摘要:介紹了云南省牛欄江－滇池補水工程中大公山輸水隧洞跨越大型地下暗河的處理措施。通過詳細的水文地質調查及示蹤試驗，摸清了暗河的形態及其與隧洞的空間關系。在此基礎上，通過適當的圍巖加固措施，于暗河兩端修建施工橋臺，采取簡支整體箱梁結構的方式跨越暗河。工程實踐表明，該方案具有結構型式簡單、節約工期等優點，且避免了對原暗河水文環境的破壞。

關鍵詞:巖溶;發育特征;輸水隧洞;暗河;牛欄江－滇池補水工程

中圖法分類號: TV672文獻標志碼: A 文章編號: 1001-4179( 2013) 12-0056-03

1工程概述

大公山輸水隧洞是牛欄江－滇池補水工程輸水線路中第二長的隧洞，全長27．23 km，設計縱坡i =0．05%。開挖斷面尺寸(V類圍巖)為5．3 m×5．75 m(寬×高)的城門洞形。襯砌斷面采用底拱半徑4 m、側底拱半徑6 m、頂拱半徑2 m的標準馬蹄形。

大公山隧洞順山勢布置，地形地貌為構造侵蝕中山地貌，山體走向北北東，沿線地面高程在1 913～2 225 m，地形坡度15°～30°。隧洞前半段西側分布有雀吃溝伏流、三起三落伏流、魏所河伏流和潘所海伏流。

在隧洞掘進至樁號6 + 311．976時，揭露一條地下暗河，其通道位于隧洞底板以下。水文地質調查和示蹤試驗結果，基本確定該暗河為魏所河伏流。

2暗河發育特征

2．1形態和規模

水文地質調查和示蹤試驗揭示，暗河源頭為金所盆地魏所河，入口高程1 978 m，距隧洞軸線垂直距離約1．7 km。暗河出口位于三月三水庫北側巖溶泉，高程1 902 m，入口與出口直線距離約3．8 km。暗河與隧洞交叉部位的隧洞底板高程為1 950．12 m，暗河水面高程為1 940．50 m(枯期)，隧洞埋深約105 m。

已揭露區域的暗河溶洞高度最高約16 m，寬度一般為10 m，最寬達15 m，過隧洞段溶洞寬度為12～13m，高度為13～6．5 m(右壁到左壁溶洞高度逐步降低，右壁－中線已連通隧洞底板，中線－左壁有1～3．5 m厚的基巖)。隧洞掌子面中線左側與暗河溶洞頂部連通，右側底板圍巖厚度約0．4～0．8 m。

暗河溶洞基本沿巖層走向發育，總體方向約S40°E，與隧洞軸線交角約70°，暗河流向自NW向SE。暗河上游(隧洞西側)的可見長度約為150 m，河床坡降約1%;暗河下游的可見長度約200 m，前100 m河床坡降約2%～3%，局部有0．5 m跌水，后100 m河床坡降約為5%，水流快速進入約1 m寬的狹窄通道。經測量，枯期暗河流量約1．5 m3/s。

2．2工程地質特征

暗河與隧洞交叉區域位于向斜南西端和一條斷層之間，沿線出露地層巖性為陽新群的灰巖夾白云巖，二迭系下統梁山組石英砂巖、粉砂巖、頁巖夾煤層及石炭系中統的灰巖，堅硬和軟巖約各占一半，巖層走向與隧洞軸向夾角小。巖溶巖體破碎，呈碎裂狀，穩定性總體較差。暗河溶洞基巖地層巖性為石灰系中上統(C2 + 3)灰巖，巖層產狀N20°W，SW∠30°。

暗河與隧洞交叉處的河床中堆積有較厚的巨石、塊石、砂卵石，推測厚度大于5 m，兩岸為淤積黏土、粉細砂，最高點接近溶洞兩邊頂部，厚度約15 m。溶洞內局部坍塌嚴重，上游河床內有3處新近坍塌的巨石、塊石堆積物。

3工程措施

3．1處理原則

根據暗河的發育特點，結合隧洞穿越暗河段水文及工程地質條件，擬定工程處理的基本原則如下。

(1)對隧洞和暗河的相對關系進行準確的勘測調查，充分考慮工程的不可逆轉性，采取全面處理、不留后患的工程措施;

(2)盡可能避免對圍巖原始應力狀態造成影響，并在利用圍巖本身穩定性的基礎上，采取一定的措施提高圍巖強度;

(3)工程措施應不侵占原暗河溶洞斷面，或不改變暗河的現狀過流能力。

3．2方案比選

根據基本處理原則，初步擬定兩個技術方案。

方案一。因隧洞施工采用“新奧法”，擬在開挖期內搭設臨時便橋跨過暗河頂部，襯砌時按簡支整體箱梁結構設計，并適當提高鋼筋混凝土結構設計參數(圖1)。

方案二。在隧洞與暗河交叉點后退20 m的位置(樁號6 + 331．976)對隧洞軸線進行調整，向東側偏移5～8 m，選擇從暗河頂部圍巖覆蓋較厚的區域穿過。

經分析，認為方案二因暗河周邊圍巖條件差，溶蝕裂隙發育，改線后也很難保證隧洞在穿越暗河段開挖時下部圍巖的穩定，仍然可能會造成坍塌連通暗河溶洞頂部，風險較大。方案一雖然采取的技術措施較為復雜，但處理過程可預見、結構安全可控，風險較小。最終選定方案一［1-3］。

3．3開挖期臨時加固方案

(1)從掌子面右側2．5 m處(下部圍巖厚度約1m)用小導坑方式向前掘進至暗河對岸，并在對岸開挖凈深4 m、高度2．5 m的作業平臺。采用“弱爆破、短進尺”的方式開挖。每次爆破并排險清渣完成后，立即對新鮮巖面進行加強支護，具體措施為:全斷面掛Φ6．5@200 mm×200 mm鋼筋網，噴射C20混凝土厚100 mm，同時設置間排距為1．5 m×1．5 m的砂漿錨桿(Φ22，L = 3 m)。

通過開挖掘進時對圍巖完整性的判斷以及所采取的加強支護措施，確保對岸作業平臺能夠作為施工便橋橋臺使用，并具備永久使用的整體穩定性。

(2)暗河溶洞揭露處的隧洞底板(暗河頂部)圍巖較為單薄。為提高暗河圍巖穩定性，在洞軸線兩側各7．5 m范圍內對暗河頂部和左右兩壁進行加固。具體措施為:全斷面掛Φ6．5@ 200 mm×200 mm鋼筋網，噴射150 mm厚C20混凝土，同時設置間排距為1．5 m×1．5 m的砂漿錨桿(Φ22，L = 3 m)，錨桿盡量垂直于巖體節理面。

另外，還在開挖期內設置臨時變形監測斷面，通過監測結果擬定后期混凝土襯砌技術參數。

(3)施工便橋采用I32b工字鋼搭設，長12 m，間距25 cm，隧洞上游平臺搭設長度為3 m，下游平臺搭設長度為4 m，中部暗河頂空腔區域5 m。為加強便橋支撐端的整體受力，使支點處受力狀況由線狀轉化為面狀，在兩個橋臺底板先行鋪設鋼板，鋼板寬4 m，縱向長2．2 m，厚20 mm。同時，在橋底增設橫梁，以加強便橋的整體連接和穩定性，橫梁為I32b工字鋼，長5 m，間距1．5 m。便橋上部鋪設厚2 cm的鋼板，鋼板上滿鋪枕木，再回填10 cm厚碎石墊層作為橋面。

對橋梁進行結構強度計算(按簡支梁形式)表明，工字鋼主梁的抗彎、抗剪能力及整體撓度均滿足規范要求，滿足開挖期內機械設備安全運行要求(按最重為17 t的出渣車考慮)。

3

鑒于復合土工膜部分現場觀測成果合成材料在工程應用中具有一定的抗老化能力，故有些國家的某些文件中對其使用年限作了較為寬限的規定，如前蘇聯BCH07-74《土石壩應用聚乙烯防滲結構須知》中規定，聚乙烯土工膜可用于使用年限不超過50年的建筑物。奧地利林茨公司發表的“聚丙烯復合土工膜土工合成材料的長期性狀”一文中的結論寫道：“對聚丙烯的15年以上的現場應用經驗表明，它們的化學和生物穩定性高；織物的最大損壞是在施工中；鋪設以后沒有大變化；……可預期超過100年的穩定性。

開挖期間的安全監測未發現兩處橋臺位移變形，暗河兩側圍巖較為完整穩定，結合地質勘探結果，確定了永久襯砌處理方案，見圖1。

(1)為了進一步加強暗河兩側橋臺巖體的整體穩定性，防止襯砌混凝土荷載壓迫致使巖體沿節理面滑動，在兩個橋臺底板布置系統錨桿(Φ22，L = 4．5 m)，間排距為1．5 m×1．5 m。錨桿深入巖體4 m，外露部分采用L型鋼筋與襯砌底板內側鋼筋焊接相連。

(2)跨暗河段襯砌斷面作為整體箱梁斷面，按簡支梁結構設計，長度為15．6 m。該段配筋按雙層筋布設(原設計為單層筋)，隧洞環向主筋和縱向分布鋼筋為Φ22@200，底板縱向鋼筋(簡支梁受力鋼筋)調整為Φ28@150，襯砌厚度50 cm。混凝土采用C35抗硫酸鹽混凝土、抗滲標號W8。該段混凝土澆筑時不得分段分期，一次澆筑成型。

(3)完成永久襯砌前，對暗河內堆積的石渣(開挖時掉落)進行清理，以保證恢復原暗河過水斷面。

4處理效果

自確定處理方案開始，于7 d內完成對岸橋臺開挖及隧洞周邊圍巖加固處理，5 d內完成暗河頂部和兩側巖壁的加固處理，3 d內完成便橋搭設。臨時處理方案完成后，周邊圍巖結構穩定，無塌方和變形現象，有效保證了前方掌子面的開挖掘進施工，保障了建設工期。

臨時便橋完成并恢復開挖后7個月，在第二年的汛期來臨前對該段進行永久襯砌。襯砌完成后經3個月時間的觀測，襯砌斷面無變形沉降現象，混凝土外觀無裂痕。

通過對暗河入、出口的流量及水質進行監測，與施工前對比，無異常現象，通過襯砌底板預留的觀測孔觀察也發現，汛期時暗河內過流正常，無涌水堵塞現象。

5結論

實踐證明，大公山輸水隧洞跨越大型地下暗河的處理方案是成功的。在其施工過程中有以下幾點體會。

(1)隧洞穿越暗河施工時，必須展開細致的地質勘查，摸清暗河的流向、流量等基本情況，了解其水文地質條件。對隧洞與暗河的交叉區域，要進行準確的測量工作，以查清暗河形態以及暗河與隧洞的空間關系。

(2)采取的“對岸橋臺開挖及支護－暗河圍巖加固處理－臨時便橋搭設－前方掌子面正常掘進－完成永久襯砌”的工程處理措施是合理有效的，確保了隧洞施工和長期運行的安全，也降低了工期延誤的風險。

(3)在方案選定時，應考慮與周邊環境因素相結合，減小施工影響，要避免形成二次破壞甚至多次破壞。比如本案例中，經對圍巖作適當加固處理，利用了原有圍巖整體性，沒有對橋臺巖體進行開挖重建，減小了工程投資，也節約了施工時間。

(4)要盡可能保持暗河的原有功能，避免對當地水文環境帶來影響。

參考文獻:

［1］張立德，周小兵，趙長海．軟巖隧洞設計與施工技術［M］．北京:中國水利水電出版社，2006．

［2］鄒成杰．水利水電巖溶工程地質［M］．北京:水利電力出版社，1994．

［3］關寶樹．隧道工程施工要點集［M］．北京:人民交通出版社，2011．

作者簡介:龍慶波，男，工程師，主要從事水利工程建設管理工作。