地?zé)岵恍纬芍萍s因素，西2線略好，中線方案次之，東線方案中東1線存在制約因素，東2線較好。

5）各線路隧洞主要地質(zhì)條件比較。

香爐山隧洞各線路代表性方案主要工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件對(duì)比見表1。

從上表可以看出，各比較方案代表性線路涉及的主要工程地質(zhì)及水文地質(zhì)問(wèn)題大體相當(dāng)，但每條線路有各自的問(wèn)題特點(diǎn)：①穿越巖溶系統(tǒng)的涌水突泥問(wèn)題：西2線相對(duì)較好；②地震高烈度區(qū)、區(qū)域性斷裂及其活動(dòng)性問(wèn)題：基本類似；③斷裂帶成洞及涌、突水問(wèn)題：西2線與斷裂長(zhǎng)距離伴行及蒼山段與諸多斷裂交匯部位更為突出；④斷裂帶成洞及涌、突水問(wèn)題：西2線與斷裂長(zhǎng)距離伴行及蒼山段與諸多斷裂交匯部位更為突出；⑤高地溫、軟巖大變形等問(wèn)題：西2線穿越高地?zé)釂?wèn)題突出；⑥高地應(yīng)力問(wèn)題：各線路情況相當(dāng)；⑦煤系、膏巖地層問(wèn)題：西2線更為突出；⑧深厚覆蓋層問(wèn)題：東1線穿鶴慶盆地（長(zhǎng)約6km）半成巖粘性土成洞問(wèn)題；⑨第三系下伏地層問(wèn)題：西2線地表第三系地層長(zhǎng)約55km，下部隱伏的雙層結(jié)構(gòu)很難通過(guò)常規(guī)勘察手段查明，存在何種工程地質(zhì)問(wèn)題難以判別。

從主要地質(zhì)條件來(lái)講，中線方案最好，東線方案次之，西2線最差。

5 比選結(jié)果

西2線雖然規(guī)避了重大巖溶疏干的巖溶水文地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題，但因長(zhǎng)距離穿越在第三系盆地下部，存在較多的未知因素，且線路較中線方案增加約23km，將會(huì)大幅增加投資，同時(shí)還遭遇高地?zé)?、煤系地層、膏鹽地層、長(zhǎng)距離伴行區(qū)域活斷層等問(wèn)題，因此該線路在線路比選中不存在優(yōu)勢(shì)。

東線方案比中線方案長(zhǎng)約8～23km，且未完全規(guī)避鶴慶西山巖溶系統(tǒng)的地下水疏干問(wèn)題，同時(shí)涉及文筆海巖溶系統(tǒng)和鶴慶東山巖溶系統(tǒng)；另外，東1線路上200m深的覆蓋層豎井施工和盾構(gòu)穿越存在較大施工難度，因此東線方案在線路比選中亦無(wú)太大優(yōu)勢(shì)。

中線方案在比選方案線路中長(zhǎng)度最短，雖然存在巖溶疏干鶴慶西山地下水的可能性，影響鶴慶、劍川生產(chǎn)生活用水，但已規(guī)避了Ⅳ-1、Ⅳ-2、Ⅳ-3、Ⅳ-4等巖溶斷塊的子系統(tǒng)（或與巖溶斷塊對(duì)應(yīng)的清水江巖溶系統(tǒng)），只剩下Ⅳ-5、Ⅳ-6兩個(gè)子系統(tǒng)無(wú)法完全規(guī)避，可能會(huì)造成一定的地下水環(huán)境影響，但這兩個(gè)巖溶子系統(tǒng)可以通過(guò)強(qiáng)化勘察研究來(lái)查明，制定相應(yīng)的工程措施加以控制和克服。中線方案主洞TBM施工和鉆爆法施工相結(jié)合的方案基本可行。因此推薦中線方案。

表1 香爐山隧洞線路方案比選地質(zhì)條件對(duì)比表

中線方案的4條線路中，由于各線路與鶴慶西山分水嶺均為大致斜切的關(guān)系，中1線和中2線更靠近鶴慶一側(cè)，中3線最靠近西側(cè)的清水江。中4線大致居中，這也是勘察研究過(guò)程中從多方面分析逐步優(yōu)化擬定的，該線路在完全規(guī)避Ⅳ-1、Ⅳ-2、Ⅳ-3、Ⅳ-4巖溶斷塊的同時(shí)，由于更靠近分水嶺，也將對(duì)馬廠巖溶子系統(tǒng)（Ⅳ-5）的影響降到了最低，對(duì)西側(cè)的清水江巖溶水系統(tǒng)的影響也可控。因此推薦中線方案中的中4線。

6 結(jié)語(yǔ)與建議

通過(guò)工程地質(zhì)條件、巖溶疏干問(wèn)題、隧洞施工技術(shù)、投資等多方面比選，中線方案具有最大優(yōu)勢(shì)，因此選擇中線方案為推薦方案。隨著勘察研究不斷深入，針對(duì)中線方案主要的巖溶疏干問(wèn)題進(jìn)行線路逐步優(yōu)化，最終推薦中4線。

建議對(duì)中4線加密Ⅳ-5、Ⅳ-6巖溶系統(tǒng)勘探，盡量查清巖溶管道發(fā)育的下限高程和平面位置，為巖溶疏干防治提供可靠的地質(zhì)依據(jù)。同時(shí)設(shè)計(jì)與施工加強(qiáng)巖溶地下水疏干的防治措施研究。

[1] 瞿菊霜，等．滇中引水工程規(guī)劃研究[J]．人民長(zhǎng)江，2013（10）.

[2] 李秀云，等．川西滇北引水區(qū)河流水質(zhì)特性與治污調(diào)水研究[J]．地球信息科學(xué)，2000（4）．

[3] 王爽．滇中引水"解渴"云南[J]．創(chuàng)造，2010（9）.

[4] 馮健，等．滇中引水工程對(duì)洱海水環(huán)境影響[J]．中國(guó)水利水電科學(xué)研究院學(xué)報(bào)，2012（4）．

Comparison and Selection of Schemes of A Deeply Buried Long Tunnel Route

WANG Wang-sheng CHEN Chang-sheng WU xiao-hua (Three Gorges Geotechnical Consultants Co., Ltd., Wuhan 410074 )

The Xianglushan Tunnel of the Central Yunnan Diversion Works is a deeply buried long tunnel extending from Shigu Town by the Chongjiang River to Changyu Village on the shore of the Erhai Lake. This paper makes choice of 4 routes among 8 routes on the basis of geological data, giving arguments of the choice.

diversion works; engineering geological conditions; route selection; karst dewatering; scheme study

P642

A

1006-0995（2014）04-0590-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2014.04.027

2014-03-26

王旺盛（1983-），男，河南沈丘人，工程師，從事地質(zhì)工程研究工作