【摘 要】錦屏二級水電站引水隧洞處于高山峽谷巖溶地區(qū)，上覆巖體一般埋深1500～2000m，最大埋深約2525m，具有埋深大、洞線長、洞徑大的特點，地質(zhì)條件復雜，主要工程地質(zhì)問題有高地應力、巖爆、突涌水、高地溫、有害氣體、圍巖穩(wěn)定性差及隧洞穿越多條斷層破碎帶等。

　　【關鍵詞】地質(zhì)因素;隧洞開挖;控制作用

　　《質(zhì)量天地》堅持為社會主義服務的方向，堅持以馬克思列寧主義、毛澤東思想和鄧小平理論為指導，貫徹“百花齊放、百家爭鳴”和“古為今用、洋為中用”的方針。

　　隧洞開挖是地下工程，施工工程中存在極大的安全隱患，各種地質(zhì)因素對圍巖穩(wěn)定起到極大的控制作用，準確判斷各種地質(zhì)情況下可能發(fā)生的圍巖變形、坍塌等現(xiàn)象，可有效減少生產(chǎn)事故的發(fā)生，具有極大的社會及經(jīng)濟效益。

　　本文結合錦屏二級水電站3#、4#引水隧洞西端工程施工實際，簡要分析各種地質(zhì)因素在隧洞開挖施工過程中對圍巖穩(wěn)定的控制作用，為類似工程提供參考。

　　1、概述

　　隧洞開挖是地下工程，施工過程中可能發(fā)生巖爆、突涌水、高地溫、有害氣體、塌方、掉塊等事件，對施工人員及設備的安全存在極大的威脅。提前發(fā)現(xiàn)安全隱患，制定相應的處理措施，有效避免安全事故的發(fā)生，對隧洞開挖施工存在極為重大的意義。

　　錦屏二級水電站位于四川省涼山彝族自治州木里、鹽源、冕寧三縣交界處的雅礱江干流錦屏大河彎上，是雅礱江干流上的重要梯級電站。水電站引水系統(tǒng)采用4洞8機布置形式，從進水口至上游調(diào)壓室的平均洞線長度約16.67km，相鄰洞軸中心距60m，洞主軸線方位角為N58?W。引水隧洞立面為緩坡布置，底坡3.65‰，由進口底板高程1618.00m降至高程1564.70m與上游調(diào)壓室相接。引水隧洞洞群沿線上覆蓋巖體一般埋深1500～2000m，最大埋深約為2525m，具有埋深大、洞線長、洞徑大、地質(zhì)條件復雜等特點。

　　本文以錦屏二級水電站3#、4#引水隧洞西端工程為依托，簡要分析各種地質(zhì)因素在隧洞開挖施工過程中對圍巖穩(wěn)定的控制作用，為類似工程施工提供借鑒。

　　2、錦屏二級水電站工區(qū)地質(zhì)條件

　　2.1地貌概述

　　雅礱江是本區(qū)的干流水系，區(qū)內(nèi)流向自洼里向北經(jīng)景峰橋、淇木林后折向東，繼又南折，經(jīng)瀘寧、里莊、大水溝、巴折等地而出區(qū)外，形成一向北凸出的大河彎，常水位面寬70～100m。洼里水面高程約1650m，大水溝水面高程約1326m，河床坡降大，水流湍急。河谷呈“V”形。

　　錦屏山以近南北向展布于河彎范圍內(nèi)，山勢雄厚，重峰迭嶂，溝谷深切，峭壁陡立。山脊多呈尖棱狀、主脊兩側(cè)山梁呈梳狀排列。高程在3000m以上的山峰甚多，高于4000m者有大藥山(4443m)、罐罐山(4480m)、干海子(4309m)、幺羅杠子(4393.2m)、大彎子(4282.6m)等，最大相對高差達3150m。主分水嶺稍偏于河彎地塊西側(cè)，二級水電站支溝多為干谷，各級支溝多見十幾米～數(shù)十米的瀑布或干懸谷。溝谷縱剖面的上、下游較陡，中游較平緩，呈階梯狀變化。

　　區(qū)內(nèi)廣布的碳酸鹽巖地層，由于經(jīng)受強烈的構造、區(qū)域變質(zhì)和急劇的上升作用，巖溶不甚發(fā)育，巖溶地貌景觀不普遍。碳酸鹽巖組成的山體峻峭挺拔，尖峰畢露，碎屑巖組成的山體雄厚平緩，兩者地貌景觀有明顯差別。

　　2.2地層巖性

　　工程區(qū)內(nèi)出露的地層為前泥盆系～侏羅系的一套淺海～濱海相、海陸交替相地層。區(qū)內(nèi)三迭系廣布，分布面積約占90%以上，其中碳酸鹽巖出露面積占70～80%。由于區(qū)內(nèi)經(jīng)受強烈的擠壓，形成非常緊密近SN向展布的復式褶皺。

　　錦屏二級水電站3#、4#引水隧洞西端工程主要揭露的地層巖性為三迭系地層，主要為錦屏山西側(cè)(T1)、雜谷腦組(T2z)、白山組(T2b)、三迭系上統(tǒng)(T3)。

　　1、下三迭統(tǒng)(T1)

　　由綠砂巖、綠泥石片巖、綠砂巖與灰白色或淺肉紅色大理巖呈互層狀或互夾狀。單層厚度在20～60cm不等，其中綠泥石片巖的各向異性明顯，性狀較軟弱。產(chǎn)狀變化較大，但以SN～N20°E W～NW∠75～85°為主，為落水洞背斜核部。

　　2、中三迭統(tǒng)(T2)

　　白山組(T2b)由雜色大理巖與結晶灰?guī)r互層、粉紅色厚層狀大理巖、灰～灰白色致密厚層塊狀臭大理巖等組成。

　　雜谷腦組(T2z)主要巖性為白色～灰白色純大理巖偶夾綠片巖透鏡體、薄層板巖、云母片巖。部分大理巖略具臭味。主要有灰黑色夾灰白色、白色角礫或花斑組成的角礫狀大理巖和花斑狀大理巖、灰色厚層細晶大理巖、灰黑色細晶夾灰白色條帶大理巖或灰白色夾灰黑色條帶大理巖、灰色～灰白色厚層狀細晶大理巖，中、厚層～巨厚層狀，局部夾綠砂巖條帶或透鏡體。

　　3、三迭系上統(tǒng)(T3)

　　主要為砂巖和板巖，在工程區(qū)以西可見到少量泥灰?guī)r。本層厚1400～2025m，自下而上分為：

　　T31：青灰色中～厚層中細砂巖，以中層為主，夾薄層砂質(zhì)板巖。

　　T32：黑色板巖夾少量深灰色細砂巖或粉砂巖、砂質(zhì)板巖。

　　T33：青灰色厚層中粗粒砂巖含泥炭質(zhì)碎片，偶夾板巖。

　　T34：灰黑色板巖夾青灰色粉砂巖，薄層狀，并偶夾薄層泥灰?guī)r。其上部可見砂巖、板巖互層并有含礫粗砂巖及呈透鏡狀之礫巖。

　　3、隧洞開挖對周圍巖體的影響

　　巖質(zhì)洞體自成巖就在地質(zhì)構造力作用下，存儲有構造應力能，因其深埋在山體中應力能釋放條件有限，剩余在巖體、巖層中的原有構造應力能加上后期和現(xiàn)期地質(zhì)構造運動，施加在深埋洞體圍巖中的能量以及受深埋控制的巖體重力能，構成山體中巖體地應力。這種應力能存儲在地質(zhì)體中，故稱之地應力。

　　地應力大小，取決于巖體地質(zhì)，區(qū)域地質(zhì)環(huán)境和埋藏條件。在淺埋洞體，因巖石風化，巖體卸荷和地下水等長期作用中，圍巖體中地應力多已釋放消散，剩下的只是卸荷、風化后巖體的自重力。而在深埋的洞室中釋放條件有限，在高陡邊坡內(nèi)的地應力占地應力比例比較大，故地應力方向斜下傾向谷底。長隧洞深埋體段遠離溝谷，巖體中的構造應力占其主導部位，地應力方向與現(xiàn)區(qū)域應力場相吻合，地應力傾角低緩。

　　現(xiàn)今，在洞體開挖前測得的地應力，是地質(zhì)體形態(tài)和所處地質(zhì)環(huán)境中，新構造運動的力持續(xù)施加補給占相當大的比重。所以測到的地應力方向同構造應力場相吻合，傾伏角度也小。

　　在隧洞未開挖之前，圍巖體都處在深埋的緊固狀態(tài)，深埋長隧洞的開挖，改變了封閉禁錮環(huán)境，人為造就出開放環(huán)境和臨空狀態(tài)，破壞了深埋時的平衡條件，存儲在地質(zhì)中的地應力，就自動調(diào)整向臨空方向擴散聚集，即孔口應力集中。隧洞洞壁(含洞徑2～3倍范圍內(nèi))測出來的地應力多為徑向應力，局部偏斜是地質(zhì)體構造形態(tài)不均一性干擾所致。洞體圍巖地應力集中值大約是原地應力值的2.5～3.0倍或更高，這個集中值超過所在洞段圍巖體巖性抗拉強度時，就會使圍巖表層張剪破壞，出現(xiàn)各種形式的圍巖體破壞(坍塌、邊頂邊墻倒塌、滑塌、結構體松動破壞。。。。。。)。

　　4、不同巖性在洞室開挖時圍巖破壞模式

　　此區(qū)這套副變質(zhì)巖，板巖和片巖是地質(zhì)構造力做功的產(chǎn)物。這些片理和板狀面都是壓扭性結構面，又依巖石性狀及變質(zhì)礦物再進一步定名，如高碳化片巖，綠泥石片巖，薄層狀板巖，含硅質(zhì)板巖……大理巖是石灰?guī)r變質(zhì)而成，亦應物質(zhì)成分，顏色和形態(tài)而細化定名。

　　本區(qū)片巖為碳質(zhì)和含碳泥質(zhì)片巖，部分為綠泥石化片巖，因其低強度，它伴隨巖層強烈褶皺和斷錯擠壓，多成為細碎片狀結構狀態(tài)，受擠壓強烈錯動，時常出現(xiàn)高碳化鏡面或擠壓破碎帶，綠泥石化(結構應力變質(zhì)作用產(chǎn)物)片巖破碎巖帶，如有地下水浸泡飽和就變成Ⅴ類圍巖，它在埋藏山體中時，受擠壓狀態(tài)不存在失穩(wěn)的問題，盡管質(zhì)軟和破碎在地應力作用下，因受壓緊密仍儲存一定數(shù)量的應力能。隧洞開挖改變了被擠壓和周圍環(huán)境，內(nèi)載的應力能作功使其擴容，在洞體周圍一定深度松弛張裂失穩(wěn)坍塌，有地下水時泥化坍塌。

　　錦屏山區(qū)巖層在地質(zhì)構造運動中受小金河斷裂控制，是陸殼板塊碰撞擠壓帶，巖層強烈褶皺，面層陡立、陡傾(時有倒轉(zhuǎn))，走向為NE-NNE向，大體垂直洞體。板狀層面和片理化層面及優(yōu)勢構造面的劈理化面(都是陡傾面)與洞體走向夾角有兩種情況，層間片理及層面因緊閉垂直洞體有利穩(wěn)定。NWW/NE∠60°～70°構造面發(fā)育成的劈理化面與洞體邊墻夾角向甚小，是洞體開挖時最不穩(wěn)定構造面。

　　由于板巖、片巖介質(zhì)的差異性和互層性，在地質(zhì)構造運動中抗力性的差異，而出現(xiàn)破壞不均一性，在局部應力場能作用下扭曲旋轉(zhuǎn)，和雞窩狀破碎。總體可歸結幾種破壞模式：

　　1、層間擠壓破壞垮塌：片巖破碎巖常臨空受重力作用和應力釋放松弛垮塌，破壞邊頂拱及邊墻穩(wěn)定。

　　2、在大理巖與板巖、片巖，因介質(zhì)不均一性，常出現(xiàn)不同規(guī)模的擠壓破碎帶或壓扭性斷裂層帶，開挖時出現(xiàn)塌頂。如F5、F6、f24等。

　　3、板巖和片巖多以互層相伴，在洞體開挖中，遠離大理巖分布(≥50m)時，其中片巖軟質(zhì)受夾擠破碎出現(xiàn)臨空垮塌。

　　4、中厚層狀板巖層面陡傾大體垂直洞體，受構造結構面組合切割(主要是一序次共軛面翻轉(zhuǎn)后成為優(yōu)勢結構破壞面： N50°～70°/NE∠60°～70°及N80°～90°W/ SW∠30°～40°)控制，出現(xiàn)結構體坍塌。

　　(1)左偏型和右偏型的偏層眷型坍塌。

　　(2)右側(cè)上半洞受N50°～70°/NE∠60°～70°劈理化裂隙密集控制，應力回彈張裂倒塌。

　　(3)右側(cè)上半洞受N80°～90°W/ SW∠30°～40°中緩結構面反傾切割N50°～70°/NE∠60°～70°順坡陡傾所組成倒懸三角體，應力回彈松弛滑塌。

　　(4)下半洞開挖是三心馬蹄形的下部，因洞壁內(nèi)收，左側(cè)洞壁開挖面陡角與N50°～70°/NE∠60°～70°優(yōu)勢面(反傾)夾角大于30°，洞壁不易垮塌(破碎巖帶除外)右側(cè)下半洞壁面陡角與N50°～70°/NE∠60°～70°優(yōu)勢面大等相等，洞壁總體穩(wěn)定，僅局部少量垮塌。

　　(5)底板開挖清基又有幾種破壞模式：

　　a、破碎帶和細碎巖因巖爆震動和應力回彈松弛，清基“超挖”

　　b、軟巖受地下水浸泡泥化，清基“超挖”

　　c、多組結構面交切，裂面光滑爆破震動開裂，清基“超挖”

　　d、陡傾裂面受中傾裂面(中緩面)應力回彈松動情面“超挖”

　　e、對傾中傾角面(走向大體一致)切割，裂面光滑，應力回彈松動，清基“超挖”。此乃三角溝槽式“超挖”

　　5、綠泥巖帶：在錦屏二級水電站3#、4#引水隧洞西端工程標中，應力集中在3#洞1+660～1+720段，綠泥巖與其伴生的條紋大理巖受N50°W/NE∠60°斷層切割破碎，開挖后應力回彈擴容和洞體變形，侵占設計開挖斷面，后期需進行二次擴大開挖。亦因巖石質(zhì)軟破碎造成清基“超挖”。其余綠片巖多被錯動破壞夾在斷層破碎帶中，導致塌方。