广西百色水利枢纽导流隧洞工程
造 成 洞 室 超 挖 的 地 质 因 素 分 析
刘伟邦 张百臻
（隧道局一处七公司） （黄河水利委员会地质处高工）
内容提要：本文对广西百色水利枢纽导流隧洞工程在施工过程中造成洞室超
挖量达19514m3的地质因素进行了详细的分析，并据此向业主提出了3707225.59元的索赔报告。
关 键 词：洞室 超挖 地质因素 一、工程概况 1. 工程概述
广西百色水利枢纽位于广西右江干流百色市上游22km处，是一座集防洪、发电、航运、灌溉、供水等于一体的综合性水利工程，由一条导流隧洞、碾压砼大坝（高130m）、地下发电厂房（装机540Mw）、两座副坝（高30~50m）、一条航道等单位工程组成。导流隧洞位于右江右岸，是右江百色水利枢纽的关键工程、难点工程。
本合同编号为BS98006，业主为广西右江水利开发有限责任公司（简称YWP）；工程监理为小浪底工程咨询有限公司百色项目监理部（简称XBCC）；设计单位为广西水利电力勘测设计研究院（简称GIDI）；施工单位为铁道部隧道工程局与中国水利水电闽江工程局联营体（简称SMJV），隧道局为责任方，负责导流隧洞开挖及初期支护工作，闽江局为非责任方，负责导流隧洞的二次衬砌工作。 2. 设计概况
1
导流隧洞工程主体部分由进口明渠、进水塔、洞体、Ⅳ#沟明管段和出口明渠组成，其总长度828m；施工辅助工程有一条施工交通支洞、二条排水洞等，施工交通支洞总长度126m，排水洞总长度287.77m。
导流隧洞为承压（水压力）洞体，其衬砌后的净空形状，除进口K0+000~K0+025段由方形渐变成圆形外，其余地段均为圆形（直径13.2m）。主洞支护分三大类九种形式，即A、B、C三类和A1、A2、A3、B1、B2、C1、C2、C3、C4九种形式，其中A类适用于Ⅱ～Ⅲ类围岩；B类适用于Ⅳ类围岩；C类适用于Ⅴ类围岩。 3.
工程地形
导流隧洞进口位于坝轴线上游约200m处，隧洞穿过坝肩山梁和Ⅳ#沟，出口位于Ⅴ#沟口。沿导流洞轴线，坝肩山梁地面最大高程195m，Ⅳ#沟沟底高程134m，进口明渠段地面高程121m，出口明渠段地面高程为130~140m。 4. 工程地质
导流隧洞穿过三个主要工程地质岩组，即坚硬的辉绿岩组、中等坚硬~坚硬的硅质岩及灰岩类组和软弱的泥岩类岩组。辉绿岩体风化浅，沉积岩体风化较深。隧洞沿线主要构造有层间挤压断层F9、、F10、F20等共8条，以顺层或微切层错动为主，规模较小。 5. 水文地质
导流隧洞所处地域的地下水位高于河水位，除进出口段外，水位线基本在洞体以上，地下水流向与岩层走向大致相同，层与层之间的水力联系，除风化层较为顺畅外，其余较弱。 6. 施工概况
2
导流隧洞洞身主体工程2000年1月24日正式开工，克服了种种于施工不利的自然地质条件，于2001年3月9日全线贯通，历时12.5个月，主洞洞挖石方总量为16.2万立方。共完成导流隧洞洞身开挖828m，其中明挖16m，洞挖812m。施工方案采用上、下全断面法开挖。上半断面开挖时，对Ⅱ~Ⅲ类围岩采用全断面、光面爆破开挖；Ⅳ类围岩采用中洞法开挖；Ⅴ类围岩采用预留核心土环形开挖。下半断面开挖时，对Ⅱ~Ⅲ类围岩采用全断面、光面爆破开挖；Ⅳ、Ⅴ类围岩采用中间拉槽，两边错位开挖。根据开挖实际揭露的围岩条件，结合现场的具体施工情况确定，导流隧洞Ⅱ~Ⅲ类围岩342m，占导流隧洞总长的41.3%；Ⅳ类围岩103m，占12.44%；Ⅴ类围岩383m，占46.26%。
由于存在极不利的自然地质条件，在施工过程中，虽采取了积极有效的措施，并不断随地质条件的变化调整施工方案，优化爆破设计，精心组织施工，但仍形成了较大的超挖，根据量测断面计算，超挖总量达19514m3。 二、形成洞室超挖的主要因素 1、概述
地形上沟谷比较发育，在近出口两端为缓倾河谷的两条较单薄山梁，中间为一低洼的4#沟谷，沿纵轴方向呈“马鞍状”。洞顶地面最高高程为221.7m，高出右江枯水位102m左右，最低点4#沟底，高程140m左右，高出右江水位约21m。
洞顶以上岩土覆盖厚度，等于大于5倍洞径的洞段长约310米（K0+340~0+650），占全洞长的37.4%；覆盖厚度2.5~3.5倍洞径的洞段长418~420m，占50~51%；覆盖厚度等于或小于1倍洞径的洞段长约占11~12%。可以看出60%以上洞室属于中~浅埋深围岩，稳定性不仅受岩性、构造的制约，还受风化卸荷等外营力的直接影响。 2 对洞室的超挖影响因素可归结为以下几方面： 2.1 岩性和岩体强度
全洞段按岩石成因和岩体工程地质特征可分为两类： 2.1.1 岩浆岩
3
为华力西期呈岩床式分别在４#、5#沟右侧（K0+103~0+250；K0+524~0+828）。侵入于上泥盆系和下石炭系之间或二者的接触面之间的基性岩，总长度约450m，占洞长的50%强。岩性为灰—灰绿色辉绿岩，主要矿物为透灰石、斜长石，次要矿物为角闪石、橄榄石。新鲜岩石坚硬性脆，天然状态下单轴抗压强度在200Mpa左右，属极坚硬的均质块状、次块状结构岩体，但岩体强度除与岩石强度有关外，很大程度上还和构造、风化卸荷、蚀变及节理裂隙的发育程度和割切密度等因素有直接关系。经开挖可以看到，本地区辉绿岩体受构造挤压错动较严重，节理裂隙发育，尤其是似层面的较缓倾角裂隙甚发育，且密度大；另一方面受风化卸荷，蚀变影响较深，岩体块度小，钻孔资料也可说明这一点，不少钻孔在灰绿岩中岩芯获得率很低，大于80%的较少。RQD质量指标更低，很少有50%以上的，一般在20%~37%左右，平均28%左右。应属坏~极坏岩体。纵波波速在中等~微风化岩体中一般为3500~5500m/s。波形变化大，局部有3000 m/s，呈大锯齿状，二者明显不匹配。其主要原因，可能是隐、微裂隙发育，反映出纵波速度较高，一旦岩体受扰动后便沿微裂隙开裂造成RQD值偏低。从洞室开挖中也可看到岩石块度大多数在30cm3以下，大于50 cm3的岩块不多。主要是开挖扰动影响围岩应力重新分布，风化卸荷以及构造残余应力释放等因素使隐微裂隙张开或加大，形成岩体较破碎，促使岩体强度降低，形成局部掉块，坍塌失稳造成超挖。 2.1.2 沉积岩
洞身沉积岩为泥盆系上统榴江组层状粘土岩，化学岩类，包括硅质岩、硅质泥岩、泥岩、泥质灰岩等，根据不同岩性、结构、构造分为D3L1~D3L1010个岩性层。进口段（K0+000~0+103）分布D3L1~D3L3三个岩性层：为黑色，灰黑色薄层~中厚层含黄铁矿晶体的硅质泥岩、硅质岩夹极薄层硅质岩、炭质泥岩，长约100m；4#沟~5#沟之间（K0+250~0+524），分布D3L4 ~ D3L107个岩性层，岩性比较复杂，有硅质岩、硅质泥岩、泥岩、和泥质灰岩、炭质泥岩等，岩层厚薄不等，岩石软硬差别大，岩体强度不均一。该段长度270m左右。两段合计长度近380米，占洞线长度的46%左右。
泥盆系上统榴江组的主要特征：为泥质和化学结构的薄层、极薄层、中厚层偶夹厚层的层状构造，岩层层理、节理极发育，岩石随矿物成分和胶结物的不同，表现在岩石软、硬差别很大，抵抗构造、风化、水溶解的能力也大不相同，因而表现
4
出岩体强度和岩体结构的复杂性和不均一性，导致洞室围岩不均匀变形，自稳性差。在掘进中曾出现经常性不同规模的塌方，掉块和超挖现象。据初步统计，D3L1、D3L8-2超挖约达25~27m3/m，D3L7-1~ D3L7-2、 D3L8-1等岩性层一般超挖也在20~25 m3/m。 2.2 地质构造和岩体结构
2.2.1 导流洞所经地段为陡倾单斜构造，岩层走向285~310度，倾南西，倾角55~65度，并有两条辉绿岩带呈岩床式侵入沉积岩层中，使导流洞所经地段构造断裂比较发育。
在开挖过程中发现的与洞轴近正交的规模大小不等层间断层、挤压破碎带达15条以上。其中规模较大的有两条，一条位于（K0+480~0+487）D3L9上部黑色薄一极薄层含炭硅质岩、炭质泥岩与薄~极薄层状的硅质泥岩、泥质灰岩、生物碎屑硅质岩分界处。断层带宽1.0 ~1.5m，主要为断层泥、挤压错碎的炭质泥岩碎片、岩屑、硅质岩角砾和挫碎呈粉粒状的石英脉，胶结差，比较松散软弱．两侧影响带宽约3.0~3.5 m，岩石破碎呈碎块状、碎片状，构造夹泥层发育，有厚10~20cm软塑夹泥层多条，强度甚低。另一条断层挤压带位于K0+503~0+508左右，为Ｄ3L9与Ｄ
103L
接触面，断层带宽1.5~2.0m，断层物质为挤压破碎岩片、岩块、岩屑夹泥及石
英脉碎粒，微薄层理中的小褶曲发育，见水后岩石软弱。两侧影响带宽3~5 m，构造夹泥层发育，岩石破碎，自稳能力极差，开挖时曾出现几次塌方。最后一次大塌方发生在两断层之间，主要受两断层影响。
断层发育规律和特征，受岩性控制明显，多发育在软，硬差别大，层理厚度不均的沉积岩中,辉绿岩中不发育，产状和岩层产状一致；断层带宽度一般小于2.0m，影响带一般2~3 m，且集中发育在两条辉绿岩带之间的Ｄ３Ｌ５～Ｄ３Ｌ９五个岩性层中，尤其是Ｄ3Ｌ8-1、Ｄ3Ｌ8-2、Ｄ3Ｌ9三个岩性不均一，软硬差别大的岩层中。自K0+365~0+505长140m发育规模大小不等的断层、挤压带15条，平均9~10m就有一条，可见断层密度之大，因而造成岩体破碎呈碎裂结构或碎裂散体结构。 2.2.2 节理裂隙
节理裂隙发育规律除与构造有关外，与岩性和岩石风化程度关系也十分密切。 辉绿岩弱～微风化岩体中节理裂隙发育可归纳为下列四组： ① 25~45度，倾向北西，倾角60~70度，间距0.2~0.5m；
② 走向300~340度，倾向北东，倾角25~50度，尤以缓倾角较发育，间距0.2~0.3m；
5
隧道超挖的地质因素分析
