某深埋特长隧洞线路比选方案研究

王旺盛，陈长生，吴晓华

(长江三峡勘测研究院有限公司（武汉）,湖北 武汉 410074)

某深埋特长隧洞线路比选方案研究

王旺盛，陈长生，吴晓华

(长江三峡勘测研究院有限公司（武汉）,湖北 武汉 410074)

滇中引水工程香炉山隧洞为特长深埋隧洞，起点位于冲江河右岸石鼓镇，终点位于洱海边的长育村，此前已对该段进行东、中、西等多方向的较大范围线路比选[1]。通过已有地质资料进行线路对比，提出了8条比选线路，从各线路长度和形态，存在的主要工程地质问题，隧洞地质、施工条件等进行比较、分析、研究，最终选定中4线为推荐方案。论文简要介绍了隧洞线路选线方案、比选的思路和方法，以期为相关工程的规划设计提供参考。

线路比选；工程地质条件；岩溶疏干；方案研究

1 工程概况

滇中引水工程项前期在对石鼓～长育村段走向进行东、中、西等多方向的较大范围线路比选后，推荐了斜穿金沙江与澜沧江分水岭－马耳山脉的香炉山隧洞方案（即中线方案）（图1）。香炉山隧洞是滇中引水工程涉及地质问题最多，全线深埋且为控制整体工期的关键性工程，为输水总干渠深埋长隧洞的最典型代表。

经对前述东线、中线及西线方案进行了优化：中东线方案分为东1线、东2线；西线方案分为西1线、西2线。西1线因涉及到与石鼓泵站方案的衔接问题及冲江河以上线路的较大调整，基本被否定；中线方案分为中1线、中2线、中3线、中4线，其中重点比选推荐的为中2线、中4线（图2）。

通过地质测绘、地质勘探、物探、水文试验等综合勘察成果，综合对比分析后推荐的线路为中4线。中4线隧洞全长60.87km，最大埋深1 396m；埋深大于600m洞段长36.93km，占总洞长的60.7%，埋深大于1 000m洞段长13.23km，占总洞长的21.7%；穿越软岩累计长度16.83km，占总洞长的27.6%。

2 地质概况

香炉山隧洞线路比选区地处横断山北部高山峡谷区与滇中高原盆地山原区交接部位横断山系滇中盆地山原区之滇中红色高原亚区，中线穿越鹤庆、丽江、拉什海、九河、剑川、洱源等盆地所夹持的南北向分水岭－马耳山后经松桂、芹河、北衙、下河坝至洱海边的玉石厂，东线斜穿马耳山、鹤庆盆地、鹤庆东山，过东山河后与中线在松桂相接，西线则穿越在九河-剑川以西的老君山东麓、洱源盆地南侧及右所盆地北麓后至玉石厂[2]。

线路穿越的马耳山脉山岭浑厚，东西宽10～15km，南北长约90km，地势陡峻，地形较连续，总体呈北高南低，山顶高程一般2 760～3 500m，最高为北衙西侧的马鞍山，高程3 958.4m。山岭间岩溶洼地、坡立谷分布广泛，如拉什海至太安一带，分布高程2 500～2 700m，花音、汝寒坪、吾竹比以及安乐、马厂等地，分布高程2 800～3 000m，七河乡后山一带，分布高程3 100～3 300m；线路区还分布两个大的断层槽谷—白汉场槽谷（高程2 450m左右）和汝南河槽谷（高程2 550m左右），近北东向展布。山岭东侧为鹤庆盆地，西侧为剑川盆地，两盆地高程2 200m左右；北侧及北东侧为拉什海和丽江盆地，前者地面高程2 437～2 500m，后者高程2 400m左右，上述盆地周缘多有岩溶泉出露[3、4]。

图1 香炉山隧洞东、中、西三条引水线路比较示意图

中线（含4条比较线）主要下穿白汉场水库、汝南河、花椒箐、银河箐、蝙蝠箐等水系，其中以汝南河规模最大。鹤庆东山比较线路（东线）主要经过白汉场水库、吉子水库，然后横穿鹤庆盆地，沿鹤庆东山下穿，在西甸村横跨东山河，最终到达终点松桂。

区内地层自前古生界前寒武系（An∈）至新生界第四系均有出露，各比选引水线路主要穿越上第三系（N）、下第三系（E）、三叠系（T）、二叠系（P）、泥盆系（D）、前寒武系（An∈）等地层。其间零星分布有不同时期的侵入体及岩脉。

香炉山隧洞研究区地处滇藏“歹”字型构造体系与三江南北向构造体系复合部位，一级大地构造单元松潘—甘孜褶皱系、兰坪—思茅褶皱系与扬子准地台交界部位，地质构造背景十分复杂，区内断裂、褶皱发育。

研究区地表碳酸盐分布较广（图3），地表岩溶发育较强烈，主要发育于三叠系北衙组灰岩、白云岩、泥盆系康廊组灰岩和第三系灰质角砾中（图4），主要岩溶形态类型有石峰（丘）、石林、石牙、溶蚀洼地、溶沟、溶槽、漏斗、和槽谷等地表岩溶形态以及落水洞、溶洞、地下管道系统等地下岩溶形态。特别是强岩溶化地层北衙组灰岩中该类岩溶形态发育较为齐全。

图2 香炉山隧洞线路比选地理位置示意图

图3 灰岩分布范围示意图

图4 灰岩岩溶现象分布示意图

3 选线原则

线路比选的原则尽量规避重大岩溶疏干地质环境问题、线路顺直较短、施工布置便利、施工措施可行，线路遭遇的工程地质问题容易处理。也就是经济性和技术可行性，地下水环境的可控性。

4 线路比选

1）线路长度和线路形态比较。中线方案最短，西线方案最长，东线方案居中。西2线比中线长约23km，东1线比中线方案长约8km。

2）各线路造成或规避岩溶疏干环境地质问题的情况比较。

中线方案疏干最严重，岩溶疏干问题集中在鹤庆西山岩溶系统的Ⅳ－5、Ⅳ－6子系统，这两个岩溶系统的排泄泉为鹤庆盆地南端的重要生活生产用水水源泉，地下水疏干社会影响较大。中线方案各线中以中3线规避情况最好。东线方案岩溶疏干中等，严重影响Ⅳ-1岩溶子系统，对拉什海、文笔海和鹤庆东山岩溶水系统也有一定影响。西2线最优，不存在重大疏干影响。

3）各线路存在的主要工程地质问题比较。

从穿越区域性断裂来看，西2线最差，中线方案与东线方案较好。从隧洞埋深与地应力的方面来看，东线方案最优，西2线次之，中线方案较差。另外，深厚覆盖层成洞问题对东1线有制约影响。西2线软岩成洞问题相对较突出。对应于岩溶疏干地下水问题，中线方案与东线方案的涌突水问题较严重。

三个方案线路均遇到煤系地层，但东线方案上无具开采价值煤系地层，因此东线方案略好，中线方案部分线路段穿越黑泥哨煤矿，但影响有限，西2线多处穿越N1s、N2s（第三系富煤地层），存在较大的瓦斯风险，此外西2线存在地热、膏盐等问题。

4）各线路隧洞施工条件比较。

东、中、西三个线路方案均为深埋长隧洞，比较施工条件优劣不仅是比较单洞长度，比较施工支洞（竖井、斜井）的难易程度和工作量也是非常重要一项内容。从施工条件来讲，如果高地热不形成制约因素，西2线略好，中线方案次之，东线方案中东1线存在制约因素，东2线较好。

5）各线路隧洞主要地质条件比较。

香炉山隧洞各线路代表性方案主要工程地质、水文地质条件对比见表1。

从上表可以看出，各比较方案代表性线路涉及的主要工程地质及水文地质问题大体相当，但每条线路有各自的问题特点：①穿越岩溶系统的涌水突泥问题：西2线相对较好；②地震高烈度区、区域性断裂及其活动性问题：基本类似；③断裂带成洞及涌、突水问题：西2线与断裂长距离伴行及苍山段与诸多断裂交汇部位更为突出；④断裂带成洞及涌、突水问题：西2线与断裂长距离伴行及苍山段与诸多断裂交汇部位更为突出；⑤高地温、软岩大变形等问题：西2线穿越高地热问题突出；⑥高地应力问题：各线路情况相当；⑦煤系、膏岩地层问题：西2线更为突出；⑧深厚覆盖层问题：东1线穿鹤庆盆地（长约6km）半成岩粘性土成洞问题；⑨第三系下伏地层问题：西2线地表第三系地层长约55km，下部隐伏的双层结构很难通过常规勘察手段查明，存在何种工程地质问题难以判别。

从主要地质条件来讲，中线方案最好，东线方案次之，西2线最差。

5 比选结果

西2线虽然规避了重大岩溶疏干的岩溶水文地质环境问题，但因长距离穿越在第三系盆地下部，存在较多的未知因素，且线路较中线方案增加约23km，将会大幅增加投资，同时还遭遇高地热、煤系地层、膏盐地层、长距离伴行区域活断层等问题，因此该线路在线路比选中不存在优势。

东线方案比中线方案长约8～23km，且未完全规避鹤庆西山岩溶系统的地下水疏干问题，同时涉及文笔海岩溶系统和鹤庆东山岩溶系统；另外，东1线路上200m深的覆盖层竖井施工和盾构穿越存在较大施工难度，因此东线方案在线路比选中亦无太大优势。

中线方案在比选方案线路中长度最短，虽然存在岩溶疏干鹤庆西山地下水的可能性，影响鹤庆、剑川生产生活用水，但已规避了Ⅳ-1、Ⅳ-2、Ⅳ-3、Ⅳ-4等岩溶断块的子系统（或与岩溶断块对应的清水江岩溶系统），只剩下Ⅳ-5、Ⅳ-6两个子系统无法完全规避，可能会造成一定的地下水环境影响，但这两个岩溶子系统可以通过强化勘察研究来查明，制定相应的工程措施加以控制和克服。中线方案主洞TBM施工和钻爆法施工相结合的方案基本可行。因此推荐中线方案。

表1 香炉山隧洞线路方案比选地质条件对比表

中线方案的4条线路中，由于各线路与鹤庆西山分水岭均为大致斜切的关系，中1线和中2线更靠近鹤庆一侧，中3线最靠近西侧的清水江。中4线大致居中，这也是勘察研究过程中从多方面分析逐步优化拟定的，该线路在完全规避Ⅳ-1、Ⅳ-2、Ⅳ-3、Ⅳ-4岩溶断块的同时，由于更靠近分水岭，也将对马厂岩溶子系统（Ⅳ-5）的影响降到了最低，对西侧的清水江岩溶水系统的影响也可控。因此推荐中线方案中的中4线。

6 结语与建议

通过工程地质条件、岩溶疏干问题、隧洞施工技术、投资等多方面比选，中线方案具有最大优势，因此选择中线方案为推荐方案。随着勘察研究不断深入，针对中线方案主要的岩溶疏干问题进行线路逐步优化，最终推荐中4线。

建议对中4线加密Ⅳ-5、Ⅳ-6岩溶系统勘探，尽量查清岩溶管道发育的下限高程和平面位置，为岩溶疏干防治提供可靠的地质依据。同时设计与施工加强岩溶地下水疏干的防治措施研究。

[1] 瞿菊霜，等．滇中引水工程规划研究[J]．人民长江，2013（10）.

[2] 李秀云，等．川西滇北引水区河流水质特性与治污调水研究[J]．地球信息科学，2000（4）．

[3] 王爽．滇中引水"解渴"云南[J]．创造，2010（9）.

[4] 冯健，等．滇中引水工程对洱海水环境影响[J]．中国水利水电科学研究院学报，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，工程师，从事地质工程研究工作