引汉济渭工程秦岭隧洞0-1号洞工程滞后原因分析及对策研究

秦涛

（陕西省引汉济渭工程建设有限公司陕西西安710010）

引汉济渭工程秦岭隧洞0-1号洞工程滞后原因分析及对策研究

秦涛

（陕西省引汉济渭工程建设有限公司陕西西安710010）

本文针对秦岭山区岩体地质条件以及引汉济渭工程秦岭隧洞0-1号主洞勘测设计成果，从正常的施工角度出发，探讨影响0-1号主洞正常开挖的主要因素，研究制定保证施工安全和进度的措施。最后从实施效果来看，提高了施工安全和进度，说明采取的措施是切实可行的，也为同类工程建设提供了一定的参考价值。

秦岭隧洞;工程;围岩;涌水;排水

1 引言

目前，世界单项长度第一的隧洞为芬兰赫尔辛基调水工程隧洞，总长120km，其最大埋深仅100m；世界单项埋深最大的隧洞是锦屏二级引水隧洞，最大埋深2525m，但其长度仅16.7km。经论证，引汉济渭工程的秦岭输水隧洞以长度和埋深的施工难度综合排名世界第一。

根据设计勘测成果，秦岭隧洞区位于秦岭褶皱系，地质条件极其复杂，断裂构造极其发育。隧洞共通过3条区域性断裂，宽度170m～190m不等，通过4条次一级断层和33条区域性一般断层，其设计及施工难度极大。秦岭隧洞区水文地质条件复杂，共通过贫水区、弱富水区、中等富水区和强富水区四个水文地质单元。其中中等富水区长度30680m，强富水区长度8225m，0-1号勘探试验洞均位于强富水区。

此外，预测秦岭隧洞施工中可能会出现高地应力条件下的岩爆、高地温及热害、局部高地应力条件下的软岩塑性（主要是断层破碎带、炭质千枚岩及炭质片岩等）变形、围岩失稳、突涌（泥）水、有害气体等各种地质灾害。

2 秦岭隧洞0-1号洞概况

秦岭隧洞0-1号洞包括0-1号施工支洞，斜长1521m，秦岭隧洞（越岭段）主洞设计里程K12+900～K16+934.226段，长4034m，其中由0-1号施工支洞洞底向上、下游方向的施工长度分别为1050m和2984m。0-1号施工支洞口位于佛坪县石墩河乡小郭家坝蒲河右岸山坡，与主洞交汇里程为K13+950，此段属于秦岭岭南中低山区，地形起伏较大。主洞设计里程为K13+900.000～K16+934.226，工程长度为3034.226m，纵坡比降为1/2527，马蹄形断面，断面尺寸为6.76m×6.76m（宽×高）。支洞采用圆拱直墙断面，成洞尺寸5.2m×6.0m，按单车道加错车道设计，每隔200m设20m长错车道，支洞洞口底板高程694.966m，综合纵坡10.44%。

3 进度滞后原因分析

3.1 围岩情况复杂，影响进度

上半年共完成隧洞开挖397m，原设计为Ⅲ类类围岩。在施工过程中，局部段落围岩破碎、稳定性差，为确保施工安全，对该段落支护参数进行了调整。其中Ⅲ类变Ⅳ类围岩7次，Ⅲ类变Ⅲ类加强2次，支护调整长度占原设计长度的32%。由于围岩的变化，局部破碎段在爆破过程中，爆破产生的能量释放不均匀，造成掌子面局部位置存在欠挖，从而增加了补炮次数，增加了机械、人工排险的难度。由于Ⅲ、Ⅳ类围岩开挖轮廓存在较大差异，调整支护参数后，需要对原开挖轮廓进行二次测量、扩挖、出碴、排险，工序的增加，使得每个循环施工时间也随之大大增加。在喷护过程中，需要将二次扩挖超挖部位喷平，极大延长了喷护时间。Ⅲ、Ⅳ类围岩的频繁变化，造成现场单循环所耗费的时间已远远超出设计Ⅲ类围岩施工时间，甚至超出单独按IV类围岩施工，很大程度上制约了施工进度。

3.2 强富水段落，涌水频繁，影响进度

秦岭0-1号洞主洞下游已开挖K13+950～K15+659（1709m），属于岩溶裂隙水强富水区（Ⅰ），在开挖过程中股状涌水高达50余处，途径多个小断层带，每经过断层带都伴有大量涌水。此段共出现主要涌水点、段落33处，均为独立涌水，涌水衰减极为缓慢，其中21处涌水量≥1000m3/d，5处涌水量＞5000m3/d。其中K15+659掌子面左侧拱脚4个炮孔钻至1.5m时出现突发性涌水，大量涌水从炮孔中喷出，喷射距离约6m～7m，涌水量达到11350m3/d，为确保施工人员及机械设备安全，洞内被迫暂时停止施工。

涌水影响进度主要表现在以下几个方面：

（1）钻孔时，大量涌水从炮孔涌出，装药时，药卷多次被涌水冲出，从而增加了装药时间。

（2）涌水造成路面局部段落大量积水，造成小型车辆无法通过，只能通过装载机运送人员、材料至掌子面施工，延误了大量施工时间。

（3）涌水延长了各工序衔接时间，测量开挖、出碴、排险、支护等工序间均夹杂了掌子面抽排水工序，而且所需时间不固定，造成各工序不能及时衔接。

3.3 埋深较大，排水难度大，影响进度

秦岭0-1隧洞支洞全长1513m，支、主洞交汇段高程536.73m，洞口高程695m，排水扬程达160m。洞内设置了五级大型泵站，对洞内涌水进行逐级抽排。Ф400排水管道总长度达4500m，配置了200kw水泵4台、160kw水泵12台、132kw水泵2台、11kw水泵16台、7.5kw水泵32台，水泵总功率达3400kw。为了解决排水电力不足的问题，先后3次对变压器进行增容，目前现场变压器总容量高达4050KVA，远远超出其他施工单位，每月电费基本为47万元～55万元，成为施工单位最大的一项费用支出。

涌水情况的频频发生，且涌水衰减速度缓慢，洞内涌水点逐渐形成常流水，对洞内抽排水系统造成极大压力[1]。在面临大量涌水的同时，各级水泵长时间不间断运行产生了极大磨损，水泵维修保养频次也大幅增加，延长了抽排水时间，进而影响了施工进度。秦岭隧洞各工区变压器容量、抽水量及水价见表1。

表20 -1号主洞通过断层一览表

表3 秦岭隧洞0-1号主洞下游隧洞设计围岩类别表

3.4 电网供电不稳，影响进度

由于电网供电不稳定，断电次数频繁，常常因为停电导致工作面被水淹没。2015年因电力局检修、碴场高压线改等原因累计停电5次，共计27小时。每次电力供应恢复后都要花至少三倍的时间用于抽排水后才能正常施工，严重影响了施工进度。

3.5 抽排水系统因素，影响进度

秦岭0-1号洞支洞原有两条Ф400排水管道，排水能力在30000m3/d～31000m3/d。6月19日掌子面发生突发性大涌水后，总最大涌水量达到41000m3/d～42000m3/d，远超出管道排水能力，导致主洞下游水位持续升高，现场被迫停止施工。主洞下游原排水系统为多台小泵逐级抽排，能够满足施工需要，但抽水强度大，水泵故障频发，造成抽水效率低，成本大，且无法保证一旦出现大涌水后的施工安全[2]。

4 下游剩余开挖段落地质条件

0-1号主洞下游尚未开挖段为K15+659～K16+934.226，长度1275.226m，属于岩溶裂隙水强富水区（Ⅰ）。对0-1号主洞下游未开挖段的涌水量进行预测：该段隧洞正常涌水量15325m3/d，可能出现的最大涌水量30650m3/d。此段处于秦岭褶皱系中的南秦岭印支褶皱带，褶皱发育。区内发育两条断层:

（1）f4:为一逆断层，断层产状N80° E/30°～50°S，断层带物质主要为碎裂岩，断层破碎带宽度约50m。

（2）玉皇庙－陈家坝断层（f5）：断层东西延伸约24km，为一南西方向倾斜的正断层。断层产状N75°～80°W/70°S，断层带物质主要为碎裂岩、断层角砾及少量断层泥，断层破碎带宽度约100m。0-1号主洞通过断层情况见表2。

0-1号主洞尚未开挖段岩性为大理岩，受地质构造作用影响,节理裂隙发育，大理岩线状溶隙和溶洞较发育，该地层地表调查发现有8处溶洞，其大小程度各地不一，小者仅为几十厘米，大者1m～2m，最大可见深达8m左右，宽5m，高2m，其中2个为有水溶洞，后沟上游有水溶洞测得流量约700m3/d，在下游有水溶洞测得流量320 m3/d～774m3/d。岭南发现的3个下降泉，均出露于大理岩地层中，其中有2处泉水流量较大，流量分别为254m3/d及870m3/d。隧洞设计划分围岩类别详见表3。

5 下一步施工采取的措施及实施效果

5.1 保证措施

针对秦岭0-1号洞项目面临的困难，研究制定了“超前预报、超前减排、以排为主、排堵结合，克服困难，拼抢进度”的方针。

（1）增加超前水平钻。新调入CCM600潜孔钻1台，钻孔直径80mm，最大钻孔深度40m。在类似富水区域开挖施工前，根据超前预报分析，在掌子面施作超前探水孔，根据涌水水压、水量等情况适当调整探水孔数量及位置，超前水平孔深度30m，对掌子面前方的富含水围岩进行减压、排水，杜绝大量涌水的异常情况发生，保证施工安全。实施一次超前水平钻孔减排措施，基本可以保证10d左右的施工不受涌水影响。

（2）增加洞内排水设备，提高排水能力。强有力的排水措施是保证施工的前提。施工单位要保证电力供应，配置足够的抽排水设备，及时增加管路，备足抽水设备，加强抽排水管理，随水排水、及时排水、杜绝因为涌水可能产生的施工场面被淹现象的发生。

（3）增加注浆堵水。对已开挖完成涌水段落，按照设计堵水方案进行24小时不间断径向注浆堵水，股状涌水进行局部注浆，对较大范围的面状渗水采取径向注浆堵水措施，尽最大限度的减少排水压力[3]。对于开挖的涌水特殊段落，可采用帷幕注浆堵水措施，继而达到降低排水成本的目的，也为后期的二衬施工创造良好的条件。

（4）加强地质超前预报，做好应急预案。针对0-1的特殊地质情况，设计单位加大地质超前预报的频次，为施工做好参谋，提供良好的技术服务，对可能发生的涌水施工单位要根据预报做好应急预案[4]。今年，设计单位对主洞下游进行物探预报TSP2次，红外探水2次，地质雷达1次，较准确预测了岩体完整程度、围岩稳定性及基岩裂隙水出露情况。

5.2 实施效果

施工单位对现场电力进行了扩容，增设了发电机组和电缆，保证了施工用电；支洞和主洞分别增加了一条Ф400排水管道，主洞新增了一个5#水仓，大大增加了排水能力；对大的股状、面状涌水段落，按照设计要求进行径向灌浆，大大减少了涌水量。同时按照设计地质超前预报和增加水平钻措施较好的掌控了掌子面前方的地质条件，提前采取施工措施，保证了隧洞的的施工安全和正常开挖。目前，秦岭隧洞0-1号洞工程Ⅲ类围岩开挖日进尺7m，Ⅳ类围岩开挖日进尺5m，说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进度。

6 结语

本文根据秦岭隧洞勘测设计成果和工地现场实际情况，从0-1号主洞施工过程中遇到的围岩变化、涌水频发、排水难度大、大埋深、供电不稳定等五个方面分析等五个方面分析了上半年进度滞后的原因，通过对主洞下游剩余段落的断层、涌水、围岩变化等地质条件分析，研究制定了“超前预报、超前减排、以排为主、排堵结合，克服困难，拼抢进度”的方针，从而使施工单位在下一步的施工中提前掌控前面的地质情况，采取施工措施，保证了隧洞的的施工安全和进度。陕西水利

[1]黄成光.公路隧道施工.[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2]周军伟.白云隧道突水、突泥段施工技术.[J].隧道建设，2011，No4，Vol31.

[3]王之三.木冲隧道涌水带帷幕注浆设计与施工.[J].四川建筑，2006，（5）：70.

[4]李立民.秦岭隧洞突泥涌水段处理措施研究. [J].铁道标准设计，2014，S1.

（责任编辑：唐红云）

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