南水北调西线深埋长隧洞工程地质问题与决策方法研究(1)

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1、南水北调西线工程深埋长隧洞工程地质勘察及其分析评价方法的思考水利部水利水电规划设计总院李广诚博士一概况南水北调是举世注目的一项特大型跨流域调水工程，也是我国优化、平衡、合理利用水资源，解决黄、淮、海平原、胶东地区和黄河上游地区特别是津、京、华北地区缺水问题的一项特大基础措施。其对保证和促进我国北方经济发展、环境改善和社会稳定都具有十分重要的意义。经过科学技术人员几十年的工作，目前规划了从长江下游、中游、上游分别引水，形成了东、中、西三线的总体布局。西线概况南水北调西线工程位于青藏高原东北部，西起长江源头，东至若尔盖，南

2、抵甘孜、阿坝藏族自治州，北到青海省果洛、玉树藏族自治州。调水区海拔高度一般在3000-4500m，交通不便。目前主要方案是从金沙江侧坊引水至雅砻江（侧雅方案）－自雅砻江阿达穿过大渡河上杜柯至黄河上游贾曲（阿贾方案），线路全长508km。南水北调西线路线示意图西线地貌二地质工作环境特点南水北调西线工程调水区海拔高度一般在3000-4500m，受高海拔、深切割和复杂地形的影响，空气稀薄缺氧，气压低，气温低且昼夜温差大。工程区自然环境、地质环境、经济技术环境、施工环境都是较差的。1自然环境恶劣本区受季风气候和青藏高原地理环境诸因

3、素影响，寒冷、低压、缺氧是区域内气候的基本特征：地区寒冷：年平均气温3℃左右，极端最高28～29℃，极端最低－23～－34℃，日平均气温在零度以下时间3.5～5个月。这使工程技术人员外业工作时间大大缩短。气压低：引水工程所在地区海拔高程在3500m左右，年内各月平均气压最高值出现在8～10月，最低值出现在2月，最大、最小月平均气压差为8～10hpa。含氧量小：低压缺氧问题将直接影响到人员的生活和内燃机的机械效率。四川省交通部门规定：3000m以上地区耗油按增加30％计；4000m以上耗油按增加40％计。由于西部地区自然环境

4、的特点，现场工作人员很难进行重体力、高强度的工作，即使是机械施工其施工效率也将较内地大大降低。2区域地质环境复杂工程区位于巴颜喀拉山的东南部，地质条件比较复杂。复式褶皱和断裂构造发育。断裂总体方向为NW-SE，断层破碎带宽度20～200m不等。受印度板块俯冲的影响，青藏高原在近代一直处上升的趋势，且为构造活动区。区内地震烈度一般为Ⅶ～Ⅷ度。部分洞段将跨越15条区域性活动断层，其中玉树断裂、桑日麻断裂、鄂陵湖南断裂、甘德南断裂、鲜水河断裂等的活动性较强，对工程影响较大。工程区地层岩性主要为三叠系浅变质砂岩、板岩，为坚硬岩～中

5、等坚硬岩，岩石层理发育，裂隙密集，多为碎裂镶嵌结构。洞线以Ⅲ类围岩为主，断层破碎带和褶皱核部为Ⅳ类。3经济技术环境落后西部大部地区目前技术经济都相对落后。首先是基础资料的缺乏，地形资料、地质资料、水文资料、地震资料、各种相关工程地质问题的研究都相对较少，者给工程前期工作的开展带来极大的不便。其次是机械设备修理与配套设施较差。在前期勘探和工程施工时，勘探机具基本上要从内地运进，路途遥远。而机械一旦出些故障，修理、购买配件和材料都将很困难，这将大大影响勘探进度。4施工环境差由于西线工程已隧洞为主，且埋深较大，地表山高坡陡，植被

6、茂密，如果在隧洞线上布置一个勘探钻孔，需要首先修建一条较长的施工公路，才能将机械设备运达孔位，且要砍伐一定量的树木。勘探辅助工作量较大，这将大大增加勘探成本。三西线隧洞工程主要工程地质问题活动性构造及其对洞室稳定的影响高地应力与围岩稳定问题高压水头问题碎屑流问题外水压力与衬砌问题洞室涌水问题高地温问题有害气体问题冰冻问题几乎隧洞工程中的所有工程地质问题在南水北调工程中都将遇到，而南水北调中的某些工程地质问题将是本工程特有的，在其它工程中不曾遇到的。重点研究的工程地质问题从工程地质的角度讲，南水北调西线工程应重点研究以下工程

7、地质问题：活动性构造及其对洞室稳定的影响高地应力与围岩稳定问题高压水头引起的洞室涌水和外水压力对隧洞衬砌影响问题碎屑流问题高地温问题有害气体问题1活动性构造及其对洞室稳定的影响南水北调西线所穿越的地域属构造相对活动区，活动性构造对长大隧洞的稳定将产生一定的影响。为此在区域调查的基础上，应该分析研究活动性断层活动性，做出区域构造稳定分析，复核工程区各区段的地震基本烈度，研究大地不均匀抬升对隧洞安全稳定的影响，对跨活动性断层的洞段做出专门的稳定分析等。2高地应力与围岩稳定问题由于工程区构造活动频繁，洞室埋藏较深，区域地应力较高

8、，为此应进行现场地应力测试。对特殊洞段应进行应力场三维模型计算分析，进行洞室稳定分析与支护方式研究。3高压水头引起的洞室涌水和外水压力对隧洞衬砌影响问题由于西线输水隧洞一般埋藏较深，数百米至数千米不等，因此地下水为一般远高于隧洞高程。这样在隧洞施工中和隧洞运行时，隧洞将具有较大的外水压力。这一方面在隧洞