浅谈黔中水利枢纽一期工程桂松干渠隧洞地质超挖问题

任兴隆，张 斌

(贵州省水利水电勘测设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550002)

1 工程概况

黔中水利枢纽一期工程包括水源工程和一期输配水工程，一期输水工程包括总干渠工程、桂松干渠工程、一期支渠工程及麻线河输水至红枫湖和通过干河输水至松柏山水库调节后向贵阳供水。

桂松干渠总长85.542 km，泵站两座，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%。渠首大山哨隧洞设计净空断面3.4 m×4.24 m、设计流量14.571 m3/s，渠末凯掌隧洞设计净空断面2.0 m×2.437 m、设计流量4.018 m3/s，单洞最大长度8.578 km。

本工程隧洞在施工过程中，主要采用钻爆法施工，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 基本工程地质概况

桂松干渠沿线经过区地貌从桂家湖至革寨水库为溶丘洼地到峰丛洼地过渡，革寨水库至凯掌水库为溶丘坡地、峰丛洼地、残丘坡地，局部剥蚀侵蚀丘陵。

桂松干渠经过区主要分布的地层由老至新分别为泥盆系火烘组(D2h)、桑郎组(D3s)、尧梭组(D3y)，石炭系岩关组(C1y)、大塘(C1d)、摆佐群(C1b)、黄龙群(C2hn)、马坪群(C3mp)，二叠系梁山组(P1l)、栖霞组(P1q)、茅口组(P1m)、龙潭组(P2l)、长兴组(P2c)、大隆组(P2d)，吴家坪(P2w)，三叠系大冶组(T1d)、永宁镇(T1yn)、关岭组(T2g)、发朗组(T2f)、江洞沟组(T2j)及第四系(Q)地层，局部存在相变。

工程区所处构造单元属扬子准地台(Pt)─黔北台隆(Z-T)─遵义断拱(D-C)─贵阳复杂构造变形区(I1A3)。

桂松干渠位于贵州中部丘原盆地及宽缓分水岭地带，河流、水系切割不深，一般小于200 m。从安顺至贵阳东南部地下水类型多属溶洞—管道水，北西部多属溶隙—溶洞水分布区。地下水分布、富水情况极不均一。灌区岩溶发育，河流明暗交替，多属雨源型河流。在谷地及洼地中，地下水埋藏较浅，一般潜水埋深小于20 m，分布极不均匀。靠近深切峡谷岸坡地带，地下水埋藏逐渐变深。干渠沿线地表水系与区域构造一致，沿线地下水以相邻沟谷为排泄基准面，在T1y、C3mp、C2hn、P1m、P1q、D3d、T2g2、T2g3等碳酸盐岩分布地段，岩溶发育，地下水为裂隙溶洞水与溶洞裂隙水，在P2w、C1d1碎屑岩分布地段，地下水为基岩裂隙水，在T2g1碳酸盐岩夹碎屑岩地段，地下水为裂隙溶洞水，岩溶发育弱。

3 隧洞洞室围岩情况

3.1 初步设计阶段洞室围岩划分情况

初步设计阶段隧洞总长33970.4 m，其中Ⅲ类围岩的总长为20734 m、占隧洞总长的61.28%，Ⅳ类围岩的总长为7936.4 m、占隧洞总长的23.46%，Ⅲ～Ⅳ类围岩的总长为2094 m、占隧洞总长的6.19%，Ⅴ类围岩的总长为3430 m、占隧洞总长的9.07%。

3.2 招标阶段洞室围岩划分情况

招标设计阶段隧洞总长36842.93 m，其中Ⅲ类围岩的总长为24141.43 m、占隧洞总长的65.5%，Ⅳ类围岩的总长为7554.2 m、占隧洞总长的20.5%，Ⅲ～Ⅳ类围岩的总长为2549 m、占隧洞总长的6.9%，Ⅴ类围岩的总长为2305.3 m、占隧洞总长的6.3%，Ⅳ～Ⅴ类围岩的总长为293 m、占隧洞总长的0.8%。

3.3 施工图设计阶段洞室围岩划分情况

施工图设计阶段隧洞总长为39484.68 m，其中Ⅲ类围岩的总长为24423.268 m、占隧洞总长的61.9%，Ⅳ类围岩的总长为7711.084 m、占隧洞总长的19.5%，Ⅲ～Ⅳ类围岩的总长为2523 m、占隧洞总长的6.4%，Ⅴ类围岩的总长为4002.848 m、占隧洞总长的10.1%，Ⅳ～Ⅴ类围岩的总长为265 m、占隧洞总长的0.8%，特殊地质洞段总长为559.5 m、占隧洞总长的1.3%。

3.4 实际开挖揭露洞室围岩划分情况

实际开挖揭露隧洞总长39735.948 m。Ⅲ类围岩的总长为19151.27 m、占隧洞总长的48.2%，Ⅳ类围岩的总长为8444.61 m、占隧洞总长的21.25%，Ⅴ类围岩的总长为9344.3 m、占隧洞总长的23.52%，特殊地质洞段总长为2795.298 m、占隧洞总长的7.03%。

3.5 对比分析

(1)实际开挖揭露与初步设计阶段相比

隧洞增长5901.548 m，Ⅲ类围岩减少了1582.73 m，Ⅲ～Ⅳ类围岩减少2094 m，Ⅳ类围岩增加了508.21 m，Ⅴ类围岩增加了5914.3 m，特殊地质洞段增加了1150.19 m(考虑初步设计阶段的预岩溶率)。特殊地质洞段增加的主要原因在于新增的小白岩下游短隧洞、老广寨隧洞、松树林隧洞、猛坝隧洞等全洞段均为特殊地质洞段。

(2)实际开挖揭露与招标设计阶段相比

Ⅲ类围岩占比减少了13.4%，Ⅲ～Ⅳ类围岩、Ⅳ～Ⅴ类围岩变为0，Ⅳ类围岩占比增加了0.9%，Ⅴ类围岩占比增加了17.3%，特殊地质洞段占比增加了2.9%，主要原因在于增加老广寨隧洞、松树林隧洞、猛坝隧洞、桥边隧洞、大芦坝隧洞，对落木湾隧洞、小白岩隧洞、大偏山隧洞、将军坡隧洞进行大的改线调整，增加的或改线调整的隧洞地质围岩多为Ⅴ类或特殊地质洞段，从而使Ⅲ类围岩占比减少、Ⅴ和特殊地质洞段增加。

(3)实际开挖揭露与施工图设计相比

Ⅲ类围岩占比减少了9.7%，Ⅲ～Ⅳ类围岩、Ⅳ～Ⅴ类围岩变为0，Ⅳ类围岩占比增加了1.9%，Ⅴ类围岩占比增加了13.5%，特殊地质洞段占比增加了1.8%，主要原因在于Ⅲ～Ⅳ、Ⅳ～Ⅴ类围岩的调整及隧洞提前进洞或推迟出洞，从而使Ⅲ类围岩占比减少、Ⅴ和特殊地质洞段增加。

4 超挖原因分析

隧洞的开挖在目前国际国内流行的主要施工方法有钻爆法和TBM两种，本工程主要采用钻爆法施工。地质超挖主要分为可预见和不可预见的地质原因引起，不可预见地质原因引起的超挖工程量及相应增加的支护和回填工程量明确可以计量。

由于本项目为线性工程，沿线岩溶水文地质条件复杂，隧洞多位于峰丛洼地、峰林谷地之中，隧洞浅埋、岩溶发育、工程地质条件变化较快是造成超挖严重的主要原因，还有就是历史原因(为上项目控制投资)。本工程在招标阶段Ⅲ类围岩占隧洞总长的65.5%、实际揭露的Ⅲ类围岩占隧洞总长的48.2%，而贵州同类型的大型水库干渠Ⅲ类围岩划分仅占隧洞总长的38.9%。

5 地质超挖最终认定

根据工程经验，地下水增大变化、顺向侧滑移、软硬相间岩体、不良地质段与完整岩石接触带等引起的超挖属不可预见的地质原因，可以认定，但认定难度太大、存在的争议较多，主要原因在于上述认定原则目前没有规程规范或技术标准等明确界定[1]。同样，隧洞的后期超挖、垮塌与设计的一期或临时支护措施也存在密不可分的关系，最为重要的是与施工单位的技术水平和管理水平相关，同样的地质条件、相同的围岩，不同水平的施工单位开挖的水平也完全不同，从而导致的超挖也大相径庭。

通过对各阶段围岩类别化分对比分析，结合参见各方的意见与建议，按照实际开挖揭露与招标作为对比是最合适的，兼顾到了各方利益问题。最终黔中水利枢纽一期工程桂松干渠的隧洞地质超挖认定以招标阶段划分的围岩类别为基础，实际开挖揭露的洞室围岩与招标阶段划分的围岩类别变化引起的超挖认定为不可预见的地质原因引起的超挖，给予计量。在按照围岩变化对比认定的同时考虑一定的特殊情况，比如薄层水平岩层的拱顶超挖认定为不可预见的地质原因引起的超挖。

施工实际开挖揭露隧洞总长39735.948 m，招标设计阶段隧洞总长36842.93 m，隧洞增长2893.018 m，其中施工阶段新增加的隧洞总长1525.195 m，其余为隧洞轴线调整、洞进出口变化引起的增加。施工阶段新增隧洞均为特殊地质洞段，招标阶段划分的Ⅲ～Ⅳ类围岩，施工实际揭露为Ⅳ类围岩洞段，认为未发生变更，属于可预见的地质原因。

根据统计分析，发生变更的围岩总长14070.58 m，占招标设计阶段隧洞总长的38.57%，占施工实际开挖揭露隧洞总长的35.41%。在实际认定过程中，只考虑上述变更洞段的边墙和顶拱的超挖，同时扣除合同范围内已计入开挖单价的允许超挖0.2 m的工程量。

6 结语

钻爆法施工引起的隧洞超挖因素较多，比较复杂，在行业内，目前还没有规程规范或技术标准等对地质原因引起的超挖予以明确界定，从而导致隧洞地质原因引起的超挖认定变得复杂。控制超挖应从源头加以控制，首先应加强施工管理、加强对施工人员的岗前培训，其次需要根据地层围岩情况采用适宜的施工方法(工艺)，再次才是加强施工地质预报工作、加强合同管理。