深埋长隧洞主要工程地质问题与勘察和施工方法

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1、深埋长隧洞主要工程地质问题与勘察和施工方法耿克勤目录一、前言二、深埋长隧洞主要不良工程地质问题三、TBM对深埋长隧洞地质条件适应性分析与对策四、深埋长隧洞的勘察思路和方法五、施工方法的选择六、结束语七、建议一、前言所谓深埋特长隧洞是指埋深超过400m，长度10km以上的隧洞。随着我国水利水电工程的发展，深埋长隧洞大量出现，单洞长度已由20世纪80年代的10多千米发展到现在的80多千米;隧洞埋深最大已接近3000m，隧洞工程地质条件日趋复杂，不良工程地质问题已成为工程的重要制约因素。因此，勘察、认识与评价这些问题和采取正确的工程对策已十分重

2、要。铁路隧洞的建设水平始终处于隧洞工程建设的前列。高速铁路需要平缓的坡度和顺直的路线,当穿越高山时往往需要建设长隧洞。目前世界上已建、在建的长度超过20km的隧洞见表1。表1世界上已建、在建的深埋长隧洞瑞士圣哥达隧洞洞内施工图瑞士圣哥达铁路隧道横剖面图12345南水北调西线工程共分三期。第一期工程从雅砻江的支流达曲、泥曲和大渡河的支流杜柯河、麻尔曲、阿柯河调水，总调水量40亿m3。由“五坝七洞一渠”串联而成，坝高63～123m，输水线路总长260.3km，其中隧洞长244.1km，明渠16.1km，渡槽0.12km。第一期工程河流示意图“

3、五坝”即引水河流的五座引水枢纽，为达曲的阿安、泥曲的仁达、杜柯河的上杜柯、麻尔曲的亚尔堂、阿柯河的克柯引水枢纽；引水枢纽的坝高分别为115m、108m、104m、123m、63m。调水量分别为7亿m3、8亿m3、11.5亿m3、11.5亿m3、2亿m3。“七洞”即利用线路通过的支流使隧洞自然分为七段，为长13.6km的达曲～泥曲段、长73km的泥曲～杜柯河段、长33.2km的杜柯河～结壤段、长3km的结壤～麻尔曲段、长55.4km的麻尔曲～阿柯河段、长15.5km的阿柯河～若果郎段、长50.4km的若果郎～贾曲段，七段隧洞总长244.1k

4、m，最长洞段73km，穿越雅砻江和大渡河的分水岭，位于泥曲～杜柯河之间。大丫口子上坝址引水隧洞中心线工程地质剖面图金顶水电站引水长隧洞1-1/工程地质剖面图金顶水电站引水长隧洞2-2/工程地质剖面图2深埋长隧洞主要不良工程地质问题深埋长隧洞可能存在的工程地质问题主要有：围岩大变形、塌方、岩爆、高外水压力、突水、突泥和涌水、高地温、岩溶、膨胀岩、有害气体、有害水质、放射性危害等。如二十世纪七十年代修建的瑞士圣哥达铁路隧道，施工期间曾遭遇到多次大涌水、塌方灾害，地温也高达30.7℃，施工期间致死310人，至残877人，工程承包商因此工程

5、而破产。值得注意的是，在高地应力条件下，甚至某些中硬岩也存在发生严重塑性变形的可能。2.1大断层带围岩失稳及涌水问题断层破碎带是诸多问题的关键所在，大变形、塌方、突涌水、高外水压力、岩溶、有害气体等，往往与断层有直接或间接的关联。对于深埋长隧洞穿越宽大的区域性断层概率很高，这些断层是关系到工程成败的关键地质因素。例如天津引滦入津隧洞F1~F10断层交汇带和F9～F11断层交汇带，宽度分别为220m和150m，涌水量50～100m3·s-1，大塌方十余次，是该工程最大的难点。万家寨引黄入晋工程摩天岭断层曾塌方卡住TBM机头，工程处理3个多月

6、。南水北调东线穿黄工程，隧洞中断层规模虽然不大，但股状压力涌水，是该隧洞最主要的工程问题。隧洞活断层工程抗断在已建工程中尚未见到，但规划中的南水北调西线等几个长大隧洞工程，已将断裂活动性问题作为主要工程地质问题之一进行研究。考虑到强烈的破坏性，具有短时间形成较大错距的区域性活断层应尽力绕避，而以蠕变变形为主的活断层在工程技术上是可以克服的。我国西部地区策划的水利水电深埋长隧洞，遇到的大断层带具有以下几个主要特点：(1)断层规模更加巨大，其延伸长度逾数百千米，断层破碎带及影响带宽度几十至数百米，甚至达到1000m以上。这些断层往往是不同地质

7、构造单元的分界性断裂，切割深，具多期活动性。这些断层无论对钻爆法和TBM法施工困难和风险均很大。(2)大的断层往往为地下水的逸流与储存创造了有利条件;特别是在碳酸盐岩地区断层带富水性高，隧洞围岩失稳与突水突泥危害性大。(3)一般浅埋隧洞地下水活动强烈，受大气降水和地表水影响显著，涌水的突发生强。而深埋隧洞因受地应力影响，岩体的渗透性和富水均较弱，地下水活动性也随之减弱，使隧洞涌水量变小。但是值得注意的是深埋隧洞滞后涌水也是一种常见的现象。例如万家寨引黄入晋工程北干线1号隧洞斜穿一条灰岩的挠曲断裂破碎带，长约700m的洞段开挖后7个月之内涌

8、水量很小，进行衬砌作业是很容易的，7～18个月期间隧洞涌水量由24m3·h-1逐渐增大；几次强力抽水产生的负压真空使隧洞涌水量猛增至480m3·h-1，从而使隧洞衬砌作业发生严重困难。这个实例