金中鎮(zhèn)洋水河排洪隧洞洞線選擇分析

楊秀華，徐 倩，李邦偉

(貴陽市水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，貴州 貴陽 550002)

貴州省貴陽市開陽縣金中鎮(zhèn)有著豐富的磷礦石資源，目前境內(nèi)磷礦石探明儲(chǔ)量達(dá)4.3億t，P2O5平均含量達(dá)33.73%，含P2O5在32%以上的優(yōu)質(zhì)富礦占全國的70%以上，是我國優(yōu)質(zhì)富礦的主要產(chǎn)地，同時(shí)也是全國唯一不經(jīng)處理即可生產(chǎn)高濃度磷肥的優(yōu)質(zhì)磷礦石基地。2017年6月24日，開陽縣遭遇“6.24”洪水，洋水河河水暴漲，其中箱涵段進(jìn)口淹沒，最高時(shí)水深淹沒洞口50cm，持續(xù)時(shí)間約2h。礦肥公司磷酸二銨散存庫處水深淹沒公路50～60cm，持續(xù)時(shí)間約2h，若暴雨持續(xù)時(shí)間稍長可能將導(dǎo)致礦肥公司磷酸二銨散存庫價(jià)值近億元的化肥被毀，情況十分危及。經(jīng)分析，該次洪水流量245m3/s左右，屬于超50年一遇、不到100年一遇洪水，造成洪水漫頂主要原因有：①洪水實(shí)際為超50年一遇標(biāo)準(zhǔn)，超標(biāo)洪水可能導(dǎo)致洪水漫頂。②經(jīng)多年運(yùn)行，箱涵上、中、下游均出現(xiàn)淤積情況，箱涵過水?dāng)嗝嫘∮谠O(shè)計(jì)值。③洋水河河水高磷酸、高懸浮物、礦渣等對箱涵過水面造成腐蝕，同時(shí)過水面滋生苔蘚植物等，箱涵過水面糙率低于設(shè)計(jì)值，行洪能力降低。④洋水河中排污管、化工管占據(jù)河道行洪斷面，形成滯洪作用。

已建箱涵出現(xiàn)明滿流交替運(yùn)行情況，已出現(xiàn)規(guī)范嚴(yán)禁運(yùn)行工況，情況十分危及。另外由于多種原因，現(xiàn)狀箱涵頂覆土已到805m高程，且部分區(qū)域仍在加高中，已遠(yuǎn)超原設(shè)計(jì)789m平場高程，若洪水到達(dá)805m高程將淹沒整個(gè)廠區(qū)，考慮到如果金中鎮(zhèn)遭受洪災(zāi)，將對開磷集團(tuán)造成巨大損失，影響非常巨大，故為保護(hù)開磷集團(tuán)廠礦，修建排洪隧洞，提高金中鎮(zhèn)洋水河防洪標(biāo)準(zhǔn)刻不容緩，工程建設(shè)迫切而十分必要。

1 工程概況

工程區(qū)地處云貴高原中低山向丘陵過渡之地帶，海拔高程在700～1350m之間，相對高差650m左右，區(qū)內(nèi)河流縱橫，地表切割破碎，總體為南高北低，中間地勢較低，地形地貌為溶蝕、侵蝕型低中山丘陵河谷地貌，該區(qū)第四系廣布，多為耕地、林地，植被覆蓋較好，由于金中鎮(zhèn)洋水河上游磷礦沿地勢低洼地帶、斜坡地帶棄渣、垮塌體等形成松散堆積體較多，下游河道淤塞嚴(yán)重。考慮到開磷集團(tuán)金中鎮(zhèn)園區(qū)不斷發(fā)展，原設(shè)計(jì)河道箱涵防洪能力為50年一遇(P=2%)，已不能滿足園區(qū)的發(fā)展需求，準(zhǔn)備從已建箱涵右岸山體新建一條隧洞來增加園區(qū)的防洪能力。

設(shè)計(jì)隧洞進(jìn)口高程為775.33m，出口高程為754.36m，總長1454.5m，設(shè)計(jì)水力坡度為0.014。排洪隧洞體型為城門洞型，設(shè)計(jì)隧洞為圓拱直墻型無壓隧洞。設(shè)計(jì)隧洞最大過流寬度為4m，直墻高度為3.23m，圓拱半徑為2.3m、弧度121°。

2 洞線選擇

工程區(qū)原河道段被截彎取直改造為過水箱涵，現(xiàn)箱涵上部覆蓋回填土(回填土含碎塊石、渣土等，工程性質(zhì)復(fù)雜多變，處于欠固結(jié)狀態(tài))，目前該填土段已被整平改造，現(xiàn)為開磷集團(tuán)堆、卸貨場，場內(nèi)有鐵路運(yùn)輸軌道，距離箱涵約90m，回填土厚度20～30m。若采取明挖修筑箱涵方式，采用1∶1.5分級放坡處理，則需開槽寬度30～50m，該段為回填土高邊坡，性質(zhì)極不穩(wěn)定，極易產(chǎn)生圓弧滑動(dòng)，造成開挖邊坡坍塌，且緊鄰堆貨場及鐵路，開挖深溝槽使堆貨場、鐵路路基易造成不均勻沉降，安全風(fēng)險(xiǎn)極大，故該段已建隧洞左側(cè)無明挖條件，若采取鋼板樁、排樁處理，施工難度大、成本高，故本次不考慮。同理已建隧洞右側(cè)緊鄰山體卸荷裂隙密集帶，開挖時(shí)形成臨空面，加之施工擾動(dòng)，該段卸荷裂隙密集帶山體極易垮塌，故右側(cè)不具備明挖條件。綜上，該工程只能考慮從洋水河右岸山體開挖隧洞進(jìn)行泄洪，隧洞區(qū)采空區(qū)、卸荷裂隙密集帶、大變形泥巖段大量分布，因此必須做好洞線的選擇，做到既保證隧洞施工及運(yùn)行安全，又要考慮節(jié)約工程投資。以下將對洞線進(jìn)行選擇。

圖1 物探解釋推斷綜合平面圖

(1)物探成果分析

該工程為應(yīng)急工程，工程區(qū)地形地貌、水文地質(zhì)及工程地質(zhì)條件復(fù)雜，為提高工程進(jìn)度，經(jīng)過各方面利弊權(quán)衡考慮，綜合考慮首先采用時(shí)間域瞬變電磁法進(jìn)行勘察，然后再用鉆探對物探揭示異常區(qū)進(jìn)行驗(yàn)證，從而對隧洞設(shè)計(jì)提供滿足設(shè)計(jì)精度、要求的基礎(chǔ)資料。

該次物探共圈定裂隙發(fā)育異常區(qū)域3個(gè)，分別編號(hào)L1、L2、L3，該組裂隙發(fā)育異常區(qū)域均相對較小；物探圈定采空區(qū)共計(jì)10個(gè)區(qū)域，分別編號(hào)C1—C10，圈定異常區(qū)域相對較多、較大，綜合分析，工區(qū)已形成大面積采空區(qū)但采空區(qū)規(guī)模分布不均且較分散。

根據(jù)物探剖面異常的自身規(guī)模、特征，及其在工區(qū)的分布區(qū)域及其規(guī)律，結(jié)合收集到的工區(qū)實(shí)際地質(zhì)資料及以往生產(chǎn)活動(dòng)情況，將物探所圈定的低阻異常進(jìn)行區(qū)域性的劃分，結(jié)合收集到的相關(guān)資料將該次物探勘查獲得的低阻異常帶劃分為2種類型：采空含水區(qū)；基巖破碎、基巖裂隙導(dǎo)(含)水區(qū)域。

由圖1結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況分析，該段多為民采，多沿洋水河右岸坡掘進(jìn)巷道，進(jìn)入山體后向南、北、東三個(gè)方向進(jìn)行開挖，揭示異常區(qū)多靠河床一段較山體內(nèi)范圍小，且向山內(nèi)有分岔。故推測有采空區(qū)普遍存在向山體內(nèi)部擴(kuò)大的可能，且越往山內(nèi)越靠近開磷集團(tuán)大規(guī)模開采的礦區(qū)，建議選線時(shí)盡量避開大規(guī)模采空區(qū)，而選擇采空區(qū)埋深相對較薄的地段(采空區(qū)埋深針對隧洞底板)，其采空區(qū)規(guī)模較小，處理難度也就相應(yīng)減小，同時(shí)兼顧考慮陡崖段工程地質(zhì)條件，合理布置洞線。與此同時(shí)，我們對各物探揭示異常區(qū)進(jìn)行了鉆探，驗(yàn)證了物探揭示采空區(qū)存在，平面及高程分布于物探成果基本保持一致。

(2)洞線比選

隧洞位置的選擇一般要求山體雄厚，洞周都有足夠的巖體厚度，但盡量避免隧洞埋置過深，深部的高地應(yīng)力不利于圍巖穩(wěn)定，同時(shí)有遇害氣體的可能性，增加運(yùn)輸難度。洞室應(yīng)盡量選擇避開軟弱巖石，避開巖溶發(fā)育段，選擇構(gòu)造簡單，巖體完整的部位，同時(shí)盡量避開區(qū)域性斷裂帶、褶皺核部等。洞室選擇應(yīng)盡量避開全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化巖體及強(qiáng)卸荷巖體。該隧洞區(qū)，巖層緩傾，原則上應(yīng)盡量選擇厚層均質(zhì)堅(jiān)硬巖體中，但底板存在采空區(qū)，也應(yīng)該避開，故工程需進(jìn)行優(yōu)劣比選，確定條件較優(yōu)的洞線。

鑒于以上原則，擬選定兩條洞線進(jìn)行比較，兩隧洞進(jìn)出口保持一致。其中進(jìn)口位于已建河道箱涵進(jìn)口與開磷礦區(qū)污水處理廠之間右岸緩坡地段。鉆探揭示，隧洞進(jìn)口多處于崩塌、垮塌積塊石、碎石土層夾孤石，工程地質(zhì)條件較差，但受現(xiàn)場地形條件限制，隧洞進(jìn)口具備唯一性條件。工程區(qū)河道右岸山體多為陡崖，部分地段為危巖體，山體沿陡崖邊線沿線發(fā)育有多處卸荷裂隙密集帶，該裂隙帶多為深大貫穿性裂隙，造成工程區(qū)巖體支離破碎、懸崖峭壁，地質(zhì)災(zāi)害問題較為突出，如圖2所示。隧洞選線應(yīng)盡量避開河道左側(cè)陡崖及陡崖卸荷裂隙密集帶(密集帶水平寬度約30～50m)。故隧洞出口只能定于下游天生橋處沖溝，該沖溝處河道向山體內(nèi)延伸約50m處有一規(guī)劃攔渣壩(礦區(qū)棄渣處理)，故洞線出口只能位于沖溝出口至擬建攔渣壩之間，具備唯一性。兩條隧洞不同之處在于洞軸線與陡崖卸荷裂隙密集帶間的距離、隧洞采空區(qū)情況及底板厚度等。現(xiàn)對兩方案進(jìn)行比較，具體見表1。

表1 洞線方案比較對照表

圖2 隧洞進(jìn)口段現(xiàn)狀照片

(3)推薦洞線確定

通過上述比較，結(jié)合工程量分析，隧洞方案一較優(yōu)。雖該方案一軟質(zhì)圍巖段距離長于方案二，但該方案采空區(qū)處理較短，防滲工程量相對較小，為推薦洞線。

3 結(jié)語

該隧洞區(qū)地形、地質(zhì)條件極為復(fù)雜，洞線選擇不可避免穿過卸荷裂隙密集帶、大變形軟質(zhì)圍巖段、采空區(qū)等，需結(jié)合防滲方案、圍巖支護(hù)、施工難度、工程量以及施工階段勘察量等進(jìn)行合理的比較、綜合辯證的分析，最終確定最優(yōu)方案。故隧洞的選擇既需做到合理控制工程投資，又要確保隧洞施工及正常運(yùn)營安全，為隧洞的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。