穿黄勘探试验洞安全问题研究 .

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1、穿黄勘探试验洞安全问题研究.;关键词　穿黄探洞　防护　围岩稳定　溶蚀　管涌1　工程概况南水北调东线穿黄勘探试验洞(以下简称探洞),座落在山东省东阿县位山村和东平县解山村之间,从地面以下约70m处的岩层中穿越黄河。进行此项工程的目的是进一步查明隧洞工程范围内的地质情况,探索在岩溶发育的黄河河底用超前探水预注浆堵水的方法开挖隧洞的施工技术与工艺,研究探洞爆破震动对黄河堤防及附近建筑物的影响,为日后开凿穿黄隧洞做勘探试验。探洞工程于1986年4月开工,1988年1月完成,历时1年零8个月。探洞的建成证明了以倒虹隧洞穿越黄河在技术上是可行的,经济上是合理的,在

2、控制爆破单孔装药量的条件下施工期对黄河大堤及建筑物是安全的。探洞获取的各项试验研究成果为穿黄隧洞设计、施工、管理提供了宝的第一手资料和实践经验。按照南水北调东线规划,在目前探洞位置需建3条隧洞,轴线间距31m,互相平行,设计过流总量1000m3/s。探洞布置在中间一条轴线的上部,设计为隧洞开挖时的上导洞,按原来设想探洞完成后接着扩挖成正式隧洞。因此,探洞在完成其所担负的任务后未作回填,一直维护现状,至今已10年有余。探洞横贯黄河南北,轴线为北西356°55′16″,由斜井、平洞、水仓水泵房和支洞四部分组成,见图1。斜井开口在黄河北大堤外侧的位山脚下,从

3、高程29.2m以20°坡伸入黄河河底,全长165.52m。至高程-27.4m接平洞,平洞长334m,以3‰倒坡穿越黄河至南岸解山村下,洞高2.61m,宽2.93m,采用三心园城门洞型断面。为解决施工期排水,在斜井和平洞交接处(桩号0+184.02)东侧设长30m,高7.5m,宽4.5m的水仓水泵房,水仓底高程为-30.11m,可集水300m3左右,内设6个机位,安装6台机组同时排水。此外,为探明另外2条隧洞的地层变化情况,分别在桩号0+274和0+356处向西南和东南方向开挖了2条支洞,支洞长各50m,洞高由2.4m变到2.0m,洞宽由2.50m变到2

4、.0m,亦为三心园城门洞型。遵照水利部关于加强探洞汛期安全防护和探洞维护管理正规化、科学化、规范化的指示,1994年8月批准了探洞防汛加固工程。针对探洞可能出现的安全隐患,采取了以下工程防范设施:斜井出口设反向挡水事故钢闸门1扇,闸门为2.4m×2.2m,配5t电动吊车启闭;斜井出口地面进行了长锚杆灌浆加固;斜井上段70m做全断面挂锚喷;洞内5条薄弱断层(f3、f12、f14、f6、f16)灌浆补强;洞内电器设备更新等。1995年又埋设了渗压计、测缝计等12组观测仪器,布置了洞内渗水量测系统和斜井出口地面及闸室沉降位移观测点。黄河河床下横贯一条探洞,探

5、洞的安全问题维系着黄河河防的安危。本文就探洞所处的地形地质条件,探洞的防护设计以及管理维护所得到观测资料,来分析研究探洞诸种不安全隐患,并对安全状况作出评价和提出相应的对策。2　探洞的地形地质条件2.1　地形探洞所在地域属鲁西山区与华北平原接壤地带中部的剥蚀堆积孤山残丘区,区域总的地势是南高北低,东高西低。探洞位于南之解山和北之位山之间,位山有基岩出露,呈一岛状孤山。解山大部分已由第四纪覆盖层掩盖,边缘地带有少量基岩出露。两山间距离约450m,平时黄河水面宽约280m,河床高程34～35m,是黄河上的一天然卡口。两山间为一近南北向鞍形基岩山梁横过黄河,

6、鞍部顶高程约14m,东西宽约百余米,河床粉砂复盖层厚约20m。因黄河泥沙沉积,每年河床淤高达0.09m。黄河在此由北向东拐弯,主流紧靠北大堤。大汛时,水位可达48～49m高程,高出北堤外地面近10m,形成悬河。2.2　地质探洞所在区域地层为中、上寒武系崮山和张夏两组灰岩,上有厚度不等的第四纪土壤覆盖。经勘探和洞挖查明,地层的地质构造主要表现为断层、裂隙和岩溶。探洞全线被12条断层切割,由北向南分别为f2、f3、f11、f12、f14、f15、f5、f6、f16、f17、f18、f4,见图1。断层与洞轴夹角在40°～90°之间。走向北东,倾角在80°左右

7、,断距在0.20～1.00m之间,沿线有长度大于1m的裂隙485条,均与洞身相交,亦多为陡倾角。地层中岩溶发育,一般潜于地下,具有隐蔽性岩溶特征,岩溶形态为溶孔、溶隙、溶洞共生,均沿裂隙和断层发育,故亦以垂直分布为主。溶孔呈蚁穴状、蜂窝状和脉管状。溶隙为裂隙加宽而成,宽度从数毫米至数十厘米不等。溶洞成不规则竖井状,水平向规模较小,成层性不明显,均呈蜂窝状发育。由于地下水的动力作用,至今岩溶仍在缓慢发展。据60个地质钻孔统计,岩溶22处,其中岩溶高度大于2m的占22.7%,孔岩溶率为18.3%。除探洞全线揭露在12条断层均有不同程度的溶蚀现象外,还遇到较

8、大溶隙13条。地层中地下水丰富,在探洞预注浆超前探水过程中,共遇到断层、溶隙涌水75次,总涌水