南水北调中线漕河段及隧洞塌方原因分析

吴 竞

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津300250）

1 南水北调漕河段工程概况

漕河是大清河南系的一条支流，发源于易县五回岭，入白洋淀，河道全长110km，总流域面积800km2，交叉断面以上流域面积588km2。漕河上游建有龙门水库，控制流域面积470km2，马连川河建有马连川小（1）型水库。

漕河与渡槽交叉断面处，100年一遇设计洪峰流量4494m3/s，洪水位46.67m；300年一遇校核洪峰流量5885m3/s，洪水位47.07m。布置建筑物后，100年一遇设计洪水位47.03m，300年一遇校核洪水位47.48m。工程所在区域为暖温带大陆性季风气候区，多年平均气温12.2 ℃，极端最高气温40.4 ℃，极端最低气温-23.4 ℃，最大风速18.0m/s，年均无霜冻期191d，多年平均降水量545mm。

漕河段是南水北调中线工程京石段应急供水工程上的重要渠段，位于河北省满城县境内，距满城县城10km，线路全长9319.7m，包括吴庄隧洞、土渠段、大楼西南沟排水涵洞、大楼西沟排水涵洞、漕河渡槽、漕河退水闸、石渠段和岗头隧洞等工程。该渠段设计输水流量125m3/s，加大流量150m3/s。地震基本烈度6°。

漕河段地处太行山东麓低山丘陵区，属低山丘陵及丘陵河谷地貌。漕河在该区流向为南东，河谷总宽度3km，主河槽向左岸侧向侵蚀，宽230m，河底高程42.1m，右岸发育一、二级阶地，阶面高程45.0～65.0m，二级阶地上冲沟较发育。河谷两侧为基岩裸露的山体，左侧最高峰海拔293.0m，右侧最高峰海拔411.6m。

本区出露基岩为碳酸岩系，局部有火成岩脉侵入，河谷覆盖有较深的第四系松散岩层。本区域地处三级构造单元的太行山隆起东部边缘。区域主要断裂带有：西侧有紫荆关断裂；东侧有徐水断裂，以北有北高仓断裂。3条断裂自第四纪以来没有活动，属稳定区。

漕河段主要由吴庄隧洞、土渠段、左岸排水工程、漕河渡槽组成。

1.1 吴庄隧洞

1.1.1 进口段

隧洞进口段为土岩双层结构。覆盖层上部为黄土状壤土与黏土互层；下部碎石层，局部含壤土；基岩为燧石条带白云岩。

洞身段围岩为岩体单一结构，岩性为蓟县系雾迷山组第三段 （Jxw3） 燧石条带白云岩。洞身段长2207m，其中Ⅱ类围岩长1813m，Ⅲ类围岩段长354m，Ⅱ、Ⅲ类围岩占总长度98%，工程地质条件较好。

1.1.2 出口段

隧洞出口段地质结构与进口段基本相同，同样为土岩双层结构。其覆盖层较进口段厚。

1.2 土渠段及左岸排水建筑物

该段地层结构为黏性土单一结构，岩性以黄土状壤土为主，夹少量黏土，局部含少量碎石。黄土状壤土不具湿陷性。

1.3 漕河渡槽

漕河渡槽工程区域地形地质条件较为复杂，本区按地貌类型划分。

1.3.1 右岸阶地段

地层上部为黄土状壤土、碎石土，下部为基岩；覆盖层表层岩性为黄土状壤土，中部为微含碎石黏土，底部为微含碎石红黏土； 基岩为燧石条带白云岩，风化深度不一，存在溶隙、溶洞和断层破碎带等地质构造。本段黄土状壤土具有轻微湿陷性。

1.3.2 河床及漫滩段

地层上部为较薄的砂壤土、卵（砾）石、碎石土，下部为基岩。从地质资料看，基岩中规模不等的裂隙、夹泥层、断层破碎带、岩脉、溶洞和溶隙均有发现；区段内，揭露有时代不明的煌斑岩脉，岩脉呈全风化、黄绿色土状，强度极低。地质条件十分复杂。

1.3.3 左岸边段

山体为岩体单一结构，岩性为燧石条带白云岩，地表为弱风化岩，节理较发育。

1.3.4 石渠段

石渠段地层结构为碎石土、基岩双层结构，地表为人工堆积碎石，基岩为燧石条带白云岩。

1.3.5 岗头隧洞

隧洞进口为土岩双层结构，地表为人工堆积碎石，基岩为燧石条带白云岩。隧洞进口断层较为发育，存在辉绿岩脉，地质条件较差。

洞身段围岩为岩体单一结构，岩性为燧石条带白云岩，呈弱风化～微风化。洞身段大部为Ⅱ、Ⅲ类围岩，其中Ⅱ 类围岩1160m，Ⅲ类围岩段长303m，Ⅱ、Ⅲ类围岩占总长度的89%，工程地质条件较好。

隧洞出口为土岩双层结构，地表为黄土状壤土，基岩为燧石条带白云岩。

2 工程布置及建筑物

2.1 吴庄隧洞

吴庄隧洞由进口段、洞身段和出口段3部分组成，全长2373m，其中洞身段长2207m，隧洞采用双洞线方案，进口分流角为30°，出口汇流角为25°，两条隧洞轴线之间距离28.4m。洞身过水断面采用圆拱直墙型断面，设计底宽7.8m，高8.45m，洞内设计水深5.08m。

隧洞衬砌型式为两种，一种为钢筋混凝土全断面衬砌，适用于进出口段、四类围岩段和断层破碎带段，混凝土衬砌厚度分别为70～80cm；另一种为锚喷支护加混凝土减糙衬砌，混凝土衬砌厚25cm。

2.2 土渠段

土渠段位于吴庄隧洞出口与漕河渡槽进口之间，总长2101.7m。渠道过水断面为梯型，一级马道宽5m，右侧马道铺设净宽4.0m的沥青混凝土路面。在渠道两岸开口线或渠堤坡角线外侧，布置宽度为8m 的防护林带。

2.3 左岸排水

2.3.1 大楼西南沟排水涵洞

大楼西南沟排水涵洞由进口段、涵洞洞身段、出口段组成，兼做交通洞。进口段长45m，出口段长45.5m，八字翼墙接圆弧导流墙与两岸联接。涵洞洞身段长112m，断面采用钢筋混凝土箱型结构，为无压涵洞，洞顶为总干渠渠道。

2.3.2 大楼西沟排水涵洞

大楼西沟排水涵洞由进口段、洞身段、出口段组成。进口段长21.93m，出口段长35m。洞身段长105m，洞底为平坡。断面采用钢筋混凝土箱型结构，为无压涵洞。

2.4 漕河渡槽

漕河渡槽由出口段、槽身段、出口段3部分组成，总长2300m。主要建筑物有渡槽的进出口渐变段、进出口检修闸、渡槽槽身的落地矩型槽段和架空的槽身段，以及渡槽的扩大墩基础和端承桩墩基础。

2.4.1 进口段

进口渐变段长45m，采用钢筋混凝土直线扭曲面结构。进口检修闸室段长10m，为底板分离式钢筋混凝土结构。

2.4.2 槽身段

槽身段包括进口连接段、落地矩型槽段、20m跨多侧墙段、30m跨多侧墙段和出口连接段5部分组成。

（1）进口连接段为闸室与渡槽槽身的过度段，长8.4m，采用3槽一联结构。

（2）落地矩型槽段长240m，槽段为3槽一联钢筋混凝土结构，墙顶设人行道板和拉杆，边墙外侧设侧肋，肋间距2.4m。

（3） 桩号375+720.4～376+120.4，中心线为弯道段，20m跨和30m跨段均为槽身架空段，槽身为3槽一联的多侧墙多纵梁预应力钢筋混凝土结构。为满足预应力钢绞线布置要求，将纵墙底板以下断面扩大成“马蹄”状，并在纵墙和底板连接处设有贴角。

2.4.3 出口段

出口检修闸室为底板分离式，采用钢筋混凝土结构。

2.5 漕河退水闸

漕河退水闸位于漕河渡槽出口左岸边，其作用是遇事故时将总干渠的水退至漕河。退水闸由上游连接段、闸室、退水渠、扩散段4部分组成，采用钢筋混凝土结构。

2.6 石渠段

石渠段位于漕河渡槽出口与岗头隧洞进口之间，总长745m。渠段断面型式分为全挖方、左挖右填及左填右挖3种。渠道过水断面型式为矩型，采用25cm厚的混凝土衬砌减糙及防渗。

2.7 岗头隧洞

岗头隧洞由进口段、洞身段和出口段3部分组成，全长1800m，其中洞身段长1650m，隧洞采用双洞线布置。

洞身过水断面采用圆拱直墙型断面。隧洞衬砌型式为两种，一种为钢筋混凝土全断面衬砌，适用于进出口段、Ⅳ类围岩段和断层破碎带段，混凝土衬砌；另一种为锚喷支护加混凝土减糙衬砌。

3 出口段

3.1 岗头隧洞出口段

岗头隧洞出口洞脸岩石风化较严重，松散碎石较多，且有3条破碎带发育。为保证边坡稳定，将原洞脸支护方案为挂网喷混凝土。

3.2 岗头隧洞洞口段

3.2.1 洞口地质情况

洞内围岩地质条件较差，根据设计要求，洞口段开挖由原来的“A”型断面改为“D”型断面，洞内开挖后在左壁揭露出一条规模较大的构造裂隙带，走向NE60°，倾向NW，倾角82°，进口分流墩地表揭露该裂隙带宽5～6m，裂隙带内为红黏土碎石，部分碎石表面有钙膜，以红黏土为主，该裂隙带在隧洞左洞壁形成软弱带。该段发育两组节理，相互成正交，延伸长度较大，节理面及岩层面均有泥膜或夹泥。

2005年10 月27 日在导洞扩挖成形时出现部分塌落，左侧软弱构造裂隙带片段，导洞左上顶部沿层面、节理面出现部分岩块塌落，形成近20m3塌落，最大岩块1.5m×0.8m×0.8m，岩块层面及节理面均有泥膜。

4 隧洞塌方

4.1 塌方过程

2006年7 月2 日凌晨1∶10，岗头隧洞进口右洞左侧墙及左侧顶拱部位洞口段发生塌方，巨大的侧压力导致已支护的钢格栅拱架左侧整体发生位移，拱架底脚最大位移1.5m。

7月7 日上午9：55，右拱角部位再次出现塌方，洞顶右侧部分块石及大量泥块脱落，将洞口拱架压掉一榀，且塌落部位正内部方向有一大块石已与岩壁脱离，内部夹有大量黄泥，随时有脱落危险，此时已塌落至洞顶一级马道部位，高程73.89m。

7月12 日下午17：10，此部位再次塌方，此次塌落范围为最大一次。右拱角部位已延伸到二级马道高程79.89m处，左侧范围延伸至分流墩中部，右侧范围延伸到洞顶中心线，左右跨度15m，上下跨度10m。洞口部位5榀钢支撑从右拱角处直接被压折，从揭露的岩石状况来看，岩石基本从夹泥裂隙处塌落，裂隙中夹泥较为严重，正洞顶部位有几块较大危险悬石，随时有塌落危险。

7月12 日晚，悬在洞顶部位的悬石塌落，并在左右方向再次出现塌落，此时二级马道已全部塌落破坏，从现场情况看，塌落部位内部仍有继续塌落危险的悬石。有关塌方照片如图1～图4。

图1 7月2日第1次塌方

图2 7月7日第2次塌方

图3 7月12日下午第3次塌方

图4 7月12日晚第4次塌方

4.2 塌方原因

洞室开挖完成后，一直没有经过汛期或雨季，由于近日连续降雨，尤其是6月29日晚大暴雨，导致地下水量加大，地下水渗入洞口左侧的断层破碎带，围岩整体失稳。由于洞室左侧存在4～5m厚的夹泥层，钢格栅拱架底脚无法坐落在坚硬的基岩上，降雨后底脚断层夹泥软化，抗侧滑力强度降低，故在巨大的侧压力下，最终导致钢格栅拱架的失稳变形。

4.3 处理措施

为继续探明洞内围岩情况，开挖采用4m×4m下导洞情况下，超前扩挖面4～6m前根据实际揭露的围岩情况，采取了短进尺弱爆破及时支护的施工原则，每炮循环进尺为1.5m左右，开挖完成后，及时进行系统锚杆、挂网、喷混凝土、格栅拱架支护等联合支护手段，确保洞内开挖安全，并顺利完成了洞口段的开挖。

5 结语

论述了南水北调中线漕河段工程状况，对该段工程地质进行了论述，并对岗头隧洞发生塌方进行了分析，对超扩挖面揭露的围岩采取短进尺弱爆破等支护施工处理措施及施工方案。