淺談黔中水利樞紐一期工程桂松干渠隧洞地質(zhì)超挖問題

任興隆，張 斌

(貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550002)

1 工程概況

黔中水利樞紐一期工程包括水源工程和一期輸配水工程，一期輸水工程包括總干渠工程、桂松干渠工程、一期支渠工程及麻線河輸水至紅楓湖和通過干河輸水至松柏山水庫(kù)調(diào)節(jié)后向貴陽(yáng)供水。

桂松干渠總長(zhǎng)85.542 km，泵站兩座，其中明(暗)渠41.216 km、占48.18%，渡槽4.59 km、占5.37%，隧洞39.736 m、占46.45%。渠首大山哨隧洞設(shè)計(jì)凈空斷面3.4 m×4.24 m、設(shè)計(jì)流量14.571 m3/s，渠末凱掌隧洞設(shè)計(jì)凈空斷面2.0 m×2.437 m、設(shè)計(jì)流量4.018 m3/s，單洞最大長(zhǎng)度8.578 km。

本工程隧洞在施工過程中，主要采用鉆爆法施工，每回次2.5 m～3.0 m。目前已全部施工完成，并完成小流量通水。

2 基本工程地質(zhì)概況

桂松干渠沿線經(jīng)過區(qū)地貌從桂家湖至革寨水庫(kù)為溶丘洼地到峰叢洼地過渡，革寨水庫(kù)至凱掌水庫(kù)為溶丘坡地、峰叢洼地、殘丘坡地，局部剝蝕侵蝕丘陵。

桂松干渠經(jīng)過區(qū)主要分布的地層由老至新分別為泥盆系火烘組(D2h)、桑郎組(D3s)、堯梭組(D3y)，石炭系巖關(guān)組(C1y)、大塘(C1d)、擺佐群(C1b)、黃龍群(C2hn)、馬坪群(C3mp)，二疊系梁山組(P1l)、棲霞組(P1q)、茅口組(P1m)、龍?zhí)督M(P2l)、長(zhǎng)興組(P2c)、大隆組(P2d)，吳家坪(P2w)，三疊系大冶組(T1d)、永寧鎮(zhèn)(T1yn)、關(guān)嶺組(T2g)、發(fā)朗組(T2f)、江洞溝組(T2j)及第四系(Q)地層，局部存在相變。

工程區(qū)所處構(gòu)造單元屬揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)(Pt)─黔北臺(tái)隆(Z-T)─遵義斷拱(D-C)─貴陽(yáng)復(fù)雜構(gòu)造變形區(qū)(I1A3)。

桂松干渠位于貴州中部丘原盆地及寬緩分水嶺地帶，河流、水系切割不深，一般小于200 m。從安順至貴陽(yáng)東南部地下水類型多屬溶洞—管道水，北西部多屬溶隙—溶洞水分布區(qū)。地下水分布、富水情況極不均一。灌區(qū)巖溶發(fā)育，河流明暗交替，多屬雨源型河流。在谷地及洼地中，地下水埋藏較淺，一般潛水埋深小于20 m，分布極不均勻?？拷钋袓{谷岸坡地帶，地下水埋藏逐漸變深。干渠沿線地表水系與區(qū)域構(gòu)造一致，沿線地下水以相鄰溝谷為排泄基準(zhǔn)面，在T1y、C3mp、C2hn、P1m、P1q、D3d、T2g2、T2g3等碳酸鹽巖分布地段，巖溶發(fā)育，地下水為裂隙溶洞水與溶洞裂隙水，在P2w、C1d1碎屑巖分布地段，地下水為基巖裂隙水，在T2g1碳酸鹽巖夾碎屑巖地段，地下水為裂隙溶洞水，巖溶發(fā)育弱。

3 隧洞洞室圍巖情況

3.1 初步設(shè)計(jì)階段洞室圍巖劃分情況

初步設(shè)計(jì)階段隧洞總長(zhǎng)33970.4 m，其中Ⅲ類圍巖的總長(zhǎng)為20734 m、占隧洞總長(zhǎng)的61.28%，Ⅳ類圍巖的總長(zhǎng)為7936.4 m、占隧洞總長(zhǎng)的23.46%，Ⅲ～Ⅳ類圍巖的總長(zhǎng)為2094 m、占隧洞總長(zhǎng)的6.19%，Ⅴ類圍巖的總長(zhǎng)為3430 m、占隧洞總長(zhǎng)的9.07%。

3.2 招標(biāo)階段洞室圍巖劃分情況

招標(biāo)設(shè)計(jì)階段隧洞總長(zhǎng)36842.93 m，其中Ⅲ類圍巖的總長(zhǎng)為24141.43 m、占隧洞總長(zhǎng)的65.5%，Ⅳ類圍巖的總長(zhǎng)為7554.2 m、占隧洞總長(zhǎng)的20.5%，Ⅲ～Ⅳ類圍巖的總長(zhǎng)為2549 m、占隧洞總長(zhǎng)的6.9%，Ⅴ類圍巖的總長(zhǎng)為2305.3 m、占隧洞總長(zhǎng)的6.3%，Ⅳ～Ⅴ類圍巖的總長(zhǎng)為293 m、占隧洞總長(zhǎng)的0.8%。

3.3 施工圖設(shè)計(jì)階段洞室圍巖劃分情況

施工圖設(shè)計(jì)階段隧洞總長(zhǎng)為39484.68 m，其中Ⅲ類圍巖的總長(zhǎng)為24423.268 m、占隧洞總長(zhǎng)的61.9%，Ⅳ類圍巖的總長(zhǎng)為7711.084 m、占隧洞總長(zhǎng)的19.5%，Ⅲ～Ⅳ類圍巖的總長(zhǎng)為2523 m、占隧洞總長(zhǎng)的6.4%，Ⅴ類圍巖的總長(zhǎng)為4002.848 m、占隧洞總長(zhǎng)的10.1%，Ⅳ～Ⅴ類圍巖的總長(zhǎng)為265 m、占隧洞總長(zhǎng)的0.8%，特殊地質(zhì)洞段總長(zhǎng)為559.5 m、占隧洞總長(zhǎng)的1.3%。

3.4 實(shí)際開挖揭露洞室圍巖劃分情況

實(shí)際開挖揭露隧洞總長(zhǎng)39735.948 m。Ⅲ類圍巖的總長(zhǎng)為19151.27 m、占隧洞總長(zhǎng)的48.2%，Ⅳ類圍巖的總長(zhǎng)為8444.61 m、占隧洞總長(zhǎng)的21.25%，Ⅴ類圍巖的總長(zhǎng)為9344.3 m、占隧洞總長(zhǎng)的23.52%，特殊地質(zhì)洞段總長(zhǎng)為2795.298 m、占隧洞總長(zhǎng)的7.03%。

3.5 對(duì)比分析

(1)實(shí)際開挖揭露與初步設(shè)計(jì)階段相比

隧洞增長(zhǎng)5901.548 m，Ⅲ類圍巖減少了1582.73 m，Ⅲ～Ⅳ類圍巖減少2094 m，Ⅳ類圍巖增加了508.21 m，Ⅴ類圍巖增加了5914.3 m，特殊地質(zhì)洞段增加了1150.19 m(考慮初步設(shè)計(jì)階段的預(yù)巖溶率)。特殊地質(zhì)洞段增加的主要原因在于新增的小白巖下游短隧洞、老廣寨隧洞、松樹林隧洞、猛壩隧洞等全洞段均為特殊地質(zhì)洞段。

(2)實(shí)際開挖揭露與招標(biāo)設(shè)計(jì)階段相比

Ⅲ類圍巖占比減少了13.4%，Ⅲ～Ⅳ類圍巖、Ⅳ～Ⅴ類圍巖變?yōu)?，Ⅳ類圍巖占比增加了0.9%，Ⅴ類圍巖占比增加了17.3%，特殊地質(zhì)洞段占比增加了2.9%，主要原因在于增加老廣寨隧洞、松樹林隧洞、猛壩隧洞、橋邊隧洞、大蘆壩隧洞，對(duì)落木灣隧洞、小白巖隧洞、大偏山隧洞、將軍坡隧洞進(jìn)行大的改線調(diào)整，增加的或改線調(diào)整的隧洞地質(zhì)圍巖多為Ⅴ類或特殊地質(zhì)洞段，從而使Ⅲ類圍巖占比減少、Ⅴ和特殊地質(zhì)洞段增加。

(3)實(shí)際開挖揭露與施工圖設(shè)計(jì)相比

Ⅲ類圍巖占比減少了9.7%，Ⅲ～Ⅳ類圍巖、Ⅳ～Ⅴ類圍巖變?yōu)?，Ⅳ類圍巖占比增加了1.9%，Ⅴ類圍巖占比增加了13.5%，特殊地質(zhì)洞段占比增加了1.8%，主要原因在于Ⅲ～Ⅳ、Ⅳ～Ⅴ類圍巖的調(diào)整及隧洞提前進(jìn)洞或推遲出洞，從而使Ⅲ類圍巖占比減少、Ⅴ和特殊地質(zhì)洞段增加。

4 超挖原因分析

隧洞的開挖在目前國(guó)際國(guó)內(nèi)流行的主要施工方法有鉆爆法和TBM兩種，本工程主要采用鉆爆法施工。地質(zhì)超挖主要分為可預(yù)見和不可預(yù)見的地質(zhì)原因引起，不可預(yù)見地質(zhì)原因引起的超挖工程量及相應(yīng)增加的支護(hù)和回填工程量明確可以計(jì)量。

由于本項(xiàng)目為線性工程，沿線巖溶水文地質(zhì)條件復(fù)雜，隧洞多位于峰叢洼地、峰林谷地之中，隧洞淺埋、巖溶發(fā)育、工程地質(zhì)條件變化較快是造成超挖嚴(yán)重的主要原因，還有就是歷史原因(為上項(xiàng)目控制投資)。本工程在招標(biāo)階段Ⅲ類圍巖占隧洞總長(zhǎng)的65.5%、實(shí)際揭露的Ⅲ類圍巖占隧洞總長(zhǎng)的48.2%，而貴州同類型的大型水庫(kù)干渠Ⅲ類圍巖劃分僅占隧洞總長(zhǎng)的38.9%。

5 地質(zhì)超挖最終認(rèn)定

根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，地下水增大變化、順向側(cè)滑移、軟硬相間巖體、不良地質(zhì)段與完整巖石接觸帶等引起的超挖屬不可預(yù)見的地質(zhì)原因，可以認(rèn)定，但認(rèn)定難度太大、存在的爭(zhēng)議較多，主要原因在于上述認(rèn)定原則目前沒有規(guī)程規(guī)范或技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等明確界定[1]。同樣，隧洞的后期超挖、垮塌與設(shè)計(jì)的一期或臨時(shí)支護(hù)措施也存在密不可分的關(guān)系，最為重要的是與施工單位的技術(shù)水平和管理水平相關(guān)，同樣的地質(zhì)條件、相同的圍巖，不同水平的施工單位開挖的水平也完全不同，從而導(dǎo)致的超挖也大相徑庭。

通過對(duì)各階段圍巖類別化分對(duì)比分析，結(jié)合參見各方的意見與建議，按照實(shí)際開挖揭露與招標(biāo)作為對(duì)比是最合適的，兼顧到了各方利益問題。最終黔中水利樞紐一期工程桂松干渠的隧洞地質(zhì)超挖認(rèn)定以招標(biāo)階段劃分的圍巖類別為基礎(chǔ)，實(shí)際開挖揭露的洞室圍巖與招標(biāo)階段劃分的圍巖類別變化引起的超挖認(rèn)定為不可預(yù)見的地質(zhì)原因引起的超挖，給予計(jì)量。在按照圍巖變化對(duì)比認(rèn)定的同時(shí)考慮一定的特殊情況，比如薄層水平巖層的拱頂超挖認(rèn)定為不可預(yù)見的地質(zhì)原因引起的超挖。

施工實(shí)際開挖揭露隧洞總長(zhǎng)39735.948 m，招標(biāo)設(shè)計(jì)階段隧洞總長(zhǎng)36842.93 m，隧洞增長(zhǎng)2893.018 m，其中施工階段新增加的隧洞總長(zhǎng)1525.195 m，其余為隧洞軸線調(diào)整、洞進(jìn)出口變化引起的增加。施工階段新增隧洞均為特殊地質(zhì)洞段，招標(biāo)階段劃分的Ⅲ～Ⅳ類圍巖，施工實(shí)際揭露為Ⅳ類圍巖洞段，認(rèn)為未發(fā)生變更，屬于可預(yù)見的地質(zhì)原因。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)生變更的圍巖總長(zhǎng)14070.58 m，占招標(biāo)設(shè)計(jì)階段隧洞總長(zhǎng)的38.57%，占施工實(shí)際開挖揭露隧洞總長(zhǎng)的35.41%。在實(shí)際認(rèn)定過程中，只考慮上述變更洞段的邊墻和頂拱的超挖，同時(shí)扣除合同范圍內(nèi)已計(jì)入開挖單價(jià)的允許超挖0.2 m的工程量。

6 結(jié)語(yǔ)

鉆爆法施工引起的隧洞超挖因素較多，比較復(fù)雜，在行業(yè)內(nèi)，目前還沒有規(guī)程規(guī)范或技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等對(duì)地質(zhì)原因引起的超挖予以明確界定，從而導(dǎo)致隧洞地質(zhì)原因引起的超挖認(rèn)定變得復(fù)雜?？刂瞥趹?yīng)從源頭加以控制，首先應(yīng)加強(qiáng)施工管理、加強(qiáng)對(duì)施工人員的崗前培訓(xùn)，其次需要根據(jù)地層圍巖情況采用適宜的施工方法(工藝)，再次才是加強(qiáng)施工地質(zhì)預(yù)報(bào)工作、加強(qiáng)合同管理。