引漢濟(jì)渭工程秦嶺隧洞0-1號(hào)洞工程滯后原因分析及對(duì)策研究

秦濤

（陜西省引漢濟(jì)渭工程建設(shè)有限公司陜西西安710010）

引漢濟(jì)渭工程秦嶺隧洞0-1號(hào)洞工程滯后原因分析及對(duì)策研究

秦濤

（陜西省引漢濟(jì)渭工程建設(shè)有限公司陜西西安710010）

本文針對(duì)秦嶺山區(qū)巖體地質(zhì)條件以及引漢濟(jì)渭工程秦嶺隧洞0-1號(hào)主洞勘測(cè)設(shè)計(jì)成果，從正常的施工角度出發(fā)，探討影響0-1號(hào)主洞正常開(kāi)挖的主要因素，研究制定保證施工安全和進(jìn)度的措施。最后從實(shí)施效果來(lái)看，提高了施工安全和進(jìn)度，說(shuō)明采取的措施是切實(shí)可行的，也為同類工程建設(shè)提供了一定的參考價(jià)值。

秦嶺隧洞;工程;圍巖;涌水;排水

1 引言

目前，世界單項(xiàng)長(zhǎng)度第一的隧洞為芬蘭赫爾辛基調(diào)水工程隧洞，總長(zhǎng)120km，其最大埋深僅100m；世界單項(xiàng)埋深最大的隧洞是錦屏二級(jí)引水隧洞，最大埋深2525m，但其長(zhǎng)度僅16.7km。經(jīng)論證，引漢濟(jì)渭工程的秦嶺輸水隧洞以長(zhǎng)度和埋深的施工難度綜合排名世界第一。

根據(jù)設(shè)計(jì)勘測(cè)成果，秦嶺隧洞區(qū)位于秦嶺褶皺系，地質(zhì)條件極其復(fù)雜，斷裂構(gòu)造極其發(fā)育。隧洞共通過(guò)3條區(qū)域性斷裂，寬度170m～190m不等，通過(guò)4條次一級(jí)斷層和33條區(qū)域性一般斷層，其設(shè)計(jì)及施工難度極大。秦嶺隧洞區(qū)水文地質(zhì)條件復(fù)雜，共通過(guò)貧水區(qū)、弱富水區(qū)、中等富水區(qū)和強(qiáng)富水區(qū)四個(gè)水文地質(zhì)單元。其中中等富水區(qū)長(zhǎng)度30680m，強(qiáng)富水區(qū)長(zhǎng)度8225m，0-1號(hào)勘探試驗(yàn)洞均位于強(qiáng)富水區(qū)。

此外，預(yù)測(cè)秦嶺隧洞施工中可能會(huì)出現(xiàn)高地應(yīng)力條件下的巖爆、高地溫及熱害、局部高地應(yīng)力條件下的軟巖塑性（主要是斷層破碎帶、炭質(zhì)千枚巖及炭質(zhì)片巖等）變形、圍巖失穩(wěn)、突涌（泥）水、有害氣體等各種地質(zhì)災(zāi)害。

2 秦嶺隧洞0-1號(hào)洞概況

秦嶺隧洞0-1號(hào)洞包括0-1號(hào)施工支洞，斜長(zhǎng)1521m，秦嶺隧洞（越嶺段）主洞設(shè)計(jì)里程K12+900～K16+934.226段，長(zhǎng)4034m，其中由0-1號(hào)施工支洞洞底向上、下游方向的施工長(zhǎng)度分別為1050m和2984m。0-1號(hào)施工支洞口位于佛坪縣石墩河鄉(xiāng)小郭家壩蒲河右岸山坡，與主洞交匯里程為K13+950，此段屬于秦嶺嶺南中低山區(qū)，地形起伏較大。主洞設(shè)計(jì)里程為K13+900.000～K16+934.226，工程長(zhǎng)度為3034.226m，縱坡比降為1/2527，馬蹄形斷面，斷面尺寸為6.76m×6.76m（寬×高）。支洞采用圓拱直墻斷面，成洞尺寸5.2m×6.0m，按單車道加錯(cuò)車道設(shè)計(jì)，每隔200m設(shè)20m長(zhǎng)錯(cuò)車道，支洞洞口底板高程694.966m，綜合縱坡10.44%。

3 進(jìn)度滯后原因分析

3.1 圍巖情況復(fù)雜，影響進(jìn)度

上半年共完成隧洞開(kāi)挖397m，原設(shè)計(jì)為Ⅲ類類圍巖。在施工過(guò)程中，局部段落圍巖破碎、穩(wěn)定性差，為確保施工安全，對(duì)該段落支護(hù)參數(shù)進(jìn)行了調(diào)整。其中Ⅲ類變Ⅳ類圍巖7次，Ⅲ類變Ⅲ類加強(qiáng)2次，支護(hù)調(diào)整長(zhǎng)度占原設(shè)計(jì)長(zhǎng)度的32%。由于圍巖的變化，局部破碎段在爆破過(guò)程中，爆破產(chǎn)生的能量釋放不均勻，造成掌子面局部位置存在欠挖，從而增加了補(bǔ)炮次數(shù)，增加了機(jī)械、人工排險(xiǎn)的難度。由于Ⅲ、Ⅳ類圍巖開(kāi)挖輪廓存在較大差異，調(diào)整支護(hù)參數(shù)后，需要對(duì)原開(kāi)挖輪廓進(jìn)行二次測(cè)量、擴(kuò)挖、出碴、排險(xiǎn)，工序的增加，使得每個(gè)循環(huán)施工時(shí)間也隨之大大增加。在噴護(hù)過(guò)程中，需要將二次擴(kuò)挖超挖部位噴平，極大延長(zhǎng)了噴護(hù)時(shí)間。Ⅲ、Ⅳ類圍巖的頻繁變化，造成現(xiàn)場(chǎng)單循環(huán)所耗費(fèi)的時(shí)間已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出設(shè)計(jì)Ⅲ類圍巖施工時(shí)間，甚至超出單獨(dú)按IV類圍巖施工，很大程度上制約了施工進(jìn)度。

3.2 強(qiáng)富水段落，涌水頻繁，影響進(jìn)度

秦嶺0-1號(hào)洞主洞下游已開(kāi)挖K13+950～K15+659（1709m），屬于巖溶裂隙水強(qiáng)富水區(qū)（Ⅰ），在開(kāi)挖過(guò)程中股狀涌水高達(dá)50余處，途徑多個(gè)小斷層帶，每經(jīng)過(guò)斷層帶都伴有大量涌水。此段共出現(xiàn)主要涌水點(diǎn)、段落33處，均為獨(dú)立涌水，涌水衰減極為緩慢，其中21處涌水量≥1000m3/d，5處涌水量＞5000m3/d。其中K15+659掌子面左側(cè)拱腳4個(gè)炮孔鉆至1.5m時(shí)出現(xiàn)突發(fā)性涌水，大量涌水從炮孔中噴出，噴射距離約6m～7m，涌水量達(dá)到11350m3/d，為確保施工人員及機(jī)械設(shè)備安全，洞內(nèi)被迫暫時(shí)停止施工。

涌水影響進(jìn)度主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）鉆孔時(shí)，大量涌水從炮孔涌出，裝藥時(shí)，藥卷多次被涌水沖出，從而增加了裝藥時(shí)間。

（2）涌水造成路面局部段落大量積水，造成小型車輛無(wú)法通過(guò)，只能通過(guò)裝載機(jī)運(yùn)送人員、材料至掌子面施工，延誤了大量施工時(shí)間。

（3）涌水延長(zhǎng)了各工序銜接時(shí)間，測(cè)量開(kāi)挖、出碴、排險(xiǎn)、支護(hù)等工序間均夾雜了掌子面抽排水工序，而且所需時(shí)間不固定，造成各工序不能及時(shí)銜接。

3.3 埋深較大，排水難度大，影響進(jìn)度

秦嶺0-1隧洞支洞全長(zhǎng)1513m，支、主洞交匯段高程536.73m，洞口高程695m，排水揚(yáng)程達(dá)160m。洞內(nèi)設(shè)置了五級(jí)大型泵站，對(duì)洞內(nèi)涌水進(jìn)行逐級(jí)抽排。Ф400排水管道總長(zhǎng)度達(dá)4500m，配置了200kw水泵4臺(tái)、160kw水泵12臺(tái)、132kw水泵2臺(tái)、11kw水泵16臺(tái)、7.5kw水泵32臺(tái)，水泵總功率達(dá)3400kw。為了解決排水電力不足的問(wèn)題，先后3次對(duì)變壓器進(jìn)行增容，目前現(xiàn)場(chǎng)變壓器總?cè)萘扛哌_(dá)4050KVA，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出其他施工單位，每月電費(fèi)基本為47萬(wàn)元～55萬(wàn)元，成為施工單位最大的一項(xiàng)費(fèi)用支出。

涌水情況的頻頻發(fā)生，且涌水衰減速度緩慢，洞內(nèi)涌水點(diǎn)逐漸形成常流水，對(duì)洞內(nèi)抽排水系統(tǒng)造成極大壓力[1]。在面臨大量涌水的同時(shí)，各級(jí)水泵長(zhǎng)時(shí)間不間斷運(yùn)行產(chǎn)生了極大磨損，水泵維修保養(yǎng)頻次也大幅增加，延長(zhǎng)了抽排水時(shí)間，進(jìn)而影響了施工進(jìn)度。秦嶺隧洞各工區(qū)變壓器容量、抽水量及水價(jià)見(jiàn)表1。

表20 -1號(hào)主洞通過(guò)斷層一覽表

表3 秦嶺隧洞0-1號(hào)主洞下游隧洞設(shè)計(jì)圍巖類別表

3.4 電網(wǎng)供電不穩(wěn)，影響進(jìn)度

由于電網(wǎng)供電不穩(wěn)定，斷電次數(shù)頻繁，常常因?yàn)橥ｋ妼?dǎo)致工作面被水淹沒(méi)。2015年因電力局檢修、碴場(chǎng)高壓線改等原因累計(jì)停電5次，共計(jì)27小時(shí)。每次電力供應(yīng)恢復(fù)后都要花至少三倍的時(shí)間用于抽排水后才能正常施工，嚴(yán)重影響了施工進(jìn)度。

3.5 抽排水系統(tǒng)因素，影響進(jìn)度

秦嶺0-1號(hào)洞支洞原有兩條Ф400排水管道，排水能力在30000m3/d～31000m3/d。6月19日掌子面發(fā)生突發(fā)性大涌水后，總最大涌水量達(dá)到41000m3/d～42000m3/d，遠(yuǎn)超出管道排水能力，導(dǎo)致主洞下游水位持續(xù)升高，現(xiàn)場(chǎng)被迫停止施工。主洞下游原排水系統(tǒng)為多臺(tái)小泵逐級(jí)抽排，能夠滿足施工需要，但抽水強(qiáng)度大，水泵故障頻發(fā)，造成抽水效率低，成本大，且無(wú)法保證一旦出現(xiàn)大涌水后的施工安全[2]。

4 下游剩余開(kāi)挖段落地質(zhì)條件

0-1號(hào)主洞下游尚未開(kāi)挖段為K15+659～K16+934.226，長(zhǎng)度1275.226m，屬于巖溶裂隙水強(qiáng)富水區(qū)（Ⅰ）。對(duì)0-1號(hào)主洞下游未開(kāi)挖段的涌水量進(jìn)行預(yù)測(cè)：該段隧洞正常涌水量15325m3/d，可能出現(xiàn)的最大涌水量30650m3/d。此段處于秦嶺褶皺系中的南秦嶺印支褶皺帶，褶皺發(fā)育。區(qū)內(nèi)發(fā)育兩條斷層:

（1）f4:為一逆斷層，斷層產(chǎn)狀N80° E/30°～50°S，斷層帶物質(zhì)主要為碎裂巖，斷層破碎帶寬度約50m。

（2）玉皇廟－陳家壩斷層（f5）：斷層?xùn)|西延伸約24km，為一南西方向傾斜的正斷層。斷層產(chǎn)狀N75°～80°W/70°S，斷層帶物質(zhì)主要為碎裂巖、斷層角礫及少量斷層泥，斷層破碎帶寬度約100m。0-1號(hào)主洞通過(guò)斷層情況見(jiàn)表2。

0-1號(hào)主洞尚未開(kāi)挖段巖性為大理巖，受地質(zhì)構(gòu)造作用影響,節(jié)理裂隙發(fā)育，大理巖線狀溶隙和溶洞較發(fā)育，該地層地表調(diào)查發(fā)現(xiàn)有8處溶洞，其大小程度各地不一，小者僅為幾十厘米，大者1m～2m，最大可見(jiàn)深達(dá)8m左右，寬5m，高2m，其中2個(gè)為有水溶洞，后溝上游有水溶洞測(cè)得流量約700m3/d，在下游有水溶洞測(cè)得流量320 m3/d～774m3/d。嶺南發(fā)現(xiàn)的3個(gè)下降泉，均出露于大理巖地層中，其中有2處泉水流量較大，流量分別為254m3/d及870m3/d。隧洞設(shè)計(jì)劃分圍巖類別詳見(jiàn)表3。

5 下一步施工采取的措施及實(shí)施效果

5.1 保證措施

針對(duì)秦嶺0-1號(hào)洞項(xiàng)目面臨的困難，研究制定了“超前預(yù)報(bào)、超前減排、以排為主、排堵結(jié)合，克服困難，拼搶進(jìn)度”的方針。

（1）增加超前水平鉆。新調(diào)入CCM600潛孔鉆1臺(tái)，鉆孔直徑80mm，最大鉆孔深度40m。在類似富水區(qū)域開(kāi)挖施工前，根據(jù)超前預(yù)報(bào)分析，在掌子面施作超前探水孔，根據(jù)涌水水壓、水量等情況適當(dāng)調(diào)整探水孔數(shù)量及位置，超前水平孔深度30m，對(duì)掌子面前方的富含水圍巖進(jìn)行減壓、排水，杜絕大量涌水的異常情況發(fā)生，保證施工安全。實(shí)施一次超前水平鉆孔減排措施，基本可以保證10d左右的施工不受涌水影響。

（2）增加洞內(nèi)排水設(shè)備，提高排水能力。強(qiáng)有力的排水措施是保證施工的前提。施工單位要保證電力供應(yīng)，配置足夠的抽排水設(shè)備，及時(shí)增加管路，備足抽水設(shè)備，加強(qiáng)抽排水管理，隨水排水、及時(shí)排水、杜絕因?yàn)橛克赡墚a(chǎn)生的施工場(chǎng)面被淹現(xiàn)象的發(fā)生。

（3）增加注漿堵水。對(duì)已開(kāi)挖完成涌水段落，按照設(shè)計(jì)堵水方案進(jìn)行24小時(shí)不間斷徑向注漿堵水，股狀涌水進(jìn)行局部注漿，對(duì)較大范圍的面狀滲水采取徑向注漿堵水措施，盡最大限度的減少排水壓力[3]。對(duì)于開(kāi)挖的涌水特殊段落，可采用帷幕注漿堵水措施，繼而達(dá)到降低排水成本的目的，也為后期的二襯施工創(chuàng)造良好的條件。

（4）加強(qiáng)地質(zhì)超前預(yù)報(bào)，做好應(yīng)急預(yù)案。針對(duì)0-1的特殊地質(zhì)情況，設(shè)計(jì)單位加大地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的頻次，為施工做好參謀，提供良好的技術(shù)服務(wù)，對(duì)可能發(fā)生的涌水施工單位要根據(jù)預(yù)報(bào)做好應(yīng)急預(yù)案[4]。今年，設(shè)計(jì)單位對(duì)主洞下游進(jìn)行物探預(yù)報(bào)TSP2次，紅外探水2次，地質(zhì)雷達(dá)1次，較準(zhǔn)確預(yù)測(cè)了巖體完整程度、圍巖穩(wěn)定性及基巖裂隙水出露情況。

5.2 實(shí)施效果

施工單位對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電力進(jìn)行了擴(kuò)容，增設(shè)了發(fā)電機(jī)組和電纜，保證了施工用電；支洞和主洞分別增加了一條Ф400排水管道，主洞新增了一個(gè)5#水倉(cāng)，大大增加了排水能力；對(duì)大的股狀、面狀涌水段落，按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行徑向灌漿，大大減少了涌水量。同時(shí)按照設(shè)計(jì)地質(zhì)超前預(yù)報(bào)和增加水平鉆措施較好的掌控了掌子面前方的地質(zhì)條件，提前采取施工措施，保證了隧洞的的施工安全和正常開(kāi)挖。目前，秦嶺隧洞0-1號(hào)洞工程Ⅲ類圍巖開(kāi)挖日進(jìn)尺7m，Ⅳ類圍巖開(kāi)挖日進(jìn)尺5m，說(shuō)明制定采取的一系列的措施有效保障了工程的施工安全和進(jìn)度。

6 結(jié)語(yǔ)

本文根據(jù)秦嶺隧洞勘測(cè)設(shè)計(jì)成果和工地現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，從0-1號(hào)主洞施工過(guò)程中遇到的圍巖變化、涌水頻發(fā)、排水難度大、大埋深、供電不穩(wěn)定等五個(gè)方面分析等五個(gè)方面分析了上半年進(jìn)度滯后的原因，通過(guò)對(duì)主洞下游剩余段落的斷層、涌水、圍巖變化等地質(zhì)條件分析，研究制定了“超前預(yù)報(bào)、超前減排、以排為主、排堵結(jié)合，克服困難，拼搶進(jìn)度”的方針，從而使施工單位在下一步的施工中提前掌控前面的地質(zhì)情況，采取施工措施，保證了隧洞的的施工安全和進(jìn)度。陜西水利

[1]黃成光.公路隧道施工.[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2]周軍偉.白云隧道突水、突泥段施工技術(shù).[J].隧道建設(shè)，2011，No4，Vol31.

[3]王之三.木沖隧道涌水帶帷幕注漿設(shè)計(jì)與施工.[J].四川建筑，2006，（5）：70.

[4]李立民.秦嶺隧洞突泥涌水段處理措施研究. [J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2014，S1.

（責(zé)任編輯：唐紅云）

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