趙國(guó)斌，程向民，孫旭寧

(1.中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司 勘察院，天津 300222;2.武警水電部隊(duì) 第七支隊(duì)，江西 南昌 330103)

0 引言

高地溫是深埋長(zhǎng)隧道工程的一種地質(zhì)災(zāi)害，一般認(rèn)為當(dāng)隧洞內(nèi)氣溫達(dá)到28℃時(shí)，施工中就要采取適當(dāng)?shù)慕禍卮胧?。如瑞士圣格達(dá)公路隧洞規(guī)定，洞內(nèi)氣溫達(dá)到28℃即停止掘進(jìn)，采取降溫措施。當(dāng)溫度超過(guò)35℃、濕度超過(guò)80%時(shí)，會(huì)對(duì)作業(yè)人員的健康和安全產(chǎn)生嚴(yán)重危害，使機(jī)械設(shè)備效率降低、故障增多和勞動(dòng)生產(chǎn)效率下降。

由溫泉引起的高地溫問(wèn)題在日本隧洞工程中較為常見。如新清水隧道，全長(zhǎng)為13.49 km，最大埋深約1 200 m，采用鉆爆法施工，全洞有溫泉涌出的地段長(zhǎng)約1 km，工作面氣溫一般為26～32℃，地溫為29～35℃。針對(duì)高地溫問(wèn)題，隧洞施工方在可能存在高地溫的地段進(jìn)行了超前勘探，水平超前鉆孔深20 m，主要目的是探查有無(wú)溫泉。施工措施方面，在可能地段進(jìn)行化學(xué)灌漿，在高地溫洞段采用了加強(qiáng)通風(fēng)、工作面灑水等降溫措施;另外，在覆蓋層厚度不大處開挖通風(fēng)豎井，使得工作面條件得到顯著改善。由于實(shí)際揭露的高地溫隧洞工程實(shí)例較少，因此，這方面的研究表現(xiàn)的極為不足。

本文介紹了齊熱哈塔爾水電站引水隧洞施工過(guò)程中出現(xiàn)的高地溫現(xiàn)象，并簡(jiǎn)要介紹了施工過(guò)程中采取的措施。

1 引水隧洞工程概況［1］

齊熱哈塔爾水電站位于中國(guó)新疆喀什地區(qū)，地處喀喇—昆侖山區(qū)，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，距工程300 km 范圍內(nèi)有發(fā)震斷裂。

引水隧洞全長(zhǎng)15.639 km，最大埋深達(dá)1 720 m，大多數(shù)洞段圍巖為較完整的片麻狀花崗巖，地應(yīng)力高，地下水貧乏，易于熱量積聚，且不利于散失。地溫梯度一般為2～2.5℃/100 m，QZK14 孔、QZK45 孔地溫梯度顯著異常，分別達(dá)11℃/100 m 和8.1℃/100 m。另外，在隧洞附近發(fā)現(xiàn)有溫泉活動(dòng)，水溫達(dá)62℃。中水北方公司勘察報(bào)告結(jié)論:圍巖溫度超過(guò)28℃洞段累計(jì)長(zhǎng)度超過(guò)5 km，部分洞段地溫可能高達(dá)60℃左右。因此，隧洞高地溫問(wèn)題非常突出。

2 引水隧洞高地溫特征

文獻(xiàn)［2］中描述了引水隧洞施工過(guò)程中的高地溫出露情況，主要表現(xiàn)為:

(1)洞壁巖體溫度高。自樁號(hào)Y7 +100 起，開挖后洞壁和掌子面溫度達(dá)到35℃，空氣溫度達(dá)到30℃。樁號(hào)Y7 +100～Y8 +000 總長(zhǎng)900 m 洞段范圍內(nèi)溫度呈現(xiàn)出逐漸增高的趨勢(shì)，最高達(dá)到72℃。

(2)裂隙或斷層出水的水溫高。樁號(hào)Y10 +400洞段，沿裂隙滴水或線狀流水，水溫一般在45℃以上。

(3)沿裂隙或斷層帶噴蒸汽。樁號(hào)Y8 +038～Y8+110 洞段發(fā)育4 條斷層，斷層產(chǎn)狀NW320°，傾SW，傾角近直立，寬度一般在0.5～1 m 之間，與洞線走向垂直，對(duì)洞壁穩(wěn)定影響不大，但有蒸汽自斷層噴出，有一定壓力，且溫度極高，蒸汽溫度最高達(dá)到172℃，實(shí)屬罕見。

(4)空氣溫度高。巖壁溫度高的洞段，空氣溫度高于28℃，按標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)程規(guī)范規(guī)定達(dá)到高地溫的限值。

3 引水隧洞高地溫的影響

洞內(nèi)溫度超過(guò)30℃時(shí)，對(duì)施工會(huì)造成極大的影響，一般包括:

(1)洞內(nèi)溫度高，濕度大，工人容易中暑，設(shè)備在高溫環(huán)境下效率降低極大，從而導(dǎo)致施工效率大大降低。

(2)掌子面巖體溫度高，最高達(dá)到92℃，在此溫度下，爆破用乳化炸藥極易融化，從而造成補(bǔ)炮現(xiàn)象頻繁;另外，在巖體溫度超過(guò)55℃時(shí)，使用普通硝銨炸藥會(huì)產(chǎn)生膨脹，導(dǎo)爆管將產(chǎn)生不可恢復(fù)變形，將出現(xiàn)啞炮或炸藥失效的情況，造成極大的安全隱患，嚴(yán)重影響開挖進(jìn)度。

(3)高溫?zé)崴膰姙R危害，在斷層高溫帶往往伴隨有地下溫泉，一旦發(fā)生大流量高溫?zé)崴?，?duì)人體和機(jī)械都將產(chǎn)生極大的危害。

(4)影響測(cè)量精度。溫度對(duì)測(cè)量?jī)x器的影響是比較大的，在高溫情況下，濕度較大，測(cè)量?jī)x器在放線時(shí)易產(chǎn)生誤差。

(5)影響一次支護(hù)質(zhì)量。本工程中高地溫洞段有時(shí)會(huì)發(fā)生巖爆，洞壁溫度高，因?yàn)閲娀炷潦潜”诮Y(jié)構(gòu)，巖壁溫度過(guò)高，會(huì)將噴混凝土的水分蒸發(fā)掉，在其初凝前硬化。樁號(hào)Y7 +700 洞段出現(xiàn)了巖爆區(qū)防護(hù)采用噴射混凝土失效的現(xiàn)象。

上述分析認(rèn)為，高地溫洞段對(duì)隧洞的影響主要集中在施工過(guò)程，而對(duì)于隧洞貫通后的襯砌混凝土質(zhì)量以及運(yùn)行期冷熱循環(huán)條件下襯砌混凝土的耐久性尚需展開研究。

4 引水隧洞高地溫洞段施工措施

4.1 高地溫洞段超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

現(xiàn)場(chǎng)施工揭露情況表明，高溫氣體沿小規(guī)模斷層噴出，斷層寬度在0.3～0.8 m 之間，走向與洞室走向近似垂直，因此，建議超前地質(zhì)預(yù)報(bào)應(yīng)以判斷前方巖體完整性為主要目的，采用超前水平鉆探和TSP201 系統(tǒng)探測(cè)相結(jié)合的方式進(jìn)行。

(1)超前水平鉆探:在掌子面中心進(jìn)行水平鉆探以判斷前方巖體的完整性，水平鉆孔距洞底1.5 m，最大進(jìn)尺20 m，鉆探過(guò)程中記錄鉆進(jìn)速度、是否卡鉆等現(xiàn)象。

(2)TSP201 系統(tǒng)探測(cè):采用TSP201 系統(tǒng)預(yù)測(cè)掌子面前方的巖體完整性，預(yù)測(cè)距離100 m。

實(shí)際過(guò)程中，超前水平鉆探由于其直觀、高效，最主要的是不受洞內(nèi)高達(dá)50℃以上空氣溫度的影響，避免了TSP201 系統(tǒng)受高溫影響造成的預(yù)報(bào)誤差，因此，在本工程高地溫洞段施工過(guò)程中以超前水平鉆探的方式完成超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。

4.2 高地溫洞段施工措施

(1)灑水降溫。在巖壁溫度低于50℃的洞段，采用向洞壁和掌子面噴灑涼水的方式使溫度有效降低，但在巖壁溫度超過(guò)50℃的洞段，涼水容易霧化，反而增加了洞內(nèi)的濕度，產(chǎn)生悶熱的感覺。

(2)加強(qiáng)通風(fēng)。通風(fēng)量的大小和風(fēng)速對(duì)使洞內(nèi)空氣溫度大幅度降低。如在樁號(hào)Y7 +800 洞段，掌子面開挖后巖壁溫度已達(dá)到72℃，空氣溫度保持在65℃，采用蓋亞風(fēng)機(jī)對(duì)洞內(nèi)加大通風(fēng)量，并增加風(fēng)速，空氣溫度基本保持在40℃左右;降低溫度的同時(shí)對(duì)洞內(nèi)空氣溫度也得到凈化，并降低了空氣濕度。

(3)冰塊降溫。本工程中采用冰塊降溫的方式起到了一定的效果，通過(guò)將冰塊放置在通風(fēng)口，使冰塊融化吸熱，并將冷空氣加速循環(huán)，使得洞內(nèi)溫度得到有效的降低，缺點(diǎn)是需要建造制冰系統(tǒng)，并保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行的費(fèi)用較高。

(4)必要時(shí)要采用耐高溫炸藥和其他火工材料，以避免因啞炮造成安全問(wèn)題。

(5)對(duì)高地溫洞段加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，采用超前地質(zhì)鉆探和物探技術(shù)驗(yàn)證前方地質(zhì)條件，避免因巖體不完整而造成高溫地下水的涌出，在本工程中要注意高溫氣體的噴出。

5 小結(jié)

齊熱哈塔爾水電站引水隧洞是目前施工難度較大，高地溫問(wèn)題最為嚴(yán)重的工程之一，施工中揭露的高地溫情況非常具有代表性，其以蒸汽的方式從裂隙或斷層中噴出的現(xiàn)象極為罕見。因此，對(duì)其成因及對(duì)工程的影響需進(jìn)一步研究。另外，高地溫洞段施工方法和襯砌方式也是值得探討的。本工程的高地溫現(xiàn)象為其他地下工程施工具有非常重要的指導(dǎo)意義。

［1］中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司勘察院.齊熱哈塔爾水電站初步設(shè)計(jì)階段工程地質(zhì)勘察報(bào)告［R］.天津:中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司勘察院，2011.

［2］趙國(guó)斌，程向民.齊熱哈塔爾水電站引水隧洞高地溫問(wèn)題研究［J］.現(xiàn)代隧道技術(shù)(增刊)，2012，49:264－265.