齐热哈塔尔水电站引水隧洞高地温表现与对策

赵国斌，程向民，孙旭宁

(1.中水北方勘测设计研究有限责任公司 勘察院，天津 300222;2.武警水电部队 第七支队，江西 南昌 330103)

0 引言

高地温是深埋长隧道工程的一种地质灾害，一般认为当隧洞内气温达到28℃时，施工中就要采取适当的降温措施。如瑞士圣格达公路隧洞规定，洞内气温达到28℃即停止掘进，采取降温措施。当温度超过35℃、湿度超过80%时，会对作业人员的健康和安全产生严重危害，使机械设备效率降低、故障增多和劳动生产效率下降。

由温泉引起的高地温问题在日本隧洞工程中较为常见。如新清水隧道，全长为13.49 km，最大埋深约1 200 m，采用钻爆法施工，全洞有温泉涌出的地段长约1 km，工作面气温一般为26～32℃，地温为29～35℃。针对高地温问题，隧洞施工方在可能存在高地温的地段进行了超前勘探，水平超前钻孔深20 m，主要目的是探查有无温泉。施工措施方面，在可能地段进行化学灌浆，在高地温洞段采用了加强通风、工作面洒水等降温措施;另外，在覆盖层厚度不大处开挖通风竖井，使得工作面条件得到显著改善。由于实际揭露的高地温隧洞工程实例较少，因此，这方面的研究表现的极为不足。

本文介绍了齐热哈塔尔水电站引水隧洞施工过程中出现的高地温现象，并简要介绍了施工过程中采取的措施。

1 引水隧洞工程概况［1］

齐热哈塔尔水电站位于中国新疆喀什地区，地处喀喇—昆仑山区，构造运动强烈，距工程300 km 范围内有发震断裂。

引水隧洞全长15.639 km，最大埋深达1 720 m，大多数洞段围岩为较完整的片麻状花岗岩，地应力高，地下水贫乏，易于热量积聚，且不利于散失。地温梯度一般为2～2.5℃/100 m，QZK14 孔、QZK45 孔地温梯度显著异常，分别达11℃/100 m 和8.1℃/100 m。另外，在隧洞附近发现有温泉活动，水温达62℃。中水北方公司勘察报告结论:围岩温度超过28℃洞段累计长度超过5 km，部分洞段地温可能高达60℃左右。因此，隧洞高地温问题非常突出。

2 引水隧洞高地温特征

文献［2］中描述了引水隧洞施工过程中的高地温出露情况，主要表现为:

(1)洞壁岩体温度高。自桩号Y7 +100 起，开挖后洞壁和掌子面温度达到35℃，空气温度达到30℃。桩号Y7 +100～Y8 +000 总长900 m 洞段范围内温度呈现出逐渐增高的趋势，最高达到72℃。

(2)裂隙或断层出水的水温高。桩号Y10 +400洞段，沿裂隙滴水或线状流水，水温一般在45℃以上。

(3)沿裂隙或断层带喷蒸汽。桩号Y8 +038～Y8+110 洞段发育4 条断层，断层产状NW320°，倾SW，倾角近直立，宽度一般在0.5～1 m 之间，与洞线走向垂直，对洞壁稳定影响不大，但有蒸汽自断层喷出，有一定压力，且温度极高，蒸汽温度最高达到172℃，实属罕见。

(4)空气温度高。岩壁温度高的洞段，空气温度高于28℃，按标准或规程规范规定达到高地温的限值。

3 引水隧洞高地温的影响

洞内温度超过30℃时，对施工会造成极大的影响，一般包括:

(1)洞内温度高，湿度大，工人容易中暑，设备在高温环境下效率降低极大，从而导致施工效率大大降低。

(2)掌子面岩体温度高，最高达到92℃，在此温度下，爆破用乳化炸药极易融化，从而造成补炮现象频繁;另外，在岩体温度超过55℃时，使用普通硝铵炸药会产生膨胀，导爆管将产生不可恢复变形，将出现哑炮或炸药失效的情况，造成极大的安全隐患，严重影响开挖进度。

(3)高温热水的喷溅危害，在断层高温带往往伴随有地下温泉，一旦发生大流量高温热水，对人体和机械都将产生极大的危害。

(4)影响测量精度。温度对测量仪器的影响是比较大的，在高温情况下，湿度较大，测量仪器在放线时易产生误差。

(5)影响一次支护质量。本工程中高地温洞段有时会发生岩爆，洞壁温度高，因为喷混凝土是薄壁结构，岩壁温度过高，会将喷混凝土的水分蒸发掉，在其初凝前硬化。桩号Y7 +700 洞段出现了岩爆区防护采用喷射混凝土失效的现象。

上述分析认为，高地温洞段对隧洞的影响主要集中在施工过程，而对于隧洞贯通后的衬砌混凝土质量以及运行期冷热循环条件下衬砌混凝土的耐久性尚需展开研究。

4 引水隧洞高地温洞段施工措施

4.1 高地温洞段超前地质预报

现场施工揭露情况表明，高温气体沿小规模断层喷出，断层宽度在0.3～0.8 m 之间，走向与洞室走向近似垂直，因此，建议超前地质预报应以判断前方岩体完整性为主要目的，采用超前水平钻探和TSP201 系统探测相结合的方式进行。

(1)超前水平钻探:在掌子面中心进行水平钻探以判断前方岩体的完整性，水平钻孔距洞底1.5 m，最大进尺20 m，钻探过程中记录钻进速度、是否卡钻等现象。

(2)TSP201 系统探测:采用TSP201 系统预测掌子面前方的岩体完整性，预测距离100 m。

实际过程中，超前水平钻探由于其直观、高效，最主要的是不受洞内高达50℃以上空气温度的影响，避免了TSP201 系统受高温影响造成的预报误差，因此，在本工程高地温洞段施工过程中以超前水平钻探的方式完成超前地质预报。

4.2 高地温洞段施工措施

(1)洒水降温。在岩壁温度低于50℃的洞段，采用向洞壁和掌子面喷洒凉水的方式使温度有效降低，但在岩壁温度超过50℃的洞段，凉水容易雾化，反而增加了洞内的湿度，产生闷热的感觉。

(2)加强通风。通风量的大小和风速对使洞内空气温度大幅度降低。如在桩号Y7 +800 洞段，掌子面开挖后岩壁温度已达到72℃，空气温度保持在65℃，采用盖亚风机对洞内加大通风量，并增加风速，空气温度基本保持在40℃左右;降低温度的同时对洞内空气温度也得到净化，并降低了空气湿度。

(3)冰块降温。本工程中采用冰块降温的方式起到了一定的效果，通过将冰块放置在通风口，使冰块融化吸热，并将冷空气加速循环，使得洞内温度得到有效的降低，缺点是需要建造制冰系统，并保证系统的正常运行的费用较高。

(4)必要时要采用耐高温炸药和其他火工材料，以避免因哑炮造成安全问题。

(5)对高地温洞段加强超前地质预报，采用超前地质钻探和物探技术验证前方地质条件，避免因岩体不完整而造成高温地下水的涌出，在本工程中要注意高温气体的喷出。

5 小结

齐热哈塔尔水电站引水隧洞是目前施工难度较大，高地温问题最为严重的工程之一，施工中揭露的高地温情况非常具有代表性，其以蒸汽的方式从裂隙或断层中喷出的现象极为罕见。因此，对其成因及对工程的影响需进一步研究。另外，高地温洞段施工方法和衬砌方式也是值得探讨的。本工程的高地温现象为其他地下工程施工具有非常重要的指导意义。

［1］中水北方勘测设计研究有限责任公司勘察院.齐热哈塔尔水电站初步设计阶段工程地质勘察报告［R］.天津:中水北方勘测设计研究有限责任公司勘察院，2011.

［2］赵国斌，程向民.齐热哈塔尔水电站引水隧洞高地温问题研究［J］.现代隧道技术(增刊)，2012，49:264－265.