齊熱哈塔爾水電站引水隧洞高地溫表現與對策

趙國斌，程向民，孫旭寧

(1.中水北方勘測設計研究有限責任公司 勘察院，天津 300222;2.武警水電部隊 第七支隊，江西 南昌 330103)

0 引言

高地溫是深埋長隧道工程的一種地質災害，一般認為當隧洞內氣溫達到28℃時，施工中就要采取適當的降溫措施。如瑞士圣格達公路隧洞規定，洞內氣溫達到28℃即停止掘進，采取降溫措施。當溫度超過35℃、濕度超過80%時，會對作業人員的健康和安全產生嚴重危害，使機械設備效率降低、故障增多和勞動生產效率下降。

由溫泉引起的高地溫問題在日本隧洞工程中較為常見。如新清水隧道，全長為13.49 km，最大埋深約1 200 m，采用鉆爆法施工，全洞有溫泉涌出的地段長約1 km，工作面氣溫一般為26～32℃，地溫為29～35℃。針對高地溫問題，隧洞施工方在可能存在高地溫的地段進行了超前勘探，水平超前鉆孔深20 m，主要目的是探查有無溫泉。施工措施方面，在可能地段進行化學灌漿，在高地溫洞段采用了加強通風、工作面灑水等降溫措施;另外，在覆蓋層厚度不大處開挖通風豎井，使得工作面條件得到顯著改善。由于實際揭露的高地溫隧洞工程實例較少，因此，這方面的研究表現的極為不足。

本文介紹了齊熱哈塔爾水電站引水隧洞施工過程中出現的高地溫現象，并簡要介紹了施工過程中采取的措施。

1 引水隧洞工程概況［1］

齊熱哈塔爾水電站位于中國新疆喀什地區，地處喀喇—昆侖山區，構造運動強烈，距工程300 km 范圍內有發震斷裂。

引水隧洞全長15.639 km，最大埋深達1 720 m，大多數洞段圍巖為較完整的片麻狀花崗巖，地應力高，地下水貧乏，易于熱量積聚，且不利于散失。地溫梯度一般為2～2.5℃/100 m，QZK14 孔、QZK45 孔地溫梯度顯著異常，分別達11℃/100 m 和8.1℃/100 m。另外，在隧洞附近發現有溫泉活動，水溫達62℃。中水北方公司勘察報告結論:圍巖溫度超過28℃洞段累計長度超過5 km，部分洞段地溫可能高達60℃左右。因此，隧洞高地溫問題非常突出。

2 引水隧洞高地溫特征

文獻［2］中描述了引水隧洞施工過程中的高地溫出露情況，主要表現為:

(1)洞壁巖體溫度高。自樁號Y7 +100 起，開挖后洞壁和掌子面溫度達到35℃，空氣溫度達到30℃。樁號Y7 +100～Y8 +000 總長900 m 洞段范圍內溫度呈現出逐漸增高的趨勢，最高達到72℃。

(2)裂隙或斷層出水的水溫高。樁號Y10 +400洞段，沿裂隙滴水或線狀流水，水溫一般在45℃以上。

(3)沿裂隙或斷層帶噴蒸汽。樁號Y8 +038～Y8+110 洞段發育4 條斷層，斷層產狀NW320°，傾SW，傾角近直立，寬度一般在0.5～1 m 之間，與洞線走向垂直，對洞壁穩定影響不大，但有蒸汽自斷層噴出，有一定壓力，且溫度極高，蒸汽溫度最高達到172℃，實屬罕見。

(4)空氣溫度高。巖壁溫度高的洞段，空氣溫度高于28℃，按標準或規程規范規定達到高地溫的限值。

3 引水隧洞高地溫的影響

洞內溫度超過30℃時，對施工會造成極大的影響，一般包括:

(1)洞內溫度高，濕度大，工人容易中暑，設備在高溫環境下效率降低極大，從而導致施工效率大大降低。

(2)掌子面巖體溫度高，最高達到92℃，在此溫度下，爆破用乳化炸藥極易融化，從而造成補炮現象頻繁;另外，在巖體溫度超過55℃時，使用普通硝銨炸藥會產生膨脹，導爆管將產生不可恢復變形，將出現啞炮或炸藥失效的情況，造成極大的安全隱患，嚴重影響開挖進度。

(3)高溫熱水的噴濺危害，在斷層高溫帶往往伴隨有地下溫泉，一旦發生大流量高溫熱水，對人體和機械都將產生極大的危害。

(4)影響測量精度。溫度對測量儀器的影響是比較大的，在高溫情況下，濕度較大，測量儀器在放線時易產生誤差。

(5)影響一次支護質量。本工程中高地溫洞段有時會發生巖爆，洞壁溫度高，因為噴混凝土是薄壁結構，巖壁溫度過高，會將噴混凝土的水分蒸發掉，在其初凝前硬化。樁號Y7 +700 洞段出現了巖爆區防護采用噴射混凝土失效的現象。

上述分析認為，高地溫洞段對隧洞的影響主要集中在施工過程，而對于隧洞貫通后的襯砌混凝土質量以及運行期冷熱循環條件下襯砌混凝土的耐久性尚需展開研究。

4 引水隧洞高地溫洞段施工措施

4.1 高地溫洞段超前地質預報

現場施工揭露情況表明，高溫氣體沿小規模斷層噴出，斷層寬度在0.3～0.8 m 之間，走向與洞室走向近似垂直，因此，建議超前地質預報應以判斷前方巖體完整性為主要目的，采用超前水平鉆探和TSP201 系統探測相結合的方式進行。

(1)超前水平鉆探:在掌子面中心進行水平鉆探以判斷前方巖體的完整性，水平鉆孔距洞底1.5 m，最大進尺20 m，鉆探過程中記錄鉆進速度、是否卡鉆等現象。

(2)TSP201 系統探測:采用TSP201 系統預測掌子面前方的巖體完整性，預測距離100 m。

實際過程中，超前水平鉆探由于其直觀、高效，最主要的是不受洞內高達50℃以上空氣溫度的影響，避免了TSP201 系統受高溫影響造成的預報誤差，因此，在本工程高地溫洞段施工過程中以超前水平鉆探的方式完成超前地質預報。

4.2 高地溫洞段施工措施

(1)灑水降溫。在巖壁溫度低于50℃的洞段，采用向洞壁和掌子面噴灑涼水的方式使溫度有效降低，但在巖壁溫度超過50℃的洞段，涼水容易霧化，反而增加了洞內的濕度，產生悶熱的感覺。

(2)加強通風。通風量的大小和風速對使洞內空氣溫度大幅度降低。如在樁號Y7 +800 洞段，掌子面開挖后巖壁溫度已達到72℃，空氣溫度保持在65℃，采用蓋亞風機對洞內加大通風量，并增加風速，空氣溫度基本保持在40℃左右;降低溫度的同時對洞內空氣溫度也得到凈化，并降低了空氣濕度。

(3)冰塊降溫。本工程中采用冰塊降溫的方式起到了一定的效果，通過將冰塊放置在通風口，使冰塊融化吸熱，并將冷空氣加速循環，使得洞內溫度得到有效的降低，缺點是需要建造制冰系統，并保證系統的正常運行的費用較高。

(4)必要時要采用耐高溫炸藥和其他火工材料，以避免因啞炮造成安全問題。

(5)對高地溫洞段加強超前地質預報，采用超前地質鉆探和物探技術驗證前方地質條件，避免因巖體不完整而造成高溫地下水的涌出，在本工程中要注意高溫氣體的噴出。

5 小結

齊熱哈塔爾水電站引水隧洞是目前施工難度較大，高地溫問題最為嚴重的工程之一，施工中揭露的高地溫情況非常具有代表性，其以蒸汽的方式從裂隙或斷層中噴出的現象極為罕見。因此，對其成因及對工程的影響需進一步研究。另外，高地溫洞段施工方法和襯砌方式也是值得探討的。本工程的高地溫現象為其他地下工程施工具有非常重要的指導意義。

［1］中水北方勘測設計研究有限責任公司勘察院.齊熱哈塔爾水電站初步設計階段工程地質勘察報告［R］.天津:中水北方勘測設計研究有限責任公司勘察院，2011.

［2］趙國斌，程向民.齊熱哈塔爾水電站引水隧洞高地溫問題研究［J］.現代隧道技術(增刊)，2012，49:264－265.