秦濤

（陜西省引漢濟渭工程建設(shè)有限公司陜西西安710010）

引漢濟渭工程秦嶺隧洞0-1號洞工程滯后原因分析及對策研究

秦濤

（陜西省引漢濟渭工程建設(shè)有限公司陜西西安710010）

本文針對秦嶺山區(qū)巖體地質(zhì)條件以及引漢濟渭工程秦嶺隧洞0-1號主洞勘測設(shè)計成果，從正常的施工角度出發(fā)，探討影響0-1號主洞正常開挖的主要因素，研究制定保證施工安全和進度的措施。最后從實施效果來看，提高了施工安全和進度，說明采取的措施是切實可行的，也為同類工程建設(shè)提供了一定的參考價值。

秦嶺隧洞;工程;圍巖;涌水;排水

1 引言

目前，世界單項長度第一的隧洞為芬蘭赫爾辛基調(diào)水工程隧洞，總長120km，其最大埋深僅100m；世界單項埋深最大的隧洞是錦屏二級引水隧洞，最大埋深2525m，但其長度僅16.7km。經(jīng)論證，引漢濟渭工程的秦嶺輸水隧洞以長度和埋深的施工難度綜合排名世界第一。

根據(jù)設(shè)計勘測成果，秦嶺隧洞區(qū)位于秦嶺褶皺系，地質(zhì)條件極其復(fù)雜，斷裂構(gòu)造極其發(fā)育。隧洞共通過3條區(qū)域性斷裂，寬度170m～190m不等，通過4條次一級斷層和33條區(qū)域性一般斷層，其設(shè)計及施工難度極大。秦嶺隧洞區(qū)水文地質(zhì)條件復(fù)雜，共通過貧水區(qū)、弱富水區(qū)、中等富水區(qū)和強富水區(qū)四個水文地質(zhì)單元。其中中等富水區(qū)長度30680m，強富水區(qū)長度8225m，0-1號勘探試驗洞均位于強富水區(qū)。

此外，預(yù)測秦嶺隧洞施工中可能會出現(xiàn)高地應(yīng)力條件下的巖爆、高地溫及熱害、局部高地應(yīng)力條件下的軟巖塑性（主要是斷層破碎帶、炭質(zhì)千枚巖及炭質(zhì)片巖等）變形、圍巖失穩(wěn)、突涌（泥）水、有害氣體等各種地質(zhì)災(zāi)害。

2 秦嶺隧洞0-1號洞概況

秦嶺隧洞0-1號洞包括0-1號施工支洞，斜長1521m，秦嶺隧洞（越嶺段）主洞設(shè)計里程K12+900～K16+934.226段，長4034m，其中由0-1號施工支洞洞底向上、下游方向的施工長度分別為1050m和2984m。0-1號施工支洞口位于佛坪縣石墩河鄉(xiāng)小郭家壩蒲河右岸山坡，與主洞交匯里程為K13+950，此段屬于秦嶺嶺南中低山區(qū)，地形起伏較大。主洞設(shè)計里程為K13+900.000～K16+934.226，工程長度為3034.226m，縱坡比降為1/2527，馬蹄形斷面，斷面尺寸為6.76m×6.76m（寬×高）。支洞采用圓拱直墻斷面，成洞尺寸5.2m×6.0m，按單車道加錯車道設(shè)計，每隔200m設(shè)20m長錯車道，支洞洞口底板高程694.966m，綜合縱坡10.44%。

3 進度滯后原因分析

3.1 圍巖情況復(fù)雜，影響進度

上半年共完成隧洞開挖397m，原設(shè)計為Ⅲ類類圍巖。在施工過程中，局部段落圍巖破碎、穩(wěn)定性差，為確保施工安全，對該段落支護參數(shù)進行了調(diào)整。其中Ⅲ類變Ⅳ類圍巖7次，Ⅲ類變Ⅲ類加強2次，支護調(diào)整長度占原設(shè)計長度的32%。由于圍巖的變化，局部破碎段在爆破過程中，爆破產(chǎn)生的能量釋放不均勻，造成掌子面局部位置存在欠挖，從而增加了補炮次數(shù)，增加了機械、人工排險的難度。由于Ⅲ、Ⅳ類圍巖開挖輪廓存在較大差異，調(diào)整支護參數(shù)后，需要對原開挖輪廓進行二次測量、擴挖、出碴、排險，工序的增加，使得每個循環(huán)施工時間也隨之大大增加。在噴護過程中，需要將二次擴挖超挖部位噴平，極大延長了噴護時間。Ⅲ、Ⅳ類圍巖的頻繁變化，造成現(xiàn)場單循環(huán)所耗費的時間已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出設(shè)計Ⅲ類圍巖施工時間，甚至超出單獨按IV類圍巖施工，很大程度上制約了施工進度。

3.2 強富水段落，涌水頻繁，影響進度

秦嶺0-1號洞主洞下游已開挖K13+950～K15+659（1709m），屬于巖溶裂隙水強富水區(qū)（Ⅰ），在開挖過程中股狀涌水高達(dá)50余處，途徑多個小斷層帶，每經(jīng)過斷層帶都伴有大量涌水。此段共出現(xiàn)主要涌水點、段落33處，均為獨立涌水，涌水衰減極為緩慢，其中21處涌水量≥1000m3/d，5處涌水量＞5000m3/d。其中K15+659掌子面左側(cè)拱腳4個炮孔鉆至1.5m時出現(xiàn)突發(fā)性涌水，大量涌水從炮孔中噴出，噴射距離約6m～7m，涌水量達(dá)到11350m3/d，為確保施工人員及機械設(shè)備安全，洞內(nèi)被迫暫時停止施工。

涌水影響進度主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）鉆孔時，大量涌水從炮孔涌出，裝藥時，藥卷多次被涌水沖出，從而增加了裝藥時間。

（2）涌水造成路面局部段落大量積水，造成小型車輛無法通過，只能通過裝載機運送人員、材料至掌子面施工，延誤了大量施工時間。

（3）涌水延長了各工序銜接時間，測量開挖、出碴、排險、支護等工序間均夾雜了掌子面抽排水工序，而且所需時間不固定，造成各工序不能及時銜接。

3.3 埋深較大，排水難度大，影響進度

秦嶺0-1隧洞支洞全長1513m，支、主洞交匯段高程536.73m，洞口高程695m，排水揚程達(dá)160m。洞內(nèi)設(shè)置了五級大型泵站，對洞內(nèi)涌水進行逐級抽排。Ф400排水管道總長度達(dá)4500m，配置了200kw水泵4臺、160kw水泵12臺、132kw水泵2臺、11kw水泵16臺、7.5kw水泵32臺，水泵總功率達(dá)3400kw。為了解決排水電力不足的問題，先后3次對變壓器進行增容，目前現(xiàn)場變壓器總?cè)萘扛哌_(dá)4050KVA，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出其他施工單位，每月電費基本為47萬元～55萬元，成為施工單位最大的一項費用支出。

涌水情況的頻頻發(fā)生，且涌水衰減速度緩慢，洞內(nèi)涌水點逐漸形成常流水，對洞內(nèi)抽排水系統(tǒng)造成極大壓力[1]。在面臨大量涌水的同時，各級水泵長時間不間斷運行產(chǎn)生了極大磨損，水泵維修保養(yǎng)頻次也大幅增加，延長了抽排水時間，進而影響了施工進度。秦嶺隧洞各工區(qū)變壓器容量、抽水量及水價見表1。

表20 -1號主洞通過斷層一覽表

表3 秦嶺隧洞0-1號主洞下游隧洞設(shè)計圍巖類別表

3.4 電網(wǎng)供電不穩(wěn)，影響進度

由于電網(wǎng)供電不穩(wěn)定，斷電次數(shù)頻繁，常常因為停電導(dǎo)致工作面被水淹沒。2015年因電力局檢修、碴場高壓線改等原因累計停電5次，共計27小時。每次電力供應(yīng)恢復(fù)后都要花至少三倍的時間用于抽排水后才能正常施工，嚴(yán)重影響了施工進度。

3.5 抽排水系統(tǒng)因素，影響進度

秦嶺0-1號洞支洞原有兩條Ф400排水管道，排水能力在30000m3/d～31000m3/d。6月19日掌子面發(fā)生突發(fā)性大涌水后，總最大涌水量達(dá)到41000m3/d～42000m3/d，遠(yuǎn)超出管道排水能力，導(dǎo)致主洞下游水位持續(xù)升高，現(xiàn)場被迫停止施工。主洞下游原排水系統(tǒng)為多臺小泵逐級抽排，能夠滿足施工需要，但抽水強度大，水泵故障頻發(fā)，造成抽水效率低，成本大，且無法保證一旦出現(xiàn)大涌水后的施工安全[2]。

4 下游剩余開挖段落地質(zhì)條件

0-1號主洞下游尚未開挖段為K15+659～K16+934.226，長度1275.226m，屬于巖溶裂隙水強富水區(qū)（Ⅰ）。對0-1號主洞下游未開挖段的涌水量進行預(yù)測：該段隧洞正常涌水量15325m3/d，可能出現(xiàn)的最大涌水量30650m3/d。此段處于秦嶺褶皺系中的南秦嶺印支褶皺帶，褶皺發(fā)育。區(qū)內(nèi)發(fā)育兩條斷層:

（1）f4:為一逆斷層，斷層產(chǎn)狀N80° E/30°～50°S，斷層帶物質(zhì)主要為碎裂巖，斷層破碎帶寬度約50m。

（2）玉皇廟－陳家壩斷層（f5）：斷層?xùn)|西延伸約24km，為一南西方向傾斜的正斷層。斷層產(chǎn)狀N75°～80°W/70°S，斷層帶物質(zhì)主要為碎裂巖、斷層角礫及少量斷層泥，斷層破碎帶寬度約100m。0-1號主洞通過斷層情況見表2。

0-1號主洞尚未開挖段巖性為大理巖，受地質(zhì)構(gòu)造作用影響,節(jié)理裂隙發(fā)育，大理巖線狀溶隙和溶洞較發(fā)育，該地層地表調(diào)查發(fā)現(xiàn)有8處溶洞，其大小程度各地不一，小者僅為幾十厘米，大者1m～2m，最大可見深達(dá)8m左右，寬5m，高2m，其中2個為有水溶洞，后溝上游有水溶洞測得流量約700m3/d，在下游有水溶洞測得流量320 m3/d～774m3/d。嶺南發(fā)現(xiàn)的3個下降泉，均出露于大理巖地層中，其中有2處泉水流量較大，流量分別為254m3/d及870m3/d。隧洞設(shè)計劃分圍巖類別詳見表3。

5 下一步施工采取的措施及實施效果

5.1 保證措施

針對秦嶺0-1號洞項目面臨的困難，研究制定了“超前預(yù)報、超前減排、以排為主、排堵結(jié)合，克服困難，拼搶進度”的方針。

（1）增加超前水平鉆。新調(diào)入CCM600潛孔鉆1臺，鉆孔直徑80mm，最大鉆孔深度40m。在類似富水區(qū)域開挖施工前，根據(jù)超前預(yù)報分析，在掌子面施作超前探水孔，根據(jù)涌水水壓、水量等情況適當(dāng)調(diào)整探水孔數(shù)量及位置，超前水平孔深度30m，對掌子面前方的富含水圍巖進行減壓、排水，杜絕大量涌水的異常情況發(fā)生，保證施工安全。實施一次超前水平鉆孔減排措施，基本可以保證10d左右的施工不受涌水影響。

（2）增加洞內(nèi)排水設(shè)備，提高排水能力。強有力的排水措施是保證施工的前提。施工單位要保證電力供應(yīng)，配置足夠的抽排水設(shè)備，及時增加管路，備足抽水設(shè)備，加強抽排水管理，隨水排水、及時排水、杜絕因為涌水可能產(chǎn)生的施工場面被淹現(xiàn)象的發(fā)生。

（3）增加注漿堵水。對已開挖完成涌水段落，按照設(shè)計堵水方案進行24小時不間斷徑向注漿堵水，股狀涌水進行局部注漿，對較大范圍的面狀滲水采取徑向注漿堵水措施，盡最大限度的減少排水壓力[3]。對于開挖的涌水特殊段落，可采用帷幕注漿堵水措施，繼而達(dá)到降低排水成本的目的，也為后期的二襯施工創(chuàng)造良好的條件。

（4）加強地質(zhì)超前預(yù)報，做好應(yīng)急預(yù)案。針對0-1的特殊地質(zhì)情況，設(shè)計單位加大地質(zhì)超前預(yù)報的頻次，為施工做好參謀，提供良好的技術(shù)服務(wù)，對可能發(fā)生的涌水施工單位要根據(jù)預(yù)報做好應(yīng)急預(yù)案[4]。今年，設(shè)計單位對主洞下游進行物探預(yù)報TSP2次，紅外探水2次，地質(zhì)雷達(dá)1次，較準(zhǔn)確預(yù)測了巖體完整程度、圍巖穩(wěn)定性及基巖裂隙水出露情況。

5.2 實施效果

施工單位對現(xiàn)場電力進行了擴容，增設(shè)了發(fā)電機組和電纜，保證了施工用電；支洞和主洞分別增加了一條Ф400排水管道，主洞新增了一個5#水倉，大大增加了排水能力；對大的股狀、面狀涌水段落，按照設(shè)計要求進行徑向灌漿，大大減少了涌水量。同時按照設(shè)計地質(zhì)超前預(yù)報和增加水平鉆措施較好的掌控了掌子面前方的地質(zhì)條件，提前采取施工措施，保證了隧洞的的施工安全和正常開挖。目前，秦嶺隧洞0-1號洞工程Ⅲ類圍巖開挖日進尺7m，Ⅳ類圍巖開挖日進尺5m，說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進度。

6 結(jié)語

本文根據(jù)秦嶺隧洞勘測設(shè)計成果和工地現(xiàn)場實際情況，從0-1號主洞施工過程中遇到的圍巖變化、涌水頻發(fā)、排水難度大、大埋深、供電不穩(wěn)定等五個方面分析等五個方面分析了上半年進度滯后的原因，通過對主洞下游剩余段落的斷層、涌水、圍巖變化等地質(zhì)條件分析，研究制定了“超前預(yù)報、超前減排、以排為主、排堵結(jié)合，克服困難，拼搶進度”的方針，從而使施工單位在下一步的施工中提前掌控前面的地質(zhì)情況，采取施工措施，保證了隧洞的的施工安全和進度。陜西水利

[1]黃成光.公路隧道施工.[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2]周軍偉.白云隧道突水、突泥段施工技術(shù).[J].隧道建設(shè)，2011，No4，Vol31.

[3]王之三.木沖隧道涌水帶帷幕注漿設(shè)計與施工.[J].四川建筑，2006，（5）：70.

[4]李立民.秦嶺隧洞突泥涌水段處理措施研究. [J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2014，S1.

（責(zé)任編輯：唐紅云）

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