水利工程深埋长隧洞主要地质问题的分析与评价

水利工程深埋长隧洞主要地质问题的分

析与评价

摘要：随着我国基础设施建设高速发展，深部施工成为发展趋势，为我国基

础设施建设的不断完善贡献力量。随着人类的认知和技术水平的不断提升,深埋

长隧洞在水利水电、铁路、公路等各类大型工程中迅速发展,而在隧洞实施过程

中常伴随发生岩体塌方、围岩变形、突涌水、岩爆、高地温及放射性等各类地质

灾害。

关键词：水利工程;深埋长隧洞;主要地质问题

引言

科学技术的快速发展推动我国提前进入现代化发展阶段，给予了我国各行业

新的发展空间和发展机遇。在水利工程建设中，深埋长隧洞通常为整个项目的关

键工程,难度大、投资高、工期长,它的贯通也事关整个项目的顺利实施。

1深埋长隧洞主要地质问题分析

1.洞室挤压变形，深埋隧洞开挖前应力处于平衡状态,开挖后,初始应力平衡

状态被打破,应力重分布,岩石向洞室空间挤压变形,直至再平衡,若挤压变形超过

了围岩本身所能承受的能力,便会产生破坏。不同强度的岩石,围岩破坏形式存在

一定的差异,硬质岩多为结构面组合形成不利的掉块、坍塌、塌落等;软质岩围岩

可能产生较大塑性变形或破坏,在高地应力下,有可能产生大变形和长期流变,地

质问题难处理。2.岩爆，岩爆是高地应力环境下地下工程开挖过程中容易产生的

一种突发性地质灾害。在新鲜、完整、坚硬的岩体深部开挖洞室时,围岩以剥落、弹射方式突然飞出和剧烈破坏,并伴随声响,这种现象称为岩爆。岩爆的发生受到

岩性、构造、地下水、围岩类别、岩体结构、洞室跨度等条件控制,主要发生在

岩体完整性好、无地下水、较干燥、岩质坚硬致密的围岩中。3.突涌水，地下工

程围岩涌水是影响施工进度和造成工程事故的主要工程地质问题。当地下洞室或

隧洞穿过地下水富水层、汇水构造、强透水带、与地表溪沟及库塘有水力联系的

透水层、断层破碎带、岩溶通道或采空区等部位时,大量地下水突然涌进洞室。

大多情况下,地下水的大量涌出,造成断层带物质、岩溶充填的泥及碎石等一起涌

进洞室,导致灾害发生及给施工带来困难。

2水利工程深埋长隧洞主要地质措施

2.1正断层错动下的输水隧洞动力响应

1.隧洞衬砌拱顶和拱底竖向位移在断层错动施加下,不同断层错动量、断层

宽度和断层粘聚力对隧洞衬砌拱顶和拱底竖向位移影响基本相同。断层破碎带部

分衬砌竖向位移发生突变,上盘部分衬砌竖向位移变化缓慢,下盘部分衬砌位移较小,几乎未变形。2.衬砌受压和受拉损伤能直接反映结构体系的破坏程度。衬砌

极易在断层破碎带部位及其与上、下盘接触部位出现损伤,且衬砌的拱肩和拱腰

为衬砌结构的薄弱部位,极易出现张拉裂缝导致衬砌整体功能失效。3.在不同断

层错动量、断层宽度及断层粘聚力下随正断层错动,衬砌在断层破碎带部位出现

DS3严重破坏行为,极个别部位出现DS4完全损伤破坏,在同类隧洞工程的施工管

理运行中要引起重视。

2.2技术要求

例如某工程喷射混凝土前，应用水或高压风将套拱模板的粉尘及杂物冲洗干净。喷射作业应以适当厚度分层进行，后一层喷射应在前一层混凝土终凝后进行。若终凝后间隔1h以上且初喷面已蒙上粉尘时，应用高压风或水清洗干净。岩面

有较大凹洼时，应结合初喷予以找平。喷射时插入长度比设计厚度大5cm的铁丝，每1.0-2.0m设1根，作为喷射厚度控制标志。突然断水或断料时，喷头应迅速

移离喷射面，严禁用高压风、水冲击尚未终凝的混凝土。作业完成后，喷射机和

输浆管内积料应及时清除干净。喷射混凝土用混合料应随拌随喷，回弹物不得再

次作为喷射混凝土用料。一次喷射厚度为50mm，首次喷射混凝土着重填平补齐，

将坡面喷平顺，后一层喷射应在前一层混凝土终凝后施工。喷射混凝土终凝2h

后，应做好养护工作。混凝土满足设计强度后，方可开始管棚钻孔、进洞开挖、

支护等后续施工。

2.3穿越围岩破碎带水工隧洞加固方案设计

选择科学合理的开挖和加固工程方式，对保证地下洞室工程的施工安全具有

重要意义。例如以某工程为背景，利用数值模拟的方法对不同施工加固方案进行

分析评价。根据计算结果，建议在工程设计和施工中综合采用超前帷幕注浆、超

前小导管和砂浆锚杆加固措施，可以获得一定的安全系数冗余量，能够保证工程

施工的顺利进行。与施工中的监测数据对比显示，模拟计算结果具有良好的精度，可以为相关类似研究提供一定的支持和借鉴。当然，此次研究没有就其他施工工

法对隧洞稳定性的影响展开研究，在今后需要在该领域做进一步的深入探索，以

便为富水破碎岩地下洞室工程施工提供有力的支撑。

2.4地质监控量测

在水利隧洞围岩初期支护中，地质监控量是现代化隧洞喷锚施工的主要内容，更是新奥法复合式衬砌支护的核心技术，通过监控量测，既能实时掌握围岩的动态，保证施工的安全性，还能获得围岩动态支护状态信息，为修正初期支护参数，调整施工方案等提供真实有效的数据，以保证水利隧洞围岩支护工作能够高效、

安全、的开展。

2.5地质雷达与激光扫描的隧道检测

1.静定式三维激光扫描，静定式三维激光扫描仪通过水平面和竖直面的扫描

实现360°隧道全方位扫描，而隧道大部分都是线状结构，要完成整个隧道的测

量需要进行多个站点的布测。测点间距会影响扫描精度，当测点间距过大时，在

测点边缘处的激光入射角将过大，点云密度将过低，这既不利于后期隧道建模，

也不利于各测点间的点云配准；当测点之间距离过小时，虽然能保证点云的密度

和扫描的精度，但是增加了测量时间和数据体量。因此，合理设计各测点的间距

对后期数据处理及隧道病害识别至关重要。测点间距与隧道的最大直径及激光入

射角有关，建议将测点之间的间距设置为隧道最大直径。由于当入射角大于65°

的时候，激光扫描的误差急剧增大，所以建议根据隧道的具体情况将测点间距设

置为1-2倍的隧道直径。2.移动式三维激光扫描，移动式三维激光扫描技术是近

些年发展起来的一种新的综合测量技术。它是一种集多种技术为一体的综合检测