淺談黔中水利樞紐一期工程桂松干渠隧洞地質超挖問題

任興隆，張 斌

(貴州省水利水電勘測設計研究院有限公司，貴州 貴陽 550002)

1 工程概況

黔中水利樞紐一期工程包括水源工程和一期輸配水工程，一期輸水工程包括總干渠工程、桂松干渠工程、一期支渠工程及麻線河輸水至紅楓湖和通過干河輸水至松柏山水庫調節后向貴陽供水。

桂松干渠總長85.542 km，泵站兩座，其中明(暗)渠41.216 km、占48.18%，渡槽4.59 km、占5.37%，隧洞39.736 m、占46.45%。渠首大山哨隧洞設計凈空斷面3.4 m×4.24 m、設計流量14.571 m3/s，渠末凱掌隧洞設計凈空斷面2.0 m×2.437 m、設計流量4.018 m3/s，單洞最大長度8.578 km。

本工程隧洞在施工過程中，主要采用鉆爆法施工，每回次2.5 m～3.0 m。目前已全部施工完成，并完成小流量通水。

2 基本工程地質概況

桂松干渠沿線經過區地貌從桂家湖至革寨水庫為溶丘洼地到峰叢洼地過渡，革寨水庫至凱掌水庫為溶丘坡地、峰叢洼地、殘丘坡地，局部剝蝕侵蝕丘陵。

桂松干渠經過區主要分布的地層由老至新分別為泥盆系火烘組(D2h)、桑郎組(D3s)、堯梭組(D3y)，石炭系巖關組(C1y)、大塘(C1d)、擺佐群(C1b)、黃龍群(C2hn)、馬坪群(C3mp)，二疊系梁山組(P1l)、棲霞組(P1q)、茅口組(P1m)、龍潭組(P2l)、長興組(P2c)、大隆組(P2d)，吳家坪(P2w)，三疊系大冶組(T1d)、永寧鎮(T1yn)、關嶺組(T2g)、發朗組(T2f)、江洞溝組(T2j)及第四系(Q)地層，局部存在相變。

工程區所處構造單元屬揚子準地臺(Pt)─黔北臺隆(Z-T)─遵義斷拱(D-C)─貴陽復雜構造變形區(I1A3)。

桂松干渠位于貴州中部丘原盆地及寬緩分水嶺地帶，河流、水系切割不深，一般小于200 m。從安順至貴陽東南部地下水類型多屬溶洞—管道水，北西部多屬溶隙—溶洞水分布區。地下水分布、富水情況極不均一。灌區巖溶發育，河流明暗交替，多屬雨源型河流。在谷地及洼地中，地下水埋藏較淺，一般潛水埋深小于20 m，分布極不均勻。靠近深切峽谷岸坡地帶，地下水埋藏逐漸變深。干渠沿線地表水系與區域構造一致，沿線地下水以相鄰溝谷為排泄基準面，在T1y、C3mp、C2hn、P1m、P1q、D3d、T2g2、T2g3等碳酸鹽巖分布地段，巖溶發育，地下水為裂隙溶洞水與溶洞裂隙水，在P2w、C1d1碎屑巖分布地段，地下水為基巖裂隙水，在T2g1碳酸鹽巖夾碎屑巖地段，地下水為裂隙溶洞水，巖溶發育弱。

3 隧洞洞室圍巖情況

3.1 初步設計階段洞室圍巖劃分情況

初步設計階段隧洞總長33970.4 m，其中Ⅲ類圍巖的總長為20734 m、占隧洞總長的61.28%，Ⅳ類圍巖的總長為7936.4 m、占隧洞總長的23.46%，Ⅲ～Ⅳ類圍巖的總長為2094 m、占隧洞總長的6.19%，Ⅴ類圍巖的總長為3430 m、占隧洞總長的9.07%。

3.2 招標階段洞室圍巖劃分情況

招標設計階段隧洞總長36842.93 m，其中Ⅲ類圍巖的總長為24141.43 m、占隧洞總長的65.5%，Ⅳ類圍巖的總長為7554.2 m、占隧洞總長的20.5%，Ⅲ～Ⅳ類圍巖的總長為2549 m、占隧洞總長的6.9%，Ⅴ類圍巖的總長為2305.3 m、占隧洞總長的6.3%，Ⅳ～Ⅴ類圍巖的總長為293 m、占隧洞總長的0.8%。

3.3 施工圖設計階段洞室圍巖劃分情況

施工圖設計階段隧洞總長為39484.68 m，其中Ⅲ類圍巖的總長為24423.268 m、占隧洞總長的61.9%，Ⅳ類圍巖的總長為7711.084 m、占隧洞總長的19.5%，Ⅲ～Ⅳ類圍巖的總長為2523 m、占隧洞總長的6.4%，Ⅴ類圍巖的總長為4002.848 m、占隧洞總長的10.1%，Ⅳ～Ⅴ類圍巖的總長為265 m、占隧洞總長的0.8%，特殊地質洞段總長為559.5 m、占隧洞總長的1.3%。

3.4 實際開挖揭露洞室圍巖劃分情況

實際開挖揭露隧洞總長39735.948 m。Ⅲ類圍巖的總長為19151.27 m、占隧洞總長的48.2%，Ⅳ類圍巖的總長為8444.61 m、占隧洞總長的21.25%，Ⅴ類圍巖的總長為9344.3 m、占隧洞總長的23.52%，特殊地質洞段總長為2795.298 m、占隧洞總長的7.03%。

3.5 對比分析

(1)實際開挖揭露與初步設計階段相比

隧洞增長5901.548 m，Ⅲ類圍巖減少了1582.73 m，Ⅲ～Ⅳ類圍巖減少2094 m，Ⅳ類圍巖增加了508.21 m，Ⅴ類圍巖增加了5914.3 m，特殊地質洞段增加了1150.19 m(考慮初步設計階段的預巖溶率)。特殊地質洞段增加的主要原因在于新增的小白巖下游短隧洞、老廣寨隧洞、松樹林隧洞、猛壩隧洞等全洞段均為特殊地質洞段。

(2)實際開挖揭露與招標設計階段相比

Ⅲ類圍巖占比減少了13.4%，Ⅲ～Ⅳ類圍巖、Ⅳ～Ⅴ類圍巖變為0，Ⅳ類圍巖占比增加了0.9%，Ⅴ類圍巖占比增加了17.3%，特殊地質洞段占比增加了2.9%，主要原因在于增加老廣寨隧洞、松樹林隧洞、猛壩隧洞、橋邊隧洞、大蘆壩隧洞，對落木灣隧洞、小白巖隧洞、大偏山隧洞、將軍坡隧洞進行大的改線調整，增加的或改線調整的隧洞地質圍巖多為Ⅴ類或特殊地質洞段，從而使Ⅲ類圍巖占比減少、Ⅴ和特殊地質洞段增加。

(3)實際開挖揭露與施工圖設計相比

Ⅲ類圍巖占比減少了9.7%，Ⅲ～Ⅳ類圍巖、Ⅳ～Ⅴ類圍巖變為0，Ⅳ類圍巖占比增加了1.9%，Ⅴ類圍巖占比增加了13.5%，特殊地質洞段占比增加了1.8%，主要原因在于Ⅲ～Ⅳ、Ⅳ～Ⅴ類圍巖的調整及隧洞提前進洞或推遲出洞，從而使Ⅲ類圍巖占比減少、Ⅴ和特殊地質洞段增加。

4 超挖原因分析

隧洞的開挖在目前國際國內流行的主要施工方法有鉆爆法和TBM兩種，本工程主要采用鉆爆法施工。地質超挖主要分為可預見和不可預見的地質原因引起，不可預見地質原因引起的超挖工程量及相應增加的支護和回填工程量明確可以計量。

由于本項目為線性工程，沿線巖溶水文地質條件復雜，隧洞多位于峰叢洼地、峰林谷地之中，隧洞淺埋、巖溶發育、工程地質條件變化較快是造成超挖嚴重的主要原因，還有就是歷史原因(為上項目控制投資)。本工程在招標階段Ⅲ類圍巖占隧洞總長的65.5%、實際揭露的Ⅲ類圍巖占隧洞總長的48.2%，而貴州同類型的大型水庫干渠Ⅲ類圍巖劃分僅占隧洞總長的38.9%。

5 地質超挖最終認定

根據工程經驗，地下水增大變化、順向側滑移、軟硬相間巖體、不良地質段與完整巖石接觸帶等引起的超挖屬不可預見的地質原因，可以認定，但認定難度太大、存在的爭議較多，主要原因在于上述認定原則目前沒有規程規范或技術標準等明確界定[1]。同樣，隧洞的后期超挖、垮塌與設計的一期或臨時支護措施也存在密不可分的關系，最為重要的是與施工單位的技術水平和管理水平相關，同樣的地質條件、相同的圍巖，不同水平的施工單位開挖的水平也完全不同，從而導致的超挖也大相徑庭。

通過對各階段圍巖類別化分對比分析，結合參見各方的意見與建議，按照實際開挖揭露與招標作為對比是最合適的，兼顧到了各方利益問題。最終黔中水利樞紐一期工程桂松干渠的隧洞地質超挖認定以招標階段劃分的圍巖類別為基礎，實際開挖揭露的洞室圍巖與招標階段劃分的圍巖類別變化引起的超挖認定為不可預見的地質原因引起的超挖，給予計量。在按照圍巖變化對比認定的同時考慮一定的特殊情況，比如薄層水平巖層的拱頂超挖認定為不可預見的地質原因引起的超挖。

施工實際開挖揭露隧洞總長39735.948 m，招標設計階段隧洞總長36842.93 m，隧洞增長2893.018 m，其中施工階段新增加的隧洞總長1525.195 m，其余為隧洞軸線調整、洞進出口變化引起的增加。施工階段新增隧洞均為特殊地質洞段，招標階段劃分的Ⅲ～Ⅳ類圍巖，施工實際揭露為Ⅳ類圍巖洞段，認為未發生變更，屬于可預見的地質原因。

根據統計分析，發生變更的圍巖總長14070.58 m，占招標設計階段隧洞總長的38.57%，占施工實際開挖揭露隧洞總長的35.41%。在實際認定過程中，只考慮上述變更洞段的邊墻和頂拱的超挖，同時扣除合同范圍內已計入開挖單價的允許超挖0.2 m的工程量。

6 結語

鉆爆法施工引起的隧洞超挖因素較多，比較復雜，在行業內，目前還沒有規程規范或技術標準等對地質原因引起的超挖予以明確界定，從而導致隧洞地質原因引起的超挖認定變得復雜。控制超挖應從源頭加以控制，首先應加強施工管理、加強對施工人員的崗前培訓，其次需要根據地層圍巖情況采用適宜的施工方法(工藝)，再次才是加強施工地質預報工作、加強合同管理。