小浪底引黄工程变质岩洞段施工突涌水地质原因分析及处理

刘军伟

（山西省水利水电勘测设计研究院有限公司，山西 太原 030024）

山西省小浪底引黄工程从垣曲县境内黄河小浪底水库取水，向北西经隧洞引水至运城盆地涑水河流域，引水干线隧洞长约60 km，起点为小浪底库区左岸取水口，终点为吕庄水库，洞径5 m。在引水干线隧洞中段跨中条山，围岩为太古界变质岩，隧洞施工采用钻爆法，施工过程中发生突涌水问题。

1 隧洞地质条件

引水干线隧洞走向为N48°～56°W，隧洞桩号33+000—47+150 段围岩为太古界涑水群变质岩，洞底高程485 m，隧洞最大埋深840 m。

本段洞线横跨中条山山脉，山脉总体走向N40°～60°E，其为涑水河与板涧河、后川河的地形分水岭。隧洞沿线地形起伏较大，分水岭最高点位于桩号38+200段，地面高程1 330 m，两侧地形逐渐降低，地面高程630～850 m。属构造剥蚀中山区，地表植被茂密。

该段隧洞位于尖山向斜的北西翼，主要为单斜岩层，地层岩性为太古界涑水群卫家岭组（Asw）和小岭组（Asx）黑云斜长（二长）片麻岩、混合花岗岩夹斜长角闪岩等，岩性较硬，多属坚硬岩。岩层及片麻理产状为N10°～35°W，在孔深260 m、400 m 段分别揭露一组裂隙，裂隙两侧岩体完整，裂隙内分布承压水。其中孔深260 段承压水孔口涌水量在35 m3/h，孔深400 m 以上段孔口涌水量在60 m3/h，承压水头高出孔口约6 m。隧洞开挖即揭露此类地下水。

本段隧洞为深埋隧洞，洞内揭露的地下水为深部的上述构造裂隙水。洞线跨越中条山山脉地形分水岭，洞轴线与地下水径流方向基本一致，由于中条山分水岭北侧地下水总体向北西方向径流排泄，南侧地下水总体向南东方向径流排泄，构造裂隙走向和侵入岩脉、岩墙多呈北东向，与地下水径流方向近垂直（图1），而岩脉和构造裂隙两侧完整岩体透水性微弱，在地下水径流排泄方向起到阻隔作用，使深部的构造裂隙水往往具有承压性。故在洞内施工开挖完整基岩洞段时干燥无水，当开挖过程中遇到构造裂隙、贯通性节理裂隙或侵入接触带时，揭露线状或带状富水带，其与洞轴线大角度相较，从而产生突涌水现象。此类地层深部岩体总体完整性好，地下水仅贮存于构造裂隙带中，裂隙带两侧透水性微弱，富水性不均性，是产生大多数洞段开挖干燥无水，揭露裂隙带就产生突涌水的原因所在。

图1 洞内超前地质预报结构面波形图

2 洞内突涌水处理措施

由于该隧洞为深埋隧洞，结合本区段地下水富水特征，施工过程中采取“堵排结合，以堵为主”的处理措施。

第一，对已开挖产生突涌水段，进行两阶段钻孔注浆封堵，一阶段进行Ⅰ序全断面钻孔注浆堵水，注浆孔间排距均为1.0 m，纵向梅花型布置，钻孔直径Φ42 mm、深度5 m；第二阶段在集中涌水部位周边2 m 范围内布设Ⅱ序加密注浆孔，间排距0.5 m。注浆材料采用1∶1 水泥～水玻璃双液浆，注浆压力1.5 MPa。

第二，对未开挖洞段，结合前期地质勘察资料，采用地质与物探、钻探相结合的综合超前地质预报方法，建立宏观地质分析、中长距离超前探测、短距离超前探测三级预报预警机制，提前采取防范措施。施工过程中首先使用TSP 地震波结合红外探水仪对前方进行探测，接近探测异常洞段时进行超前水平钻孔，超前钻孔可以起到探测验证和提前倒排水及泄水压作用，并根据超前探测情况采取相应的工程防范处理措施。

该隧洞在后续施工开挖中，采用上述施工管理方法及措施，有效预防并处理了洞内突涌水问题，降低了洞内施工安全威胁，取得了理想效果。目前隧洞已顺利完成施工。

3 结语

变质岩类基岩裂隙水一般贮存于浅部风化带内，非可溶岩深部岩体透水性较弱，故在北方变质岩山区找水难度较大，尤其在完整性好的片麻岩、混合花岗岩等变质岩区，多认为是贫水区或无水区。通过本工程深埋隧洞施工开挖情况可知，在构造裂隙发育，且降雨较多、地表水丰富、入渗补给面积大的区域，总体较完整的深部变质岩构造裂隙水也具有一定的富水性，且多具有承压性。在类似区域地下工程施工开挖时应引起注意，同时也为类似地区地下水开采提供借鉴。