绥德县大理河分洪隧洞工程地质方案比较

张向伟

（陕西省水利电力勘测设计研究院勘察分院，陕西 咸阳 712000）

1 工程概况

榆林市“7.26”灾后重建项目绥德县城大理河分洪隧洞工程地处绥德县城。分洪洞工程由分洪隧洞、进口分洪闸及出口控制闸、拦河低坝、堤防等组成。分洪目的是将大理河洪水向无定河分流，减轻绥德县城主城区大理河的防洪压力。分洪隧洞建筑物级别为1 级。

分洪洞进口位于张家砭镇马家洼村，出口位于名州镇芋则沟村。规划两种方案进行比较：方案一采用双排隧洞，分洪最大流量为1120 m3/s；方案二采用单排隧洞，分洪最大流量为800 m3/s。方案一设计双洞间距30 m，1#、2#隧洞洞线长分别为4.65 km、4.73 km。分洪隧洞采用圆拱直墙形，1#隧洞洞底宽10 m，洞高10.5 m，比降3‰；2# 隧洞兼顾县城交通隧道功能，洞底宽13.5 m，洞高8.55 m，比降3‰；单洞设计泄洪流量560 m3/s，双洞总的设计泄洪流量为1120 m3/s，分洪隧洞为低流速无压明流隧洞；方案二分洪隧洞采用单排隧洞布置，城门洞型，洞底宽13.5 m，洞高11.05 m，比降3‰；设计过洪流量800 m3/s，为低流速无压明流隧洞，隧洞进口高程815 m，进、出口均布置分洪控制闸，宽15 m，渐变至隧洞。

2 工程地质概况

2.1 区域概况

工程区在大地构造单元上属于中朝准台地（Ⅰ）鄂尔多斯台坳（Ⅰ3），被坳缘褶皱束环绕。中部出露中生界，边缘为古生界，褶皱和断裂稀少，未见岩浆侵入活动。总体上看，本单元为一大型向斜构造。长轴走向近南北，两翼不对称，西翼倾角3°～10°，东翼宽缓，倾角1°左右。勘察区处于褶皱核心部位。区内断裂见于台凹边缘，以正断层和平移断层为主。区内为一套巨厚的中生界河湖相岩系。地层产状总体倾向为SW220°～NW355°之间，以NWW 为主，倾角1°～5°，局部产状多变。本区境内历史记载未发生过破坏性强的地震。根据1：100 万《中国地震动参数区划图》（GB 18306-2015），工程区位于绥德县张家砭镇和名州镇，工程区Ⅱ类场地地震动峰值加速度为0.05 g，地震动反应谱特征周期为0.35 s，相应的地震基本烈度为Ⅵ度。工程区属构造相对稳定区。

2.2 地质概况

2.2.1 分洪隧洞工程地质条件

工程区位于陕北黄土高原中部，地貌单元为黄土丘陵沟壑区，以长斜梁和短梁为主，其上断续分布有浑圆小峁。梁峁坡面宽50 m～150 m，谷坡角40°～50°。地势总体趋势是由西北部向东南部逐步降低，河谷、沟壑发育，地形起伏大。

根据勘探资料，沿黄土丘陵沟壑区上部为土层，下部为基岩，土层厚度最大为121 m，第四系上更新统风积（Q3eol）黄土主要出露于梁峁顶部，厚度20 m～30 m，第四系中更新统风积（Q2eol）黄土状壤土，沿线均有出露，最大厚度约90 m。河谷主要以第四系全新统冲积物（Q4al）为主。基岩主要为三叠系上统胡家村组（T3h）砂岩及泥质粉砂岩。沿线地质调查，未发现断层,构造以裂隙为主，隧洞进口段基岩产状255°∠4°，裂隙发育两组，L1产状15°∠76°，剪裂隙，裂面粗糙，闭合，裂面见锈黄色渲染，间距0.6 m～1.0 m，延伸长度大于7 m；L2产状112°∠73°，剪裂隙，裂面粗糙，闭合，裂面见锈黄色渲染，间距0.5 m～1.0 m，延伸长度大于5 m。

2.2.2 分洪隧洞围岩分类

（1）方案一分洪隧洞围岩分类

方案一设计双洞，1#隧洞洞线长4.65 km，2#隧洞洞线长4.73 km。

根据围岩岩石强度、岩体完整程度、结构面状态、地下水、主要结构面五项因素之和的总评分，1#隧洞围岩分类简述如下：桩号0+000 m～0+200 m，洞顶及洞壁岩性为黄土、强～弱风化砂岩、泥质粉砂岩，强风化岩体破碎，弱风化岩体较完整，弱风化砂岩饱和抗压强度Rb=52.9 MPa，弱风化泥质粉砂岩饱和抗压强度Rb=57.2 MPa。洞室围岩属Ⅴ类，建议单位弹性抗力系数K0=0 MPa/cm，坚固系数f=0.4～0.5，洞底位于地下水以下。桩号0+200 m～0+912.2 m、2+058.4 m～2+466.9 m、3+626.3 m～3+796.6 m、4+556.4 m～4+582.7 m，洞室岩性为弱风砂岩及泥质粉砂岩，岩体较完整。弱风化砂岩饱和抗压强度Rb=52.9 MPa，弱风化泥质粉砂岩饱和抗压强度Rb=57.2 MPa，洞室围岩属Ⅳ类，建议弱风化砂岩单位弹性抗力系数K0=4.0 MPa/cm，坚固系数f=2.0，变形模量E=3.0 GPa；弱风化泥质粉砂岩单位弹性抗力系数K0=3.5 MPa/cm，坚固系数f=1.8，变形模量E=2.5GPa。洞室位于地下水位以下，预测有渗水或线状流水。桩号0+912.2 m～2+058.4 m、0+912.2 m～2+058.m4、9、2+466.9 m～3+626.3 m、3+796.6 m～4+556.4 m，洞室岩性为微风化砂岩及泥质粉砂岩，岩体较完整。微风化砂岩饱和抗压强度Rb=65.6 MPa，微风化泥质粉砂岩饱和抗压强度Rb=59.1 MPa。洞室围岩属Ⅲ类，建议微风化砂岩弹性抗力系数K0=11.0 MPa/cm，坚固系数f=4.0，变形模量E=8.5 GPa；微风化泥质粉砂岩弹性抗力系数K0=8.0 MPa/cm，坚固系数f=3.5，变形模量E=7.0 GPa。洞室位于地下水位以下，预测有渗水或线状流水。桩号4+582.7 m～4+647.1 m，岩性为填土及砂壤土、卵石，本段建议明挖通过，施工应排水。

2#隧洞围岩分类简述如下：桩号0+000 m～0+236.8 m，洞顶及洞壁岩性、黄土、强风化砂岩及泥质粉砂岩，强风化岩体破碎，弱风化岩体较完整。建议单位弹性抗力系数K0=0 MPa/cm，坚固系数f=0.4～0.5，洞室位于地下水以下。桩号0+236.8 m～0+978.3 m、2+175.5 m～2+251.2 m、4+655.8 m～4+680 m，洞室岩性为弱风砂岩及泥质粉砂岩，岩体较完整。弱风化砂岩饱和抗压强度Rb=52.9 MPa，弱风化泥质粉砂岩饱和抗压强度Rb=57.2 MPa。室围岩属Ⅳ类，建议弱风化砂岩单位弹性抗力系数K0=4.0 MPa/cm，坚固系数f=2.0，变形模量E=3.0 GPa；弱风化泥质粉砂岩单位弹性抗力系数K0=3.5 MPa/cm，坚固系数f=1.8，变形模量E=2.5 GPa。洞室位于地下水位以下，预测有渗水或线状流水。桩号0+978.3 m～2+175.5 m、2+251.2 m～4+655.8 m，洞室岩性为微风化砂岩及泥质粉砂岩，岩体较完整。微风化砂岩饱和抗压强度Rb=65.6 MPa，微风化泥质粉砂岩饱和抗压强度Rb=59.1 MPa。洞室围岩属Ⅲ类，建议微风化砂岩弹性抗力系数K0=11.0 MPa/cm，坚固系数f=4.0，变形模量E=8.5 GPa；微风化泥质粉砂岩弹性抗力系数K0=8.0 MPa/cm，坚固系数f=3.5，变形模量E=7.0 GPa。洞室位于地下水位以下，预测有渗水或线状流水。桩号4+680 m～4+726.6 m，岩性为砂壤土、泥质粉砂岩，本段建议明挖通过，施工应排水。

（2）方案二分洪隧洞围岩分类

方案二分洪隧洞围岩分类简述如下：桩号0+000 m～0+250 m，洞顶及洞壁岩性为砂壤土、黄土、黄土状壤土、强～弱风化砂岩、泥质粉砂岩，强风化岩体破碎，弱风化岩体较完整。洞室围岩属Ⅴ类，建议黄土单位弹抗力系数K0=0 MPa/cm，坚固系数f=0.4～0.5，黄土状壤土单位弹抗力系数K0=0 MPa/cm，坚固系数f=0.5～0.6；洞室大部分位于地下水以下。桩号0+250 m～0+997.8 m、2+172.4 m～2+257.9 m、3+752.1 m～3+808.5 m、4+650 m～4+676.9 m，室围岩属Ⅳ类，洞室岩性为弱风砂岩及泥质粉砂岩，岩体较完整。弱风化砂岩饱和抗压强度Rb=52.9 MPa，弱风化泥质粉砂岩饱和抗压强度Rb=57.2 MPa。建议弱风化砂岩单位弹性抗力系数K0=4.0 MPa/cm，坚固系数f=2.0，变形模量E=3.0 GPa；弱风化泥质粉砂岩单位弹性抗力系数K0=3.5 MPa/cm，坚固系数f=1.8，变形模量E=2.5GPa。洞室位于地下水位以下，预测有渗水或线状流水。桩号0+997.8 m～2+172.4 m、2+257.9 m～3+752.1 m、3+808.5 m～4+650 m，洞室围岩属Ⅲ类，洞室岩性为微风化砂岩及泥质粉砂岩，岩体较完整。微风化砂岩饱和抗压强度Rb=65.6 MPa，微风化泥质粉砂岩饱和抗压强度Rb=59.1 MPa。建议微风化砂岩弹性抗力系数K0=11.0MPa/cm，坚固系数f=4.0，变形模量E=8.5GPa；微风化泥质粉砂岩弹性抗力系数K0=8.0 MPa/cm，坚固系数f=3.5，变形模量E=7.0GPa。洞室位于地下水位以下，预测有渗水或线状流水。桩号4+676.9 m～4+726.6 m，岩性为填土及砂壤土，本段建议明挖通过，施工应排水。

3 方案比较

3.1 围岩稳定问题

方案一1#隧洞Ⅲ类围岩长3065.4 m，占总长66%；Ⅳ类长1317.1 m，占总长28.3%；Ⅴ类长200 m，占总长4.3%；明挖段长64.4 m，占总长1.4%。方案一2#隧洞Ⅲ类围岩长3601.8 m，占总长76.2%；Ⅳ类长841.1 m，占总长17.8%；Ⅴ类长236.8 m，占总长5.0%；明挖段长46.6 m，占总长1.0%。方案二隧洞Ⅲ围岩类长3510.3 m，占总长74.3%；Ⅳ类长916.6 m，占总长19.4%；Ⅴ类长250 m，占总长5.3%；明挖段长49.7 m，占总长1.1%。

3.2 洞室涌水问题

洞室均位于地下水位以下，预测洞室有滴水或线型流水现象，在穿越黄家砭沟（雕山村）时，地表有流水，预测有涌水现象，应做好排水工作。

3.3 软岩变形问题

根据钻孔揭示，洞室穿越三叠系砂岩及泥质粉砂岩。洞室处于地下水位以下，岩体处于饱和状态，洞室开挖时，泥质粉砂岩脱水后有崩解现象，对洞室的稳定影响较大，洞室开挖时需及时喷护衬砌。

3.4 有害气体

隧洞穿越地层为三叠系砂岩、泥质粉砂岩，未见煤层及碳质页岩等可生成、储存有害气体的地层，因此初步判定分洪隧洞无有害气体。

3.5 方案比较

分洪隧洞两方案工程地质条件对比见表1。

表1 分洪隧洞工程地质条件比较表

4 结语

根据比较分析，方案一2#隧洞和方案二隧洞工程地质条件优于方案一1#隧洞，方案一2#隧洞略优于方案二隧洞。总体来看，方案二（一条隧洞）优于方案一（两条隧洞），地质建议选择方案二做为推荐洞线。Ⅲ类围岩洞室局部稳定性差，洞室开挖后应喷混凝土、系统锚杆加钢筋网。Ⅳ、Ⅴ围岩洞室开挖后应及时喷混凝土、系统锚杆加钢筋网，刚性支护，并浇筑混凝土衬砌。