李立民

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司，西安 710043)

秦嶺隧洞椒溪河段工程地質條件及涌水特征分析

李立民

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司，西安 710043)

隧洞突涌水是山嶺隧洞施工中遇到的主要地質災害之一。秦嶺隧洞下穿椒溪河段，隧洞埋深淺，巖性以大理巖為主，斷裂構造發(fā)育，形成良好的富水區(qū)，隧洞穿越時發(fā)生3次大的突涌水現象。施工中先期安排地質超前預報，再實施超前水平鉆孔進行驗證，并利用超前水平鉆孔進行雙液漿預注漿。最終采用多種注漿形式對洞內突涌水進行處理，洞外河床修筑擋水圍堰及防滲墻有效減少了洞內涌水，確保秦嶺隧洞順利通過椒溪河段落。

秦嶺隧洞；地質超前預報；涌水

1 概述

近年來我國工程建設中長大隧道的突水、涌水風險明顯增加，隧道通過的構造斷裂帶、巖溶發(fā)育區(qū)突水涌水等問題比較突出。隧道涌水的圍巖介質以裂隙型和裂隙巖溶型為主，在滲透性能方面具有強烈的非均質性和各向異性，表現為突水方位不確定，突水量大，水壓力強，涌水量衰減緩慢，持續(xù)時間長等，威脅隧道施工的安全，嚴重者造成巨大的經濟損失。

秦嶺隧洞是陜西省引漢濟渭工程的重點工程， 為規(guī)劃的陜西省內南水北調跨流域調水工程之一，全長81.779 km。該隧洞位于秦嶺西部山區(qū)，橫穿秦嶺山脈，區(qū)內山峰高聳，溝壑縱橫，最高海拔為2 705 m。隧洞通過椒溪河段K2+685～K2+962時突涌水問題突出。

2 工程地質條件

2.1 自然地理、氣象及水文

隧洞通過的椒溪河段位于秦嶺嶺南中低山區(qū)，地形起伏，相對高差600～700 m，多年平均氣溫13 ℃。椒溪河為漢江支流子午河的支流，為常年流水，水量較大，水量隨季節(jié)性變化較大，夏季有山洪爆發(fā)，主要受大氣降水補給(圖1)。

圖1 隧洞工程區(qū)水系分布

2.2 地層巖性

椒溪河段揭露地層巖性主要為下古生界志留系中統(tǒng)斑鳩關組(S2b-m)大理巖、石英片巖等(圖2)。

圖2 隧洞通過椒溪河段地質剖面

2.3 地質構造

隧洞通過椒溪河段大地構造單元上位于秦嶺造山帶之商丹斷裂帶和勉略巴山弧形斷裂構造所夾持的南秦嶺構造帶，是秦嶺造山帶的蜂腰部位，經過多期次構造、巖漿等地質事件的疊加和改造，形成了現今復雜的構造格局。隧洞椒溪河段自南向北依次揭露，見表1。

(1)三河口-十畝地斷層(fs2)：斷層走向在N40°～60°W(30°～50°)范圍內，斷層帶物質主要為斷層角礫及斷層泥，斷層帶寬度50～100 m。

(2)秧田壩-十畝地斷層(fs3)：早期為韌-脆性剪切帶的繼承性斷層。斷層走向多在N50°～75°W(15°～40°)范圍內，向南或向北陡傾(55°～80°)，斷層帶物質主要為斷層角礫及斷層泥，寬度30～100 m，在斷層帶有下降泉出露。

表1 秦嶺隧洞椒溪河段斷層特征

2.4 水文地質特征

本段地下水類型主要為巖溶裂隙水、基巖裂隙水和構造裂隙水，富水性中等。巖溶裂隙水主要發(fā)育于志留系中統(tǒng)斑鳩關組大理巖中，基巖裂隙水主要賦存于志留系中統(tǒng)斑鳩關組(S2b-m)石英片巖中，構造裂隙水主要賦存于斷層破碎帶及影響帶中。由于含水介質的各向異性，地下水的補給、徑流、排泄條件十分復雜，主要受地形地貌、地層巖性及斷裂構造的控制。地下水主要接受大氣降水的補給，徑流方向近南北向，排泄方式除以河流、溝谷作線狀排泄外，還以泉點作點狀排泄。

隧洞通過椒溪河段埋深淺(小于20 m)，勘察階段就曾對椒溪河河段做過詳細的地質調查及勘探測試工作。在椒溪河河谷中布置了5個鉆孔，其中4個鉆孔在封閉上部第四系孔隙潛水的情況下，對下部基巖含水層進行了抽水和壓水試驗。

3 綜合超前預報研究

隧洞通過的椒溪河段構造發(fā)育，巖性復雜多變，施工中不可預見因素較多，為保證施工人員及機具安全，及時發(fā)現異常情況，預報掌子面前方不良地質體，實施了綜合地質超前預報工作，見表2。

表2 秦嶺隧洞椒溪河段綜合超前預報統(tǒng)計

4 隧洞涌水特征分析及處理措施

4.1 第一次涌水及處理

K2+677～K2+699段從TSP超前預報物性參數上看，圍巖物性參數波動較大，縱波波速及橫波波速變小，局部有強反射界面或繞射界面。預測隧洞開挖過程中可能有較大基巖裂隙水出露，表現為集中涌水。

2013年2月7日施工開挖至K2+691處，掌子面左側上部發(fā)生小股狀涌水，初期涌水量約1 400 m3/d。2月20日，隧洞開挖至K2+692.5、距下穿椒溪河段約17.5 m處時，爆破后掌子面正中央上部突然出現較大涌水，初期涌水量約11 000 m3/d，隨即采用超前水平鉆孔輔助排水減壓，涌水量隨后有一定衰減，減小至約4 800 m3/d。后來由于大氣降水影響，加之地下水對巖石節(jié)理裂隙中充填物的潛蝕，涌水量最大增至約12 700 m3/d。該段開挖揭示巖性為石英片巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎，圍巖局部不穩(wěn)定，涌水為基巖裂隙水。經在K2+688.5處設止?jié){墻(墻上布置注漿孔)及周邊帷幕注漿處理通過了該段，涌水量維持在200 m3/d左右。

4.2 第二次涌水及處理

K2+699～K2+725段從TSP超前預報物性參數上看，圍巖物性參數波動較大，縱波波速及橫波波速變小，反射界面或繞射界面較多；從紅外探水物性參數上看，沿隧洞軸線方向的6條紅外探測曲線波動較大，掌子面附近紅外場強數值有所降低。綜合分析本段巖體富水性較好，隧洞開挖過程中可能發(fā)生突然涌水現象。

2013年6月15日，隧洞開挖至K2+706.9處，爆破前掌子面炮眼沒水，又在掌子面上部增加了3個超前探孔(5 m)，仍無出水點，爆破后，也無涌水現象。但在出渣過程中，掌子面底部及左側邊墻底部發(fā)生突然涌水，初期涌水量約9 800 m3/d，隨后有一定衰減，后由于大氣降水影響及地下水對巖石節(jié)理裂隙中充填物的潛蝕，7月21日涌水量最大增至約23 600 m3/d。該段開挖揭示巖性主要為大理巖，夾有少量石英片巖，受構造作用影響，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎，圍巖局部不穩(wěn)定，涌水為巖溶裂隙水。

當時正值汛期，通過在隧洞處椒溪河上下游布設水文斷面及洞內涌水量監(jiān)測，對比分析表明隧洞內涌水量隨椒溪河水位突漲有明顯增大趨勢，說明洞內突涌水和椒溪河河水存在水力聯系。為防止由于擾動而導致涌水進一步加大，形成更大的涌水通道，施工中采取局部止?jié){墻結合出水點處堆碴，碴體內部預埋排水管，并安裝DN300閘閥，同時對涌水部位注雙液漿的處理措施，涌水量維持在1 200 m3/d左右。

4.3 第三次涌水及處理

K2+725～K2+752段從TSP超前預報物性參數上看，圍巖物性參數波動較大，縱波波速及橫波波速變小，反射界面或繞射界面密集。預測本段巖體富水性較好，隧洞開挖過程中可能發(fā)生較大突然涌水。

2013年9月16日，隧洞K2+735處施作的9個水平探孔中有5個孔存在不同程度的出水，其中3個孔滿孔出水，施工時按要求進行提前注漿。在檢查孔無出水的情況下，繼續(xù)開挖至K2+738處。此時，左側邊墻上部由少量滲水變?yōu)樯倭考谐鏊⒅饾u增大，隨著沖刷范圍擴大形成涌水通道，涌水量最大增至約18 500 m3/d。該段開挖揭示巖性主要為大理巖，受fs3斷層影響，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，圍巖不穩(wěn)定，涌水為構造裂隙水及巖溶裂隙水；且隧洞涌水量大小隨河水水位漲落變化明顯，表明突涌水和椒溪河河水存在水力聯系。施工時為了減小洞內抽排水壓力，在椒溪河河床上對巖溶裂隙通道口周邊進行開挖，回填黃土修筑簡單防滲墻，并在防滲墻前修筑擋水圍堰。同時，對洞內涌水部位進行灌漿堵水，目前涌水量維持在1 300 m3/d左右。

本次涌水處理過程中，利用超前水平探孔較準確地探明了前方的涌水情況，并提前進行灌漿處理。由于洞內涌水點與河道有一定的連通關系，通過擋水圍堰和防滲墻的修筑，有效地減小了洞內涌水量，使得本次涌水處理時間較前兩次大大減少。地質超前預報結果與施工揭示情況對比見表3。

表3 地質超前預報結果與施工揭示情況對比表

5 結語

(1)隧洞通過椒溪河淺埋段時，巖性以大理巖為主，斷裂構造及節(jié)理裂隙發(fā)育，各種裂隙相互切割成網絡，形成了良好的儲水與導水通道，是造成該段圍巖涌水的主要原因。

(2)采用綜合地質超前預報方法(TSP、地質雷達、紅外探測及超前水平鉆孔)相互補充及印證，能提高地質預測的準確性，降低施工安全風險。

(3)在施工處理中，抓住隧洞涌水主因，根據不同地質條件、水壓和涌水量等實際情況，應采取靈活的注漿堵水處理措施。

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The Analysis of Geological Conditions and Water Gushing in Jiaoxihe Section of Qinling Tunnel

LI Li-min

(China Railway First Survey and Design Institute Group Co., Ltd.， Xi’an 710043， China)

Water inrush is one of the main geological hazards in the construction of the tunnel. Qinling tunnel passes through Jiaoxi River where it is buried shallow in lithology dominated with marble， developed faults and rich water. Big water inrushing occurred three times when tunneling passed the river. To prevent disasters， advanced geological forecast was conducted ahead of construction and horizontal boreholes were drilled for verification. Additionally， pre-grouting was implemented with advanced horizontal drilling. Finally， multiple grouting， the combination of grouting in tunnel and retaining cofferdam and cutoff wall outside the tunnel were applied to minimize water gushing and to guarantee successful tunneling．

Qinling Tunnel; Advanced geological forecast; Water gushing

2015-01-15；

2015-03-12

陜西省科技統(tǒng)籌創(chuàng)新工程計劃項目(2013KTZB03-01-01)

李立民(1969—)，男，高級工程師，工學學士，E-mail：llm185@163.com。

1004-2954(2015)10-0086-03

U452.1+1

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2015.10.020