焦 振 华

(陕西省水利电力勘测设计研究院， 陕西 西安 710001)

1 工程概况

“引汉济渭”二期输配水工程是引汉济渭工程的重要组成部分，承担着将调入关中地区的优质汉江水输送至渭河两岸西安、咸阳、渭南、杨凌4个重点城市、沣西、沣东、空港、秦汉和泾河西咸新区5个新城，周至、鄠邑、长安、临潼、华县、泾阳、三原、高陵、阎良、兴平、武功11个县级城市，以及泾渭工业园区、西安渭北工业园区共21个受水区的关键任务，对于发挥引汉济渭工程总体效益至关重要[1-3]。

“引汉济渭”二期南干线引水工程黄池沟至西安子午水厂段(见图1)，全长69.53 km，主线由引水隧洞、箱涵组成，共布设箱涵2处，长0.6 km；隧洞1座，引水隧洞长68.93 km，且引水隧洞拟采用钻爆法施工[4]。

图1 “引汉济渭”二期引水骨干线黄池沟至西安子午水厂段线路示意图

2 地质环境条件

2.1 地形地貌及地层岩性

“引汉济渭”二期南干线黄池沟至西安子午水厂段所在地形在整体上呈西高东低，南高北低的特征，南干线主要经过秦岭中低山、山前洪积(扇)平原、河谷阶地、黄土台塬(残塬)四个地貌类型。引水隧洞大部分洞段位于秦岭北麓中低山中，长隧洞末端及支洞起点段穿越黄土残塬及山前洪积扇，箱涵、倒虹工程位于山前洪积平原及河谷阶地上[5-6]，工程线路方案地貌单元分布详见表1。沿线地层主要由前震旦系宽坪群变质岩、泥盆系上泥盆统变质岩、印支—燕山期花岗岩及第四系松散堆积层组成。

2.2 地质构造

引水隧洞沿线地质构造主要发育于秦岭中低山中，主要构造形迹有断层和裂隙两类。断层可分为秦岭北缘区域断裂及一般性断裂，秦岭北缘区域断裂位于设计主线路以北，线路走向与断裂走向大致平行(见图1)，距断层破碎带南边界约0.5 km～1.0 km，末端在台沟村附近以60°的角度斜穿断裂；大部分施工支洞均大角度穿越该断裂带；另有20条一般性断层与设计线路相交，主要分布于秦岭中低山内，多以大倾角为主，工程区内呈东西走向的断层较为发育，与秦岭北缘区域断裂走向基本一致，显示断层主要受区域构造控制。一般性断层及局部裂隙发育带特征各不相同。

表1 南干线各线路方案地貌单元分布表

2.3 水文地质条件

引水隧洞沿线地下水类型可分为裂隙潜水、基岩裂隙承压水和第四系孔隙潜水三种，地下水位大部分高于设计洞顶。根据线路沿线水文地质条件，对线路进行富水性分区，秦岭中低山地貌区，断层带属强富水区，受断裂影响的区段及强风化岩体为中等富水区(泉流量>1 L/s)、弱风化岩体属弱富水区(泉流量0.1 L/s～1.0 L/s)、微风化岩体属极弱富水区(泉流量<0.1 L/s)。沿线环境水水化学类型有多种类型，根据室内水质分析成果，环境水对混凝土除沣河、滈河水样具重碳酸型弱腐蚀性，其余水样均无腐蚀性，环境水对钢筋混凝土中的钢筋均具微腐蚀性，对钢结构均具弱腐蚀性。

2.4 地质灾害

引水隧洞沿线地质灾害主要有崩塌、滑坡、泥石流。崩塌主要发育于秦岭中低山中较陡斜坡坡脚一带，共发现崩塌11处。滑坡主要分布于秦岭中低山及黄土塬边缘，根据现场地质调查，工程区沿线主要发育27个滑坡。泥石流沟主要位于秦岭中低山中，共发育有4条，分别为马峪沟、栗峪沟、皂峪沟、黄柏峪。由于大部分线路以隧洞形式通过秦岭山区，因此这些不良地质作用对引水隧洞线路无影响或影响小。

3 主要工程地质问题

3.1 秦岭北缘断裂对线路影响

引水隧洞绝大部分(93.2%)线路距断裂距离大于500 m，绝大部分支洞及支线起始端穿越断裂。根据已成工程隧洞围岩分布情况，秦岭北缘断裂对200 m～300 m范围内的岩体存在影响，表现为在该范围内隧洞以Ⅴ类围岩为主。引水隧洞绝大部分线路距断裂距离大于500 m，引水隧洞洞室围岩受断裂影响不大；且根据地质勘探成果引水隧洞绝大部分位于弱—微风化岩体中，洞室围岩纵波波速大于3 000 m/s，洞室围岩较为完整。引水隧洞轴线虽然避开了秦岭北缘断裂带，但小构造极为发育，洞室岩体完整性较差；对洞室围岩稳定性有一定的影响。

秦岭北缘断裂对隧洞的影响具体表现为：(1) 受区域断裂影响，洞室附近可能发育较多的东西向平行洞室走向的小型断层，对洞室围岩稳定不利；(2) 受构造影响，部分无断裂发育的洞段围岩级别较低；(3) 穿越区域断裂带的洞段可能存在局部洞室坍塌、涌水、突泥等围岩稳定问题，需要采取相应的支护手段来解决。

3.2 洞室围岩稳定问题

引水隧洞总体围岩类别统计如表2所示。隧洞出口段洞室围岩为壤土、砂卵石等，岩性复杂，结构不均，且又位于地下水位以下，洞体易坍塌、成洞条件极差。开挖前应采取降水措施，同时开挖时应采取合理的施工方法，加强跟进支护措施，严防洞体坍塌。

根据表2，隧洞围岩类别有如下特点：(1) Ⅴ类围岩约占全洞总长的12.8%，Ⅳ类围岩占全洞总长的32.0%，且主要分布于隧洞进、出口段；(2) Ⅱ类、Ⅲ类围岩占洞室总长的55.2%，主要分布在花岗岩洞段；(3) Ⅳ类、Ⅴ类围岩与Ⅱ类、Ⅲ类围岩呈相间交互分布。隧洞围岩类别分布如图2所示。

表2 引水隧洞围岩类别统计表

图2 基岩洞段围岩类别分布示意图

Ⅴ类围岩，岩体破碎，围岩开挖后不能自稳，初步衬砌后洞段变形破坏严重，导致初期支护破坏，对该类围岩洞段应采取“超前锚杆+刚性支护”措施；Ⅳ类围岩自稳性差，应对潜在的不稳定地质体采取“系统锚杆+钢筋网+喷混凝土及局部钢拱架”综合支护措施；Ⅲ类围岩自稳性较好，局部可能产生掉块现象或小规模坍塌问题，开挖时应采取“局部锚杆+钢筋网+喷混凝土”综合支护措施；Ⅱ类围岩整体稳定，但局部在几个节理面组合条件下，有少量岩块失稳，应及时进行“喷混凝土+局部锚杆”的支护措施。由松散层、强风化岩体及断层破碎带组成的洞室围岩稳定性差，成洞难度大；由弱风化岩体组成的洞室围岩稳定性较差，成洞难度较大。

3.3 隧洞涌水、突泥问题

根据区域水文地质条件，采用大气降水入渗法、裘布依公式法、水文地质比拟法对引水隧洞及施工支洞正常涌水量进行了计算[7-8]，计算结果见表3。

相对一般情况下的正常涌水量，集中涌水量难以预测，Ⅱ类、Ⅲ类围岩的洞段，岩体较完整，地下水以渗水和滴水为主，一般不会产生较大涌水。Ⅳ类围岩可能在高水头作用下，影响围岩稳定，Ⅴ类围岩中断层破碎带极易产生涌水、突泥，对隧洞安全施工影响较大，应加强超前排水和支护工作。可能出现集中突水的洞段主要为引水隧洞与断裂相遇地段，各洞段分布及涌水量计算结果见表4，由表4可知集中涌水点单点可能最大涌水量1 260.6 m3/d～18 166.5 m3/d。对上述洞段应加强地质编录和超前地质预报工作，同时应注意谨慎施工，加强支护及排水措施[9]。

表3 引水隧洞及施工支洞正常涌水量预测表

表4 引水隧洞单点最大集中涌水量预测表

3.4 隧洞岩爆、大变形问题评价

根据工程经验，埋深较大或地应力等级较高的硬质岩洞段容易产生岩爆[10-11]，应特别注意。引水隧洞围岩主要由花岗岩、黑云母斜长片麻岩及云母斜长片麻岩组成。根据《水利水电工程地质勘察规范》[12](GB 50487—2008)附录Q中岩爆的分级及判别，强度应力比>7为不岩爆，4～7为轻微岩爆，根据地应力回归分析成果及岩体饱和抗压强度，隧洞岩爆预测成果如表5所示，试验结果表明岩石强度应力比均高于7，因此隧洞不存在岩爆问题。

对引水隧洞进行试验，试验隧洞围岩为云母石英片岩，微风化洞段主地应力12.2 MPa，相应强度应力比2.86。监测成果显示：强风化洞段最大变形量21.3 mm，最小为3.2 mm，平均值为12.3 mm；断层破碎带最大变形量为190 mm，最小为130 mm，平均值为167 mm，变形量大；弱风化洞段最大变形量7.8 mm，最小为1.6 mm，平均值为4 mm，变形量较小；微风化洞段最大变形量1.6 mm，最小为0.8 mm，平均值为1.1 mm。根据试验成果，引水隧洞的云母石英片岩、绿泥石钠长石阳起片岩的Ⅳ类围岩基本不会发生大变形，若受构造影响，断层发育，剪切裂隙发育，地下水的影响，很有可能发生大变形；Ⅴ类围岩都有可能发生轻微的大变形；断层破碎影响带存在大变形问题。

表5 长隧洞方案岩爆预测表

4 结 论

“引汉济渭”二期南干线引水骨干线路工程黄池沟至西安子午水厂段，由引水隧洞、箱涵组成。引水隧洞长68.93 km，大部分隧洞段位于秦岭北麓中低山；秦岭北缘断裂带对洞室围岩有一定的影响，断层破碎影响带存在大变形问题，但不制约线路方案的成立。引水隧洞Ⅴ类围岩，长度9.7 km，岩体破碎，围岩开挖后不能自稳，可能发生轻微的大变形；Ⅳ类围岩，长度23.65 km，围岩自稳性差；Ⅲ类围岩，长度28.28 km，自稳性较好，局部可能产生掉块现象或小规模坍塌问题。

可能出现集中突水的洞段主要为引水隧洞与断裂相遇地段，预测最大涌水量1 260.6 m3/d～18 166.5 m3/d。Ⅴ类围岩都有可能发生轻微的大变形；断层破碎影响带存在大变形问题。采取必要措施后引水隧洞傍山浅埋地质条件基本可实现成洞。