周 扬，刘春晖

（中国人民武装警察部队水电第三总队，610036，成都）

拉洛工程引水隧洞开挖的地质条件分析及缺陷处理

周 扬，刘春晖

（中国人民武装警察部队水电第三总队，610036，成都）

拉洛水利工程位于平均海拔4 000 m以上的青藏高原西部地区，临近珠穆朗玛峰。引水隧洞的开挖受制于地质条件，在施工过程中应充分了解地质条件并加以利用，在合理使用施工技术的前提条件下处理地质缺陷带来的各类问题，隧洞开挖缺陷处理方式可归纳为三大措施：封闭、排水和预留保护层。

德罗引水隧洞；地质条件；开挖；地质缺陷

拉洛工程中的德罗隧洞全长7.536 km，为无压洞，进出口为城门洞型断面，洞身标准段为马蹄形断面，最大宽度4.2 m，高度4.2 m。隧洞洞身沿山脊西侧延伸，总体走向北西，隧洞沿线地面高程4 300～4 500 m，隧洞一般埋深100～150m，最大埋深213m。

一、地质条件分析

1.地形与岩性

德罗隧洞进口位于距坝址约6.2 km的加木扎一带，外临宽广平缓的夏布曲河漫滩，高程4 282 m～4 284 m。洞线总体走向330°，沿线地形起伏不平，为剥蚀平缓山丘与侵蚀凹槽地貌。沿线经过波炯（山顶高程4 630 m）、波尖（高程4 640 m）、日仁（高程4 825 m）、波日（高程4 815 m）等山脊和凹槽（沟槽底高程4 540 m、4 700 m）。出洞口位于波日北西侧斜坡，高程4 600 m～4 050 m，地形较缓，坡度10°～15°。

沿线附近地层主要为侏罗系，局部有岩浆岩侵入其中，部分地段分布各种成因类型的第四系：

（1）基岩

侏罗系下统日当组（J1r）：以黑色页岩、灰色钙质页岩为主，局部含灰色细砂岩、硅质、泥质条带、燧石结核和灰岩团块，主要分布在出洞口一带。

侏罗系中统遮拉组（J2z）：主要为深灰色、灰色钙质页岩,含泥质、炭质,夹薄层状砂岩、极薄层状板理化细晶灰岩，局部夹玄武岩及安山岩等，是隧洞所经过的主要地层。

侏罗系上统维美组（J3w）：灰色、浅灰色中厚层—巨厚层石英砂岩夹灰黄色、灰黑色粉砂质页岩，含扁豆状、球状硅泥质碳酸盐岩结核，局部含火山岩，出露于加木扎—日仁—波日一带山脊。

辉绿岩（βμ）：灰绿色，呈近东西向条带状展布，出露于吉隆沟西侧沟坡侏罗系中统遮拉组（J2z）中。

（2）第四系

第四系为洪积（Qpl）、冲洪积（Qal+pl）、洪坡积（Qpl+dl）、崩坡积（Qcol+dl）等不同成因的覆盖层，岩性主要为碎块石土，细粒含量少，碎块石成分多为石英砂岩，少量石英、页岩，粒径一般为10 cm～30 cm，最大的为50 cm～80 cm，含量为50%～70%，多呈次棱角状。结构松散—密实，分布于冲沟、斜坡等地段。其中进口斜坡处厚度一般为5 m～10 m，出口斜坡处厚度一般10 m～22.4 m，最厚为45.9 m。

2.地质构造

工程区褶皱构造主要为吉定—直岗复式向斜。德罗隧洞波炯一带分布一向斜构造，南侧岩层倾向近东、倾角30°左右，北侧岩层倾向南东，倾角40°～60°，褶皱枢纽往西扬起。在日仁与波日之间亦分布一小褶皱，南侧岩层倾向NNE，倾角为40°左右，北侧岩层倾向SSE，倾角为60°。在洞身及出口段等部位页岩与砂岩薄层相间岩层揉皱挤压剧烈，在数十米范围见多个褶曲分布。

区域性断裂申格孜—拉洛断裂（F10-1）位于工程区西侧，该断裂全长约75 km，走向NW～NNW，在夏布曲右岸分水岭以北顺吉隆沟展布，经拉屯拉垭口，过勒朵村旁，横穿夏布曲至左岸顺支流塔曲延伸。断裂多被第四系覆盖，在夏拉夏瓦北西约1.3 km的吉隆沟右侧，破碎带宽约30 m；在勒朵村旁，破碎带宽约15 m；断面陡倾向东，破碎带物质主要为块裂岩、碎裂岩，充填石英岩脉，结构较密实。

隧洞沿线经过断层规模一般较小，破碎带宽度不大。砂岩、页岩岩性软弱相间，揉皱挤压强烈，接触带岩体结构一般较破碎，宽窄不一；根据平洞揭示，进洞口处J2z和J3w接触部位挤压破碎带宽度大于100 m。

3.水文地质

（1）地下水和地表水

工程区山地冲沟发育，多为季节性冲沟，冲沟两岸植被条件较差，松散堆积物较丰富，旱季（10月—次年5月）一般无流水，雨季（6月—9月）则常有山洪、泥石流。除隧洞中部的夏拉夏瓦附近冲沟有常年流水外，其余冲沟均为季节性干沟。

地下水总体不丰，主要受大气降水、冰雪融水补给，向所在流域的河流排泄。根据赋存条件，可分为第四系松散堆积层孔隙水和基岩裂隙水。基岩裂隙水主要赋存在砂岩等裂隙及断层带中，根据地表出露和物探资料，向斜核部可能赋存较丰富的裂隙水。

地表测绘可见隧洞中部斜坡及出口附近斜坡出露较多泉水，多为第四系松散覆盖层中上层滞水。

（2）岩土体渗透性

第四系松散堆积物一般具中等透水性，渗透系数为10-4～10-3cm/s量级；侏罗系弱风化页岩一般具中等—弱透水性，微新页岩一般具弱—微透水性。

（3）水化学分析

根据水化学检验结果，冲沟水对混凝土无腐蚀性，对混凝土中的钢筋无腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。

4.物理地质现象

工程区主要不良地质现象有岩体风化、冻融、泥石流等。

（1）岩体风化

侏罗系钙质页岩岩性软弱，抗风化作用能力差，且受构造等影响，差异风化明显，局部呈带状风化。据钻孔揭露，强风化厚度一般为10～20 m，中等风化厚度为2～5 m，一般微新页岩柱状岩心曝晒2～3周后就会基本解体。

（2）冻融问题

据气象资料，工程区冬季极端最低气温为-23.9℃，隧洞进、出口浅埋段洞室温度受外界大气影响较大，围岩和边坡受冻融、冰劈、冻胀作用易破坏。

进口分布第四系崩坡积碎石土和软弱破碎页岩，水库蓄水后，岩土处于饱和状态。出口段附近地形平缓，分布第四系崩坡积碎石土，因局部土体隔水，上层滞水出露成泉。进、出口段岩土受冻融作用，对围岩及边坡稳定不利，所以采取相应处理措施。

二、主要工程地质问题

1.地应力

德罗隧洞区域构造总体呈东西向分布，初步分析区域构造应力方向与之垂直。根据邻近区域地震震源机制解，P轴 （最大主应力）方位介于162°～186°之间，为近南北向，与区域构造应力方向基本一致。

本阶段采用水压致裂法在钻孔DL9进行了地应力测量，钻孔DL9岩体为灰色钙质页岩,含碳质，夹薄层砂岩和极薄层状片理化灰岩，在测深83.3～160.6 m范围的最大水平主应力2.3～7.5 MPa，最小水平主应力2.1～5.1 MPa，铅直应力σz 2.1～4.0 MPa。测孔最大水平主应力方向的侧压系数σH/ σz范围1.1～1.9。下部测点（孔深130～160 m）岩体侧压系数1.5～1.9，应力量值具有σH＞σh≈σz特征，说明测点地应力场水平应力起主导作用。上部测点（孔深80～130 m）部位侧压系数1.1～1.3，相较于深部测点水平应力有所释放。

德罗隧洞最大埋深213 m，估算最大水平地应力9.1 MPa、最小水平地应力6.4 MPa、自重应力5.3 MPa，最大水平主应力方向为21°～37°（平均25°）。围岩主要为侏罗系遮拉组为深灰色、灰色钙质页岩,含泥质、炭质,夹薄层状砂岩、极薄层状板理化细晶灰岩。钙质页岩岩石单轴饱和抗压强度均值为5.9 MPa，属于软岩，岩石强度应力比0.9～2.8（多大于1.0），三个主应力接近(或小于)岩石强度。隧洞走向与最大水平主应力方向夹角主要为56°、6°，当夹角较小时 （小于15°），对隧洞围岩稳定有利；与洞壁夹角较大，不利于隧洞两侧围岩的稳定。岩层总体倾向NE～SE，隧洞轴线与岩层走向交角1°～63°，总体较小。洞壁与层面交角较小，在地应力作用下易出现顺层理面松弛。当地应力相对较高且有地下水参与条件下，开挖后软岩洞壁围岩位移较大，持续时间较长，甚至出现不收敛变形，并使初期一般支护开裂或破损较严重，对施工安全及工程运行等造成影响。

2.涌水及外水压力

隧洞岩性主要为含碳泥质钙质页岩夹少量薄层砂岩、极薄层状灰岩，岩溶现象部发育、局部有岩浆岩（辉绿岩）侵入。地表常年流水冲沟为夏拉夏瓦附近冲沟，其余冲沟流量小或为季节性流水。

地下水作用使隧洞围岩性状逐渐恶化，特别是破碎带、软岩遇水后软化、崩解，易引起围岩大变形与坍塌，对施工亦有影响。

3.断层破碎带部位围岩稳定

德罗隧洞线路通过的断层规模较小、一般为裂隙性断层（如f9、f10、f11、f12、f13等），破碎带宽度数十厘米，未见区域性断裂分布。地层接触带（如岩浆岩与侏罗系）、软硬岩间挤压带（如砂岩与页岩）形成破碎带岩性软弱，结构极破碎，并可能贮存地下水，围岩稳定性差，在埋深较大的部位容易出现大变形，在埋深较小的洞段容易引起塌方。上述洞段围岩稳定问题较突出。

4.其他地质问题

（1）有害气体与放射性

隧道围岩主要为 J3w砂岩、页岩，J2z钙质页岩,含泥质、炭质,夹薄层状砂岩、极薄层状板理化细晶灰岩，J1r钙质页岩及侵入的辉绿岩等；折线方案隧道围岩主要J2z、J1r钙质页岩,含泥质、炭质,夹薄层状砂岩、极薄层状板理化细晶灰岩。实测德罗隧洞附近大气压力在617 hPa左右，仅为 1个标准大气压 （1 013 hPa）的60%，大气湿度一般低于40%，施工环境较为恶劣。现场测试最大氧气含量为17.7%～19.4%。二氧化碳等有害气体含量未超过标准值。

德罗隧洞地处青藏高原高海拔地区，气压低，氧气稀薄。隧洞洞线长，埋深较大，洞径较小，洞内氧气含量低，施工过程中二氧化碳等有害气体含量可能超过标准值。

（2）放射性

在岩体辐射强度测试中，各种岩体辐射强度较低，依据实测资料，估算生活该地的居民由γ辐射所造成的剂量当量约为0.6 mSv，略高于全球平均天然辐射对人类造成的照射水平0.5 mSv。施工人员在施工区域正常生活与工作，不会超过《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》（GB 18871—2002）的规定（年有效剂量不超过1 mSv）。

（3）地温问题

德罗隧洞地表起伏较大，无活动断层，未发现温泉，根据区域水文资料，工程区不属于温泉地热异常区。实测地温恒温带深度位于孔深45 m左右，恒温层温度为7.5℃。

三、缺陷处理

根据地质条件分析，隧洞在施工过程中比较容易遇到以下几种问题，为此提出相应的解决方案。

1.岩石风化问题的缺陷处理

在隧洞开挖过程中，我们遇到的岩石多数为抗风化能力较差的岩石，一般暴露在空气中不超过一周时间就会崩解或者受潮，再由重机反复碾压之后就会成为泥浆。由于洞径较小，施工过程中积攒的泥浆会严重影响施工的正常进行，所以在开挖后不久将会采取封闭措施来保证岩石不受潮和不加速风化。长期暴露的岩面会进一步风化崩解，导致洞内出现大面积的掉块甚至坍塌。

（1）洞身封闭

隧洞断面 （除了底板基岩面）采取混凝土喷护的方式。由于岩石条件不稳定，先在洞身周围间距1 m，排距也是1 m处布满长3 m的砂浆锚杆，遇到岩层破碎带加密。然后每隔3 m以相同的间排距布置3 m的排水孔。后用@20的Φ8的钢筋衬满洞身，与外露10 cm的锚杆焊接。最后喷护10 cm厚的混凝土来达到封闭的效果。在岩石结构普遍不稳定的地方，将使用Ι 14的工字钢与锚杆和网片相连，后喷护混凝土至覆盖工字钢。一般来说，采取短进尺的方式，岩层条件好时进尺不超过20 m，岩层条件差时不超过5 m就会及时支护。

（2）底板基岩面封闭

底板基岩面预先浇筑30～50 cm的常态混凝土，防止重机碾压、风化和涌水等原因造成的超挖。后期混凝土不清除，作为二次衬砌的一部分保留。这要求我们在浇筑混凝土之前对底板进行彻底清理。在施工过程中，预留30 cm保护层以防止超挖。

2.冻融处理和洞内排水

青藏高原受冻融现象影响较为严重，为了防止这类地质灾害给工程施工带来影响，在进出口及每个施工支洞的洞脸边坡都采取了相应措施。

（1）加强支护

洞脸边坡采取锚喷支护的形式来封闭岩石，方式同洞内。此外，加强排水和定期巡查也是必不可少的。

对于洞身暴露在外界气温干扰的地方，采取超前管棚技术，对这一段的洞身进行加强支护，一方面防止洞脸边坡坍塌，一方面也可有效降低冻融现象对洞口段的影响。

（2）洞内排水

洞内排水结合支护时预留的排水孔，在底板浇筑的工程中于混凝土两侧预留排水沟，浇筑底板过程中在不影响施工的前提下轻微放坡，并在错车道内设置集水井，定期清理积水。

这个过程中有一个问题不容忽视，那就是一定要及时将积水清理干净，如果底板上残留的水过多，那么开挖过程中出渣车所掉落的渣土石块会很快受潮崩解，形成淤泥并且堵塞排水沟和集水井，给施工造成不便。

3.洞内通气保证

每个施工洞的外部都设置风机引气入洞。对于洞内进尺较长的地方，在洞内较宽的地方增设一台风机来保证洞内空气流通。由于采用的施工方式为光面爆破，所以每次爆破之后都要通风直到满足施工条件。

[1]李延栋.青藏高原地质科学研究新的进展[J].地质通报，2002（21）.

[2]张瑞江.青藏高原冰川演变与地质灾害[J].国土资源遥感，2010（S1）.

[3]潘桂堂.青藏高原区域地质调查重要新进展[J].地质通报，2002（11）.

[4]张雪花.隧洞开挖中断层和透水层的处理方法[J].水利技术监督，2013（21）.

责任编辑 杨 轶

Evaluation of geological conditions for tunnel excavation in highland and treatment of geologic defects of Laluo Project/

Zhou Yang，Liu Chunhui

Tunnel excavation is subject to geological conditions.During the construction of diversion tunnel,more information should be collected in this regard so as to properly deal with problems caused by geological defects on the premise of rational utilization of construction technologies.

Deluo Diversion Tunnel;geological condition;excavation;geologic defect

TV554

B

1000-1123（2016）20-0075-03

2016-10-18

周扬，助理工程师，从事水利水电工程施工技术与管理工作。