綏德縣大理河分洪隧洞工程地質方案比較

張向偉

（陜西省水利電力勘測設計研究院勘察分院，陜西 咸陽 712000）

1 工程概況

榆林市“7.26”災后重建項目綏德縣城大理河分洪隧洞工程地處綏德縣城。分洪洞工程由分洪隧洞、進口分洪閘及出口控制閘、攔河低壩、堤防等組成。分洪目的是將大理河洪水向無定河分流，減輕綏德縣城主城區大理河的防洪壓力。分洪隧洞建筑物級別為1 級。

分洪洞進口位于張家砭鎮馬家洼村，出口位于名州鎮芋則溝村。規劃兩種方案進行比較：方案一采用雙排隧洞，分洪最大流量為1120 m3/s；方案二采用單排隧洞，分洪最大流量為800 m3/s。方案一設計雙洞間距30 m，1#、2#隧洞洞線長分別為4.65 km、4.73 km。分洪隧洞采用圓拱直墻形，1#隧洞洞底寬10 m，洞高10.5 m，比降3‰；2# 隧洞兼顧縣城交通隧道功能，洞底寬13.5 m，洞高8.55 m，比降3‰；單洞設計泄洪流量560 m3/s，雙洞總的設計泄洪流量為1120 m3/s，分洪隧洞為低流速無壓明流隧洞；方案二分洪隧洞采用單排隧洞布置，城門洞型，洞底寬13.5 m，洞高11.05 m，比降3‰；設計過洪流量800 m3/s，為低流速無壓明流隧洞，隧洞進口高程815 m，進、出口均布置分洪控制閘，寬15 m，漸變至隧洞。

2 工程地質概況

2.1 區域概況

工程區在大地構造單元上屬于中朝準臺地（Ⅰ）鄂爾多斯臺坳（Ⅰ3），被坳緣褶皺束環繞。中部出露中生界，邊緣為古生界，褶皺和斷裂稀少，未見巖漿侵入活動。總體上看，本單元為一大型向斜構造。長軸走向近南北，兩翼不對稱，西翼傾角3°～10°，東翼寬緩，傾角1°左右。勘察區處于褶皺核心部位。區內斷裂見于臺凹邊緣，以正斷層和平移斷層為主。區內為一套巨厚的中生界河湖相巖系。地層產狀總體傾向為SW220°～NW355°之間，以NWW 為主，傾角1°～5°，局部產狀多變。本區境內歷史記載未發生過破壞性強的地震。根據1：100 萬《中國地震動參數區劃圖》（GB 18306-2015），工程區位于綏德縣張家砭鎮和名州鎮，工程區Ⅱ類場地地震動峰值加速度為0.05 g，地震動反應譜特征周期為0.35 s，相應的地震基本烈度為Ⅵ度。工程區屬構造相對穩定區。

2.2 地質概況

2.2.1 分洪隧洞工程地質條件

工程區位于陜北黃土高原中部，地貌單元為黃土丘陵溝壑區，以長斜梁和短梁為主，其上斷續分布有渾圓小峁。梁峁坡面寬50 m～150 m，谷坡角40°～50°。地勢總體趨勢是由西北部向東南部逐步降低，河谷、溝壑發育，地形起伏大。

根據勘探資料，沿黃土丘陵溝壑區上部為土層，下部為基巖，土層厚度最大為121 m，第四系上更新統風積（Q3eol）黃土主要出露于梁峁頂部，厚度20 m～30 m，第四系中更新統風積（Q2eol）黃土狀壤土，沿線均有出露，最大厚度約90 m。河谷主要以第四系全新統沖積物（Q4al）為主。基巖主要為三疊系上統胡家村組（T3h）砂巖及泥質粉砂巖。沿線地質調查，未發現斷層,構造以裂隙為主，隧洞進口段基巖產狀255°∠4°，裂隙發育兩組，L1產狀15°∠76°，剪裂隙，裂面粗糙，閉合，裂面見銹黃色渲染，間距0.6 m～1.0 m，延伸長度大于7 m；L2產狀112°∠73°，剪裂隙，裂面粗糙，閉合，裂面見銹黃色渲染，間距0.5 m～1.0 m，延伸長度大于5 m。

2.2.2 分洪隧洞圍巖分類

（1）方案一分洪隧洞圍巖分類

方案一設計雙洞，1#隧洞洞線長4.65 km，2#隧洞洞線長4.73 km。

根據圍巖巖石強度、巖體完整程度、結構面狀態、地下水、主要結構面五項因素之和的總評分，1#隧洞圍巖分類簡述如下：樁號0+000 m～0+200 m，洞頂及洞壁巖性為黃土、強～弱風化砂巖、泥質粉砂巖，強風化巖體破碎，弱風化巖體較完整，弱風化砂巖飽和抗壓強度Rb=52.9 MPa，弱風化泥質粉砂巖飽和抗壓強度Rb=57.2 MPa。洞室圍巖屬Ⅴ類，建議單位彈性抗力系數K0=0 MPa/cm，堅固系數f=0.4～0.5，洞底位于地下水以下。樁號0+200 m～0+912.2 m、2+058.4 m～2+466.9 m、3+626.3 m～3+796.6 m、4+556.4 m～4+582.7 m，洞室巖性為弱風砂巖及泥質粉砂巖，巖體較完整。弱風化砂巖飽和抗壓強度Rb=52.9 MPa，弱風化泥質粉砂巖飽和抗壓強度Rb=57.2 MPa，洞室圍巖屬Ⅳ類，建議弱風化砂巖單位彈性抗力系數K0=4.0 MPa/cm，堅固系數f=2.0，變形模量E=3.0 GPa；弱風化泥質粉砂巖單位彈性抗力系數K0=3.5 MPa/cm，堅固系數f=1.8，變形模量E=2.5GPa。洞室位于地下水位以下，預測有滲水或線狀流水。樁號0+912.2 m～2+058.4 m、0+912.2 m～2+058.m4、9、2+466.9 m～3+626.3 m、3+796.6 m～4+556.4 m，洞室巖性為微風化砂巖及泥質粉砂巖，巖體較完整。微風化砂巖飽和抗壓強度Rb=65.6 MPa，微風化泥質粉砂巖飽和抗壓強度Rb=59.1 MPa。洞室圍巖屬Ⅲ類，建議微風化砂巖彈性抗力系數K0=11.0 MPa/cm，堅固系數f=4.0，變形模量E=8.5 GPa；微風化泥質粉砂巖彈性抗力系數K0=8.0 MPa/cm，堅固系數f=3.5，變形模量E=7.0 GPa。洞室位于地下水位以下，預測有滲水或線狀流水。樁號4+582.7 m～4+647.1 m，巖性為填土及砂壤土、卵石，本段建議明挖通過，施工應排水。

2#隧洞圍巖分類簡述如下：樁號0+000 m～0+236.8 m，洞頂及洞壁巖性、黃土、強風化砂巖及泥質粉砂巖，強風化巖體破碎，弱風化巖體較完整。建議單位彈性抗力系數K0=0 MPa/cm，堅固系數f=0.4～0.5，洞室位于地下水以下。樁號0+236.8 m～0+978.3 m、2+175.5 m～2+251.2 m、4+655.8 m～4+680 m，洞室巖性為弱風砂巖及泥質粉砂巖，巖體較完整。弱風化砂巖飽和抗壓強度Rb=52.9 MPa，弱風化泥質粉砂巖飽和抗壓強度Rb=57.2 MPa。室圍巖屬Ⅳ類，建議弱風化砂巖單位彈性抗力系數K0=4.0 MPa/cm，堅固系數f=2.0，變形模量E=3.0 GPa；弱風化泥質粉砂巖單位彈性抗力系數K0=3.5 MPa/cm，堅固系數f=1.8，變形模量E=2.5 GPa。洞室位于地下水位以下，預測有滲水或線狀流水。樁號0+978.3 m～2+175.5 m、2+251.2 m～4+655.8 m，洞室巖性為微風化砂巖及泥質粉砂巖，巖體較完整。微風化砂巖飽和抗壓強度Rb=65.6 MPa，微風化泥質粉砂巖飽和抗壓強度Rb=59.1 MPa。洞室圍巖屬Ⅲ類，建議微風化砂巖彈性抗力系數K0=11.0 MPa/cm，堅固系數f=4.0，變形模量E=8.5 GPa；微風化泥質粉砂巖彈性抗力系數K0=8.0 MPa/cm，堅固系數f=3.5，變形模量E=7.0 GPa。洞室位于地下水位以下，預測有滲水或線狀流水。樁號4+680 m～4+726.6 m，巖性為砂壤土、泥質粉砂巖，本段建議明挖通過，施工應排水。

（2）方案二分洪隧洞圍巖分類

方案二分洪隧洞圍巖分類簡述如下：樁號0+000 m～0+250 m，洞頂及洞壁巖性為砂壤土、黃土、黃土狀壤土、強～弱風化砂巖、泥質粉砂巖，強風化巖體破碎，弱風化巖體較完整。洞室圍巖屬Ⅴ類，建議黃土單位彈抗力系數K0=0 MPa/cm，堅固系數f=0.4～0.5，黃土狀壤土單位彈抗力系數K0=0 MPa/cm，堅固系數f=0.5～0.6；洞室大部分位于地下水以下。樁號0+250 m～0+997.8 m、2+172.4 m～2+257.9 m、3+752.1 m～3+808.5 m、4+650 m～4+676.9 m，室圍巖屬Ⅳ類，洞室巖性為弱風砂巖及泥質粉砂巖，巖體較完整。弱風化砂巖飽和抗壓強度Rb=52.9 MPa，弱風化泥質粉砂巖飽和抗壓強度Rb=57.2 MPa。建議弱風化砂巖單位彈性抗力系數K0=4.0 MPa/cm，堅固系數f=2.0，變形模量E=3.0 GPa；弱風化泥質粉砂巖單位彈性抗力系數K0=3.5 MPa/cm，堅固系數f=1.8，變形模量E=2.5GPa。洞室位于地下水位以下，預測有滲水或線狀流水。樁號0+997.8 m～2+172.4 m、2+257.9 m～3+752.1 m、3+808.5 m～4+650 m，洞室圍巖屬Ⅲ類，洞室巖性為微風化砂巖及泥質粉砂巖，巖體較完整。微風化砂巖飽和抗壓強度Rb=65.6 MPa，微風化泥質粉砂巖飽和抗壓強度Rb=59.1 MPa。建議微風化砂巖彈性抗力系數K0=11.0MPa/cm，堅固系數f=4.0，變形模量E=8.5GPa；微風化泥質粉砂巖彈性抗力系數K0=8.0 MPa/cm，堅固系數f=3.5，變形模量E=7.0GPa。洞室位于地下水位以下，預測有滲水或線狀流水。樁號4+676.9 m～4+726.6 m，巖性為填土及砂壤土，本段建議明挖通過，施工應排水。

3 方案比較

3.1 圍巖穩定問題

方案一1#隧洞Ⅲ類圍巖長3065.4 m，占總長66%；Ⅳ類長1317.1 m，占總長28.3%；Ⅴ類長200 m，占總長4.3%；明挖段長64.4 m，占總長1.4%。方案一2#隧洞Ⅲ類圍巖長3601.8 m，占總長76.2%；Ⅳ類長841.1 m，占總長17.8%；Ⅴ類長236.8 m，占總長5.0%；明挖段長46.6 m，占總長1.0%。方案二隧洞Ⅲ圍巖類長3510.3 m，占總長74.3%；Ⅳ類長916.6 m，占總長19.4%；Ⅴ類長250 m，占總長5.3%；明挖段長49.7 m，占總長1.1%。

3.2 洞室涌水問題

洞室均位于地下水位以下，預測洞室有滴水或線型流水現象，在穿越黃家砭溝（雕山村）時，地表有流水，預測有涌水現象，應做好排水工作。

3.3 軟巖變形問題

根據鉆孔揭示，洞室穿越三疊系砂巖及泥質粉砂巖。洞室處于地下水位以下，巖體處于飽和狀態，洞室開挖時，泥質粉砂巖脫水后有崩解現象，對洞室的穩定影響較大，洞室開挖時需及時噴護襯砌。

3.4 有害氣體

隧洞穿越地層為三疊系砂巖、泥質粉砂巖，未見煤層及碳質頁巖等可生成、儲存有害氣體的地層，因此初步判定分洪隧洞無有害氣體。

3.5 方案比較

分洪隧洞兩方案工程地質條件對比見表1。

表1 分洪隧洞工程地質條件比較表

4 結語

根據比較分析，方案一2#隧洞和方案二隧洞工程地質條件優于方案一1#隧洞，方案一2#隧洞略優于方案二隧洞。總體來看，方案二（一條隧洞）優于方案一（兩條隧洞），地質建議選擇方案二做為推薦洞線。Ⅲ類圍巖洞室局部穩定性差，洞室開挖后應噴混凝土、系統錨桿加鋼筋網。Ⅳ、Ⅴ圍巖洞室開挖后應及時噴混凝土、系統錨桿加鋼筋網，剛性支護，并澆筑混凝土襯砌。