某深埋特長隧洞線路比選方案研究

王旺盛，陳長生，吳曉華

(長江三峽勘測研究院有限公司（武漢）,湖北 武漢 410074)

某深埋特長隧洞線路比選方案研究

王旺盛，陳長生，吳曉華

(長江三峽勘測研究院有限公司（武漢）,湖北 武漢 410074)

滇中引水工程香爐山隧洞為特長深埋隧洞，起點位于沖江河右岸石鼓鎮，終點位于洱海邊的長育村，此前已對該段進行東、中、西等多方向的較大范圍線路比選[1]。通過已有地質資料進行線路對比，提出了8條比選線路，從各線路長度和形態，存在的主要工程地質問題，隧洞地質、施工條件等進行比較、分析、研究，最終選定中4線為推薦方案。論文簡要介紹了隧洞線路選線方案、比選的思路和方法，以期為相關工程的規劃設計提供參考。

線路比選；工程地質條件；巖溶疏干；方案研究

1 工程概況

滇中引水工程項前期在對石鼓～長育村段走向進行東、中、西等多方向的較大范圍線路比選后，推薦了斜穿金沙江與瀾滄江分水嶺－馬耳山脈的香爐山隧洞方案（即中線方案）（圖1）。香爐山隧洞是滇中引水工程涉及地質問題最多，全線深埋且為控制整體工期的關鍵性工程，為輸水總干渠深埋長隧洞的最典型代表。

經對前述東線、中線及西線方案進行了優化：中東線方案分為東1線、東2線；西線方案分為西1線、西2線。西1線因涉及到與石鼓泵站方案的銜接問題及沖江河以上線路的較大調整，基本被否定；中線方案分為中1線、中2線、中3線、中4線，其中重點比選推薦的為中2線、中4線（圖2）。

通過地質測繪、地質勘探、物探、水文試驗等綜合勘察成果，綜合對比分析后推薦的線路為中4線。中4線隧洞全長60.87km，最大埋深1 396m；埋深大于600m洞段長36.93km，占總洞長的60.7%，埋深大于1 000m洞段長13.23km，占總洞長的21.7%；穿越軟巖累計長度16.83km，占總洞長的27.6%。

2 地質概況

香爐山隧洞線路比選區地處橫斷山北部高山峽谷區與滇中高原盆地山原區交接部位橫斷山系滇中盆地山原區之滇中紅色高原亞區，中線穿越鶴慶、麗江、拉什海、九河、劍川、洱源等盆地所夾持的南北向分水嶺－馬耳山后經松桂、芹河、北衙、下河壩至洱海邊的玉石廠，東線斜穿馬耳山、鶴慶盆地、鶴慶東山，過東山河后與中線在松桂相接，西線則穿越在九河-劍川以西的老君山東麓、洱源盆地南側及右所盆地北麓后至玉石廠[2]。

線路穿越的馬耳山脈山嶺渾厚，東西寬10～15km，南北長約90km，地勢陡峻，地形較連續，總體呈北高南低，山頂高程一般2 760～3 500m，最高為北衙西側的馬鞍山，高程3 958.4m。山嶺間巖溶洼地、坡立谷分布廣泛，如拉什海至太安一帶，分布高程2 500～2 700m，花音、汝寒坪、吾竹比以及安樂、馬廠等地，分布高程2 800～3 000m，七河鄉后山一帶，分布高程3 100～3 300m；線路區還分布兩個大的斷層槽谷—白漢場槽谷（高程2 450m左右）和汝南河槽谷（高程2 550m左右），近北東向展布。山嶺東側為鶴慶盆地，西側為劍川盆地，兩盆地高程2 200m左右；北側及北東側為拉什海和麗江盆地，前者地面高程2 437～2 500m，后者高程2 400m左右，上述盆地周緣多有巖溶泉出露[3、4]。

圖1 香爐山隧洞東、中、西三條引水線路比較示意圖

中線（含4條比較線）主要下穿白漢場水庫、汝南河、花椒箐、銀河箐、蝙蝠箐等水系，其中以汝南河規模最大。鶴慶東山比較線路（東線）主要經過白漢場水庫、吉子水庫，然后橫穿鶴慶盆地，沿鶴慶東山下穿，在西甸村橫跨東山河，最終到達終點松桂。

區內地層自前古生界前寒武系（An∈）至新生界第四系均有出露，各比選引水線路主要穿越上第三系（N）、下第三系（E）、三疊系（T）、二疊系（P）、泥盆系（D）、前寒武系（An∈）等地層。其間零星分布有不同時期的侵入體及巖脈。

香爐山隧洞研究區地處滇藏“歹”字型構造體系與三江南北向構造體系復合部位，一級大地構造單元松潘—甘孜褶皺系、蘭坪—思茅褶皺系與揚子準地臺交界部位，地質構造背景十分復雜，區內斷裂、褶皺發育。

研究區地表碳酸鹽分布較廣（圖3），地表巖溶發育較強烈，主要發育于三疊系北衙組灰巖、白云巖、泥盆系康廊組灰巖和第三系灰質角礫中（圖4），主要巖溶形態類型有石峰（丘）、石林、石牙、溶蝕洼地、溶溝、溶槽、漏斗、和槽谷等地表巖溶形態以及落水洞、溶洞、地下管道系統等地下巖溶形態。特別是強巖溶化地層北衙組灰巖中該類巖溶形態發育較為齊全。

圖2 香爐山隧洞線路比選地理位置示意圖

圖3 灰巖分布范圍示意圖

圖4 灰巖巖溶現象分布示意圖

3 選線原則

線路比選的原則盡量規避重大巖溶疏干地質環境問題、線路順直較短、施工布置便利、施工措施可行，線路遭遇的工程地質問題容易處理。也就是經濟性和技術可行性，地下水環境的可控性。

4 線路比選

1）線路長度和線路形態比較。中線方案最短，西線方案最長，東線方案居中。西2線比中線長約23km，東1線比中線方案長約8km。

2）各線路造成或規避巖溶疏干環境地質問題的情況比較。

中線方案疏干最嚴重，巖溶疏干問題集中在鶴慶西山巖溶系統的Ⅳ－5、Ⅳ－6子系統，這兩個巖溶系統的排泄泉為鶴慶盆地南端的重要生活生產用水水源泉，地下水疏干社會影響較大。中線方案各線中以中3線規避情況最好。東線方案巖溶疏干中等，嚴重影響Ⅳ-1巖溶子系統，對拉什海、文筆海和鶴慶東山巖溶水系統也有一定影響。西2線最優，不存在重大疏干影響。

3）各線路存在的主要工程地質問題比較。

從穿越區域性斷裂來看，西2線最差，中線方案與東線方案較好。從隧洞埋深與地應力的方面來看，東線方案最優，西2線次之，中線方案較差。另外，深厚覆蓋層成洞問題對東1線有制約影響。西2線軟巖成洞問題相對較突出。對應于巖溶疏干地下水問題，中線方案與東線方案的涌突水問題較嚴重。

三個方案線路均遇到煤系地層，但東線方案上無具開采價值煤系地層，因此東線方案略好，中線方案部分線路段穿越黑泥哨煤礦，但影響有限，西2線多處穿越N1s、N2s（第三系富煤地層），存在較大的瓦斯風險，此外西2線存在地熱、膏鹽等問題。

4）各線路隧洞施工條件比較。

東、中、西三個線路方案均為深埋長隧洞，比較施工條件優劣不僅是比較單洞長度，比較施工支洞（豎井、斜井）的難易程度和工作量也是非常重要一項內容。從施工條件來講，如果高地熱不形成制約因素，西2線略好，中線方案次之，東線方案中東1線存在制約因素，東2線較好。

5）各線路隧洞主要地質條件比較。

香爐山隧洞各線路代表性方案主要工程地質、水文地質條件對比見表1。

從上表可以看出，各比較方案代表性線路涉及的主要工程地質及水文地質問題大體相當，但每條線路有各自的問題特點：①穿越巖溶系統的涌水突泥問題：西2線相對較好；②地震高烈度區、區域性斷裂及其活動性問題：基本類似；③斷裂帶成洞及涌、突水問題：西2線與斷裂長距離伴行及蒼山段與諸多斷裂交匯部位更為突出；④斷裂帶成洞及涌、突水問題：西2線與斷裂長距離伴行及蒼山段與諸多斷裂交匯部位更為突出；⑤高地溫、軟巖大變形等問題：西2線穿越高地熱問題突出；⑥高地應力問題：各線路情況相當；⑦煤系、膏巖地層問題：西2線更為突出；⑧深厚覆蓋層問題：東1線穿鶴慶盆地（長約6km）半成巖粘性土成洞問題；⑨第三系下伏地層問題：西2線地表第三系地層長約55km，下部隱伏的雙層結構很難通過常規勘察手段查明，存在何種工程地質問題難以判別。

從主要地質條件來講，中線方案最好，東線方案次之，西2線最差。

5 比選結果

西2線雖然規避了重大巖溶疏干的巖溶水文地質環境問題，但因長距離穿越在第三系盆地下部，存在較多的未知因素，且線路較中線方案增加約23km，將會大幅增加投資，同時還遭遇高地熱、煤系地層、膏鹽地層、長距離伴行區域活斷層等問題，因此該線路在線路比選中不存在優勢。

東線方案比中線方案長約8～23km，且未完全規避鶴慶西山巖溶系統的地下水疏干問題，同時涉及文筆海巖溶系統和鶴慶東山巖溶系統；另外，東1線路上200m深的覆蓋層豎井施工和盾構穿越存在較大施工難度，因此東線方案在線路比選中亦無太大優勢。

中線方案在比選方案線路中長度最短，雖然存在巖溶疏干鶴慶西山地下水的可能性，影響鶴慶、劍川生產生活用水，但已規避了Ⅳ-1、Ⅳ-2、Ⅳ-3、Ⅳ-4等巖溶斷塊的子系統（或與巖溶斷塊對應的清水江巖溶系統），只剩下Ⅳ-5、Ⅳ-6兩個子系統無法完全規避，可能會造成一定的地下水環境影響，但這兩個巖溶子系統可以通過強化勘察研究來查明，制定相應的工程措施加以控制和克服。中線方案主洞TBM施工和鉆爆法施工相結合的方案基本可行。因此推薦中線方案。

表1 香爐山隧洞線路方案比選地質條件對比表

中線方案的4條線路中，由于各線路與鶴慶西山分水嶺均為大致斜切的關系，中1線和中2線更靠近鶴慶一側，中3線最靠近西側的清水江。中4線大致居中，這也是勘察研究過程中從多方面分析逐步優化擬定的，該線路在完全規避Ⅳ-1、Ⅳ-2、Ⅳ-3、Ⅳ-4巖溶斷塊的同時，由于更靠近分水嶺，也將對馬廠巖溶子系統（Ⅳ-5）的影響降到了最低，對西側的清水江巖溶水系統的影響也可控。因此推薦中線方案中的中4線。

6 結語與建議

通過工程地質條件、巖溶疏干問題、隧洞施工技術、投資等多方面比選，中線方案具有最大優勢，因此選擇中線方案為推薦方案。隨著勘察研究不斷深入，針對中線方案主要的巖溶疏干問題進行線路逐步優化，最終推薦中4線。

建議對中4線加密Ⅳ-5、Ⅳ-6巖溶系統勘探，盡量查清巖溶管道發育的下限高程和平面位置，為巖溶疏干防治提供可靠的地質依據。同時設計與施工加強巖溶地下水疏干的防治措施研究。

[1] 瞿菊霜，等．滇中引水工程規劃研究[J]．人民長江，2013（10）.

[2] 李秀云，等．川西滇北引水區河流水質特性與治污調水研究[J]．地球信息科學，2000（4）．

[3] 王爽．滇中引水"解渴"云南[J]．創造，2010（9）.

[4] 馮健，等．滇中引水工程對洱海水環境影響[J]．中國水利水電科學研究院學報，2012（4）．

Comparison and Selection of Schemes of A Deeply Buried Long Tunnel Route

WANG Wang-sheng CHEN Chang-sheng WU xiao-hua (Three Gorges Geotechnical Consultants Co., Ltd., Wuhan 410074 )

The Xianglushan Tunnel of the Central Yunnan Diversion Works is a deeply buried long tunnel extending from Shigu Town by the Chongjiang River to Changyu Village on the shore of the Erhai Lake. This paper makes choice of 4 routes among 8 routes on the basis of geological data, giving arguments of the choice.

diversion works; engineering geological conditions; route selection; karst dewatering; scheme study

P642

A

1006-0995（2014）04-0590-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2014.04.027

2014-03-26

王旺盛（1983-），男，河南沈丘人，工程師，從事地質工程研究工作