隧道超挖的地质因素分析

广西百色水利枢纽导流隧洞工程

造成洞室超挖的地质因素分析

刘伟邦张百臻

（隧道局一处七公司）（黄河水利委员会地质处高工）内容提要：本文对广西百色水利枢纽导流隧洞工程在施工过程中造成洞室超挖量达19514m3的地质因素进行了详细的分析，并据此向业主提

出了3707225.59元的索赔报告。

关键词：洞室超挖地质因素

一、工程概况

1. 工程概述

广西百色水利枢纽位于广西右江干流百色市上游22km处，是一座集防洪、发电、航运、灌溉、供水等于一体的综合性水利工程，由一条导流隧洞、碾压砼大坝（高130m）、地下发电厂房（装机540Mw）、两座副坝（高30~50m）、一条航道等单位工程组成。导流隧洞位于右江右岸，是右江百色水利枢纽的关键工程、难点工程。

本合同编号为BS98006，业主为广西右江水利开发有限责任公司（简称YWP）；工程监理为小浪底工程咨询有限公司百色项目监理部（简称XBCC）；

设计单位为广西水利电力勘测设计研究院（简称GIDI）；施工单位为铁道部隧道工程局与中国水利水电闽江工程局联营体（简称SMJV），隧道局为责任方，负责导流隧洞开挖及初期支护工作，闽江局为非责任方，负责导流隧洞的二次衬砌工作。

2. 设计概况

导流隧洞工程主体部分由进口明渠、进水塔、洞体、Ⅳ#沟明管段和出口

明渠组成，其总长度828m；施工辅助工程有一条施工交通支洞、二条排水洞等，施工交通支洞总长度126m，排水洞总长度287.77m。

导流隧洞为承压（水压力）洞体，其衬砌后的净空形状，除进口K0+000~K0+025段由方形渐变成圆形外，其余地段均为圆形（直径13.2m）。

主洞支护分三大类九种形式，即A、B、C三类和A1、A2、A3、B1、B2、C1、C2、C3、C4九种形式，其中A类适用于Ⅱ～Ⅲ类围岩；B类适用于Ⅳ类围岩；

C类适用于Ⅴ类围岩。

3.工程地形

导流隧洞进口位于坝轴线上游约200m处，隧洞穿过坝肩山梁和Ⅳ#沟，出口位于Ⅴ#沟口。沿导流洞轴线，坝肩山梁地面最大高程195m，Ⅳ#沟沟底高程134m，进口明渠段地面高程121m，出口明渠段地面高程为130~140m。

4. 工程地质

导流隧洞穿过三个主要工程地质岩组，即坚硬的辉绿岩组、中等坚硬~坚硬的硅质岩及灰岩类组和软弱的泥岩类岩组。辉绿岩体风化浅，沉积岩体风化

较深。隧洞沿线主要构造有层间挤压断层F9

、、F10、F20等共8条，以顺层或微切层错动为主，规模较小。

5.水文地质

导流隧洞所处地域的地下水位高于河水位，除进出口段外，水位线基本在洞体以上，地下水流向与岩层走向大致相同，层与层之间的水力联系，除风化层较为顺畅外，其余较弱。

6.施工概况

导流隧洞洞身主体工程2000年1月24日正式开工，克服了种种于施工不利的自然地质条件，于2001年3月9日全线贯通，历时12.5个月，主洞洞挖石方总量为16.2万立方。共完成导流隧洞洞身开挖828m，其中明挖16m，洞挖812m。施工方案采用上、下全断面法开挖。上半断面开挖时，对Ⅱ~Ⅲ类围岩采用全断面、光面爆破开挖；Ⅳ类围岩采用中洞法开挖；Ⅴ类围岩采用预留核心土环形开挖。下半断面开挖时，对Ⅱ~Ⅲ类围岩采用全断面、光面爆破开挖；Ⅳ、Ⅴ类围岩采用中间拉槽，两边错位开挖。根据开挖实际揭露的围岩条件，结合现场的具体施工情况确定，导流隧洞Ⅱ~Ⅲ类围岩342m，占导流隧洞总长的41.3%；Ⅳ类围岩103m，占12.44%；Ⅴ类围岩383m，占46.26%。

由于存在极不利的自然地质条件，在施工过程中，虽采取了积极有效的措施，并不断随地质条件的变化调整施工方案，优化爆破设计，精心组织施工，但仍形成了较大的超挖，根据量测断面计算，超挖总量达19514m3。

二、形成洞室超挖的主要因素

1、概述

地形上沟谷比较发育，在近出口两端为缓倾河谷的两条较单薄山梁，中间为一低洼的4#沟谷，沿纵轴方向呈“马鞍状”。洞顶地面最高高程为221.7m，高出右江枯水位102m左右，最低点4#沟底，高程140m左右，高出右江水位约21m。

洞顶以上岩土覆盖厚度，等于大于5倍洞径的洞段长约310米（K0+340~0+650），占全洞长的37.4%；覆盖厚度2.5~3.5倍洞径的洞段长418~420m，占50~51%；覆盖厚度等于或小于1倍洞径的洞段长约占11~12%。可以看出60%以上洞室属于中~浅埋深围岩，稳定性不仅受岩性、构造的制约，还受风化卸荷等外营力的直接影响。

2 对洞室的超挖影响因素可归结为以下几方面：

2.1 岩性和岩体强度

全洞段按岩石成因和岩体工程地质特征可分为两类：

2.1.1 岩浆岩

为华力西期呈岩床式分别在４#、5#沟右侧（K0+103~0+250；K0+524~0+828）。侵入于上泥盆系和下石炭系之间或二者的接触面之间的基性岩，总长度约450m，占洞长的50%强。岩性为灰—灰绿色辉绿岩，主要矿物为透灰石、斜长石，次要矿物为角闪石、橄榄石。新鲜岩石坚硬性脆，天然状态下单轴抗压强度在200Mpa左右，属极坚硬的均质块状、次块状结构岩体，但岩体强度除与岩石强度有关外，很大程度上还和构造、风化卸荷、蚀变及节理裂隙的发育程度和割切密度等因素有直接关系。经开挖可以看到，本地区辉绿岩体受构造挤压错动较严重，节理裂隙发育，尤其是似层面的较缓倾角裂隙甚发育，且密度大；另一方面受风化卸荷，蚀变影响较深，岩体块度小，钻孔资料也可说明这一点，不少钻孔在灰绿岩中岩芯获得率很低，大于80%的较少。RQD质量指标更低，很少有50%以上的，一般在20%~37%左右，平均28%左右。应属坏~极坏岩体。纵波波速在中等~微风化岩体中一般为3500~5500m/s。波形变化大，局部有3000 m/s，呈大锯齿状，二者明显不匹配。其主要原因，可能是隐、微裂隙发育，反映出纵波速度较高，一旦岩体受扰动后便沿微裂隙开裂造成RQD值偏低。从洞室开挖中也可看到岩石块度大多数在30cm3以下，大于50 cm3的岩块不多。主要是开挖扰动影响围岩应力重新分布，风化卸荷以及构造残余应力释放等因素使隐微裂隙张开或加大，形成岩体较破碎，促使岩体强度降低，形成局部掉块，坍塌失稳造成超挖。

2.1.2 沉积岩

洞身沉积岩为泥盆系上统榴江组层状粘土岩，化学岩类，包括硅质岩、硅质泥岩、泥岩、泥质灰岩等，根据不同岩性、结构、构造分为D3L1~D3L1010个岩性层。进口段（K0+000~0+103）分布D3L1~D3L3三个岩性层：为黑色，灰黑色薄层~中厚层含黄铁矿晶体的硅质泥岩、硅质岩夹极薄层硅质岩、炭质泥岩，长约100m；4#沟~5#沟之间（K0+250~0+524），分布D3L4 ~ D3L107个岩性层，岩性比较复杂，有硅质岩、硅质泥岩、泥岩、和泥质灰岩、炭质泥岩等，岩层厚薄不等，岩石软硬差别大，岩体强度不均一。该段长度270m左右。两段合计长度近380米，占洞线长度的46%左右。

泥盆系上统榴江组的主要特征：为泥质和化学结构的薄层、极薄层、中厚层偶夹厚层的层状构造，岩层层理、节理极发育，岩石随矿物成分和胶结物的不同，表现在岩石软、硬差别很大，抵抗构造、风化、水溶解的能力也大不相同，因而表现