第1章 绪论

1.1 锦屏水电工程超复杂地下洞室群结构简介

1.1.1 锦屏一级、二级水电站及辅助洞

雅砻江锦屏水电站由一级、二级水电工程组成，位于四川省凉山州盐源、冕宁、九龙三县交界处——雅砻江水能资源最为富集的卡拉-张家河坝-周家坪河段的锦屏大河湾上。

雅砻江锦屏一级水电站工程枢纽主要由首部高坝、泄水建筑物、地下厂房等建（构）筑物组成，设立305m双曲混凝土拱坝蓄水和提升水头，共安装6台混流式水轮发电机组，单机容量60万kW，总装机容量360万kW。

雅砻江锦屏二级水电站工程枢纽主要由首部拦河闸坝、引水系统、地下厂房等建（构）筑物组成，利用150km长的锦屏大河湾，截弯取直，开凿地下洞室引水集中水头发电，电站最大水头321m，额定水头288m，共安装8台混流式水轮发电机组，单机容量60万kW，总装机容量480万kW。

雅砻江锦屏水电站总装机容量840万kW，在已建成水电站中，是次于三峡（2240万kW）、溪洛渡（1386万kW）水电站装机的第三大水电枢纽工程。

雅砻江锦屏水电站是雅砻江干流规划建设的21座梯级水电站中装机规模最大的双星电站，是由国家开发投资公司和四川省投资集团有限责任公司控股的雅砻江流域水电开发有限公司开发雅砻江的战略项目，也是落实国家“西部大开发”和“西电东送”战略，促进四川经济新跨越的重要工程。

锦屏工程建设先行开凿两条17.5km的A线、B线枢纽工程辅助洞（以下简称锦屏辅助洞），沿隧洞主轴线N58°W方位近东西相向勘探锦屏山深埋2500m以下隧洞沿线的地质条件，试验挑战工程地质问题处理的可能性，试验检验结构设计为锦屏二级水电站4条平行布置、平均洞线长度约16.7km的引水隧洞工程（以下简称引水隧洞）施工积累经验。

锦屏辅助洞建成后，缩短了锦屏二级水电站厂区枢纽至首部闸坝枢纽及一级水电站之间的距离，实现了锦屏山雄壮山体东西侧的交通捷径，提高了道路标准，方便了锦屏工程枢纽建设管理。

锦屏辅助洞是锦屏工程的前期控制性工程，也是锦屏工程超复杂洞室群的特征建筑物，后期成为国家级极深地下实验室的首选空间。

1.1.2 地下洞室功能及结构

锦屏一级、二级水电站的引水隧洞、地下发电厂房、发电尾水隧洞、工程施工及运行管理所必需的交通隧洞（含锦屏辅助洞），构成了锦屏工程洞室群。

1.1.2.1 地下洞室的功能

锦屏辅助洞作为锦屏一级、二级水电站施工及运行管理的主要交通道，配套运行的机电、消防、监控通信设施保证通行条件，锦屏工程的永久（及施工临时）设备与工程建筑材料运输有限制（经过研究并控制）通行。

锦屏二级水电站设计选用4条引水隧洞。其中，4条引水隧洞中的1号、3号引水隧洞东端采用TBM法开挖，开挖断面为圆形，对应TBM开挖洞段洞内流速为4.87m/s。2号、4号引水隧洞及1号、3号非TBM施工的其他洞段均采用钻爆法施工。西端钻爆法开挖采用四心圆马蹄形断面，东端盐塘组大理岩洞段钻爆法开挖主要成型平底马蹄形断面，衬砌后除西端仍采用四心圆马蹄形过流断面外，中部潜在岩爆段和东端均采用平底马蹄形过流断面，钻爆法开挖洞段洞内流速为4.04～4.41m/s。4条引水隧洞分设西端、中部、东部共6个进人闸，西端进人闸附近设置抽排水设施；在引水隧洞末端设置由隧洞排水竖井或平洞、交通廊道、操作廊道、排水廊道以及检修斜井等设施组成检修排水系统；分别在1号引水隧洞中部与尾部、在2～4号引水隧洞尾部共设置10个集渣坑，以满足运行安全与检查的需要。

与锦屏辅助洞近于平行排列在北侧、低于引水隧洞底板1.8m南侧，布置了锦屏二级水电站排水洞（以下简称排水洞），用以降低工程建设风险、缓解多工作面施工压力，成洞初期及最终完建均承担排水、交通任务。

1.1.2.2 洞室结构

锦屏辅助洞为城门洞型开挖，一次性成洞。每500m设置横向通道及避车道，避车道部位洞宽度达12m。锦屏辅助洞设计为人字坡，隧洞纵坡坡度西端为2‰～2.5‰、东端为3‰～25‰。锦屏辅助洞西端进口设于西雅砻江的景峰桥上游约200m，进口高程为1657.00m；东端出口设于东雅砻江右岸大水沟下游侧约400m，出口高程为1558.60m。A线（5.7m×5.76m）～（7.0m×7.48m），面积34～50m²；B线（6.2m×6.7m）～（7.5m×8.13m），面积为39.6～55m²。避车道部位开挖面积60.0～70.0m²，满足结构需要加宽的部位达102m²。

引水隧洞中心距60m，隧洞主轴线方位角为N58°W，引水隧洞立面为缓坡布置，底坡3.65‰，由进口底板高程1618.00m降至高程1564.70m与上游调压室相接。设计以马蹄形断面为主（引水隧洞东端1号引水隧洞、3号引水隧洞部分洞段为TBM掘进的12.4m直径圆形洞室，衬砌后考虑到施工因素调整为四心圆断面，衬后隧洞宽度11.6m），其西端开挖断面有13m×（13～14.6）m、13m×15.55m等8种不同形式，断面面积150～172.3m²，衬后洞径11.2～11.8m。引水隧洞间设横向通道，与主洞布置形式有直交和斜交两种方式，其断面尺寸根据现场施工情况确定，断面有（7m×8m）～（9.2m×13.8m）不等，开挖均为城门洞型。

排水洞（高×宽）为7.5m×8.2m，从横断面比较，排水洞低于锦屏辅助洞3.5～91m。

横贯锦屏山东西两端的锦屏辅助洞、引水隧洞、排水洞沿线上覆锦屏山岩体，一般埋深1500～2000m，最大埋深约为2525m，其中埋深大于1500m的连续洞段长度占全洞长的75%。2条锦屏辅助洞、4条引水隧洞和1条排水洞共计7条平行布置的隧洞组成地下洞室群的主体（图1.1和图1.2），构成了锦屏工程特殊的地下洞室群。

图1.1 锦屏辅助洞、引水隧洞横向相对位置图（单位：m）

图1.2 锦屏辅助洞、引水隧洞、排水洞立面相对位置图（单位：m）

1.1.2.3 地下洞室围岩分类

锦屏辅助洞围岩分类：开挖A线、B线围岩以Ⅲ类为主，约占54.5%；部分为Ⅱ类，约占23.9%；局部为Ⅳ类，约占4.3%。因岩爆降级的围岩洞段Ⅱ_b+Ⅲ_b+Ⅳ_b+Ⅴ_b合计占17.3%。引水隧洞围岩以Ⅲ类为主，约占57.2%；部分为Ⅱ类，约占11.4%；局部为Ⅳ类，约占5.3%，因岩爆降级的围岩洞段Ⅱ_b+Ⅲ_b+Ⅳ_b+Ⅴ_b合计占26.1%。

1.1.2.4 支护工程技术参数

锦屏辅助洞成型以喷锚支护稳定围岩，大部分洞段复喷混凝土后成为永久结构体；隧洞洞口段为满足抗震要求，设计结构采用复合式衬砌，结构混凝土为钢筋混凝土；在完整性较差的局部洞段，为控制围岩变形，保证施工安全，也采用复合式混凝土衬砌。设计支护参数：随机锚杆φ22mm，L=2～3m；系统锚杆φ22＠1.5m×1.0m，L=2.5m；喷10～15cm厚CF25钢纤维混凝土；Ⅲ～Ⅳ类及Ⅳ类布置 60cm厚C25模注混凝土衬砌；断层破碎带及特殊部位：初喷4cm厚C25喷射混凝土，布设φ32＠40cm超前小导管支护，L=5.0m；加强支护锚杆φ28＠1.0m×1.0m，L=4.5m，安装腰厚度为12.6mm的“工”字型钢支撑补喷10～25cm 厚CF25钢纤维混凝土支护；60cm厚C25模注混凝土衬砌。

引水隧洞支护包括挂网喷混凝土、锚杆、锚筋桩、钢支撑、锚索支护等。引水隧洞西端支护参数：锚杆有带垫板普通砂浆锚杆φ25mm、φ28mm，L=4.5m；φ28mm，L=6.0m、9.0m；φ32mm，L=6.0m、8.0m、9.0m。中空注浆锚杆φ25mm、φ28mm，L=4.5m；φ28mm，L=6.0m；φ32mm，L=6.0m、8.0m、10.0m。局部设φ32mm，L=9.0m预应力锚杆。喷射混凝土类型有喷混凝土C25、喷纳米混凝土CF30、喷纳米材料混凝土C30、喷纳米有机仿钢纤维混凝土CF30、喷纳米钢纤维混凝土CF30、喷硅粉钢纤维混凝土CF30。在软岩、软硬相间的围岩洞段，可溶大理岩富水区等特殊部位，布置超前小导管、钢支撑（格栅拱架、型钢拱架、钢筋拱肋）、预应力锚杆、锚筋桩、锚索等。针对深埋长大隧洞特殊地质条件，满足安全施工及结构稳定需要，采取 “设计→施工→监测→修正设计”的方法布置支护措施。

1.1.2.5 结构混凝土技术参数

锦屏辅助洞二次衬砌不连续，衬砌混凝土强度等级为C25素混凝土，钢筋混凝土，衬砌厚度大于40cm。

引水隧洞混凝土衬砌形式主要包括：常规断面、平底断面、西端的绿泥石片岩断面和TBM圆形断面共4种形式。常规断面、平底断面及绿泥石片岩断面见图1.3，衬砌厚度60～185cm，延米浇筑量20.66～71.86m³不等，衬砌后断面直径为10.6～11.8m。

图1.3 西端引水隧洞混凝土衬砌设计典型断面图

在实施引水隧洞和排水洞横向通道封堵方面，封堵形式为实心体、实心段+空心段、检修门等方式，其中，引水隧洞北侧的西引1号支洞封堵体、4号引水隧洞南侧的西引2号支洞封堵体设置检修进人门，并就进人门可通行条件设置抽排水设施。

1.1.2.6 路面混凝土技术参数

锦屏辅助洞与排水洞的路基厚度一般为10～20cm，为低标号混凝土或碎石层，路面找平层厚度20cm，混凝土等级C15级；路面面层混凝土厚度25cm，抗弯折强度5.0MPa；水沟混凝土等级C25，水沟盖板采用预制等级C30。

1.1.2.7 灌浆工程技术参数

堵水灌浆压力比渗水压力大1.5MPa（或是渗水压力的2～3倍）。灌浆孔孔深一般为6～8m，钻孔间排距为1.5～3m。局部集中涌水段根据渗水裂隙分布加密和加深钻孔深度。

局部封堵灌浆施工分段进行，部位从散状出水段两端逐步向中间靠拢施灌，钻孔孔深一般为6～8m，钻孔间排距为1.5～3m；局部集中涌水段根据渗水裂隙分布加密和加深钻孔。局部封堵灌浆按环间分序，环内加密的原则进行；灌浆时要求从低位孔向高位孔灌浆。

锦屏辅助洞高压固结灌浆技术参数见表1.1。

引水隧洞西端回填灌浆在混凝土衬砌强度达到70%后进行，回填灌浆为顶拱120°范围，布孔1～5孔，孔排距2m/3m，孔深入岩0.1m，灌浆压力0.5MPa。

引水隧洞西端固结灌浆分为集中涌水区或出水带高压防渗A型灌浆、出水带附近影响区采用高压防渗B型灌浆、常规破碎围岩和岩溶洞段采用C型固结灌浆、沿线高地应力影响表面松弛破碎带采用D型浅层固结灌浆，以及绿泥石片岩洞段E型固结灌浆等类型，均为有盖重灌浆。固结灌浆范围分为全断面、边顶拱两种，均为梅花形布孔，孔排距2.0～3.0m，环孔数16～20个，入岩深度为3.0m、4.5m、6.0m、9.0m、12.0m、20.0m（深孔固结）等6种，灌浆压力3.0～6.0MPa不等，水灰比为（0.5～2）：1。

1.1.3 工程地质条件及工程地质问题

1.1.3.1 地形地貌

雅砻江锦屏大河湾段河谷呈典型的V形断面，两岸山坡陡峭。除锦屏山两侧，即东端、西端雅砻江两岸与局部溯源季节性流水沟谷外，整个隧洞沿线地形起伏，高程均在3000m以上，最高山峰达4125m，由坚固的大理岩组成地形主分水岭脊地。该主分水岭两侧地形不对称，东侧宽而西侧窄；山麓和冲沟内多见崩坍堆积物及倒石堆，在沟口形成冲积锥。山高、谷深、坡陡，是锦屏工程区地形地貌的基本特点。

1.1.3.2 地层岩性

工程区主要分布三叠系地层，岩性主要为碳酸盐岩类（三叠系中统岩性）和沉积碎屑岩类（三叠系上统、三叠系下统岩性）变质展出，沿锦屏辅助洞穿越地层自西至东概略分布三叠系上统砂板岩（k0+000～k1+009）/三叠系中统杂骨脑组大理岩（k1+009～k1+976）/三叠系下统绿泥石片岩（k1+976～k2+585）/三叠系中统杂骨脑组大理岩（k2+585～k3+155）/三叠系上统（k3+155～k4+483）砂板岩/三叠系中统白山组大理岩（k4+483～k12+542）/三叠系中统盐塘组大理岩（k12+542～k17+560）。引水隧洞地层出露宽度略有变化，主要表现在西端桩号k0+128～k2+000洞段范围，锦屏辅助洞、引水隧洞穿越岩组见图1.4，沿线岩层产出状态陡倾，走向SN—N60°E，其走向与主构造线方向基本一致，隧洞区围岩以微风化和新鲜为主，局部构造破碎带或溶蚀破碎带围岩呈弱至强风化性状。

总体上，碳酸盐岩类变质岩占75%～79%洞线长，碎屑岩类变质岩（砂板岩、绿泥石片岩、千枚岩等）较少。

三叠统下统绿泥石片岩：主要有绿砂岩、绿砂岩大理岩互层、绿泥石片岩大理岩互层、绿泥石片岩等，其绿泥石片岩的各向异性明显，性状较软弱。锦屏辅助洞揭露的纯绿泥石片岩洞段长较短，约40m左右，岩体强度较低，具有遇水软化特性。

三叠系中统盐塘组：灰白、灰绿色条带状云母大理岩、灰—灰黑色大理岩、粉红色大理岩（厚层状）、灰白—白色粗晶大理岩（厚层块状，微具臭味）等；灰—灰黑色泥质灰岩夹深灰色大理岩，泥质灰岩呈极薄层—中厚层状。

三叠系中统白山组：由杂色大理岩与结晶灰岩互层、粉红色厚层状大理岩、灰—灰白色致密厚层块状大理岩（部分具臭味）等组成。在锦屏辅助洞、引水隧洞高程沿线的出露长度大于8000m。

三叠系中统杂谷脑组：分布于F₆断层（锦屏山断层）以西。主要有角砾状大理岩和花斑状大理岩、厚层细晶大理岩 （部分略具臭味），局部夹绿砂岩条带或透镜体。

三叠系上统砂板岩：中厚层钙质粉砂岩、砂岩，局部为薄层板岩或泥质板岩夹粉砂岩。

根据地层走向及产状推测，4条引水隧洞应于桩号k2+080～k2+110左右遇三叠系下统绿泥石片岩地层，但受NW向复式褶皱影响，此岩组“提前”出露，示意见图1.5，洞段褶皱似一尖棱背斜，背斜轴面与洞向大角度相交，向南倾伏。也就是说1号引水隧洞桩号k1+535～k1+759、2号引水隧洞桩号k1+613～k1+780段揭露的三叠系下统绿泥石片岩地层未在锦屏辅助洞开挖过程揭露出现。

三叠系下统绿泥石片岩地层岩性变化频繁，其中绿泥石片岩岩体质量相对较差，隧洞围岩分类为Ⅳ类。

1.1.3.3 地质构造及应力特征

在区域上，工程区位于川藏构造交界处，临近区域板块构造带，构造应力强度较高。工程区处于近东西向（NWW—SEE）应力场控制之下，形成一系列近南北向展布的紧密复式褶皱和高倾角的压性或压扭性走向断裂，并伴有NWW向张性或张扭性断层。

1.褶皱

工程区内的褶皱多表现为近SN向（NNE）延展，与引水线路有关的主要有：

（1）落水洞背斜。轴向NNE向，轴面近直立，背斜总体向南倾伏。核部由下三叠统（T₁）组成，两翼地层为西部三叠系中统杂谷脑组（T₂z）和砂、板岩（T₃）地层，因受断层影响，两翼地层不对称。

（2）解放沟复型向斜。轴向北北东，向南倾伏，核部为三叠系上统的砂、板岩组成，向北掩没，在隧洞区表现出如对三叠系绿泥石片岩岩组复式出现或尖灭的次一级褶皱发育。

（3）老庄子复型背斜。轴向N15°～20°E，轴面近于直立，该背斜向北倾伏，核部为盐塘组地层，两翼则为白山组地层，产状较对称，倾角65°～80°之间。其两翼均为断层所切，分别与养猪场复型向斜、解放沟复型向斜相连接。

（4）大水沟复型背斜。其核部及两翼地层均为盐塘组大理岩和泥质灰岩等，但此由一系列次一级的褶皱组成，其中有3个向斜较为特殊，经由大水沟长探洞桩号k0+000～k4+168范围揭示有两个向斜和两个背斜均为倒转褶皱，并发现核心部位有小型褶皱局部集中出现。相关地质情况在锦屏辅助洞及引水隧洞东端开挖过程得到佐证，这些部位为地下水富集创造了条件。

2.结构面

区内结构面主要表现为顺层挤压和北北东向的逆冲断层性质。逆冲断层规模大，层间错动频率较高，其次为近东西向的横切断层，多表现为逆平移或正平移性质，此类断层中，多见方解石脉、细晶岩脉及石英岩脉充填。NNE向规模较大的结构面共有15条断层，其中F₄、F₅、F₆等断层对地下洞室影响密切；NNW向规模较大的结构面有位于干海子中部的F₂₇断层为典型代表。

F₄断层（青纳断层）由多条小断层组成，总体产状N5°～27°E，SE∠68°～75°，断层带宽为0.5～3.0m，带内发育石英细脉，并见糜棱岩化，影响带宽十余米，围岩有硅化现象。设计资料显示断层断续分布。

F₅断层地表产状为N10°～30°E，NW∠70°，断于白山组大理岩与西侧三叠系上统砂岩、板岩层内，两者呈断层接触，因断层影响，形成延绵数十千米的断层崖陡壁，其属压扭性结构面。在辅助洞内的产状为SN—N30°E W/NW∠70°～75°，带内岩石破碎，岩石千枚岩化、炭化；上盘影响带受NW向断层影响，宽约30～35m，岩石破碎，NW～NWW向的结构面发育；下盘影响带宽约12m。辅助洞、引水隧洞均于桩号k4+400前后出现。

F₆断层地表产状N20°～50°E，NW或SE∠60°～87°，断层带宽1～4.2m，影响带宽6～37m，上盘局部影响带宽度达100m以上。在隧洞深部整体产状为N45°ENW∠80°～85°，主带宽1.6～4m，影响带宽21.4m，为压扭性断层，具有相对隔水性质；断层主带内岩性为灰绿色砂岩、大理岩，有挤压片岩、岩屑等，局部断层泥可见宽0.2～0.6m；影响带岩体破碎，为碎裂岩，铁锰质浸染严重。辅助洞、引水隧洞于桩号k2+800～k2+900前后出现。

F₂₇断层走向N30°～40°W，NE∠80°，挤压破碎，干海子地区唯一分布的小泉也在该断层带附近，隧洞穿过范围形成裂隙密集带。

在不同地层中裂隙的发育具有一定规律性。三叠系地层中的裂隙有下列几组：①N5°～30°W，SW或NE∠30°～75°，节理密集，面光滑，常与构造线平行；②N60°～80°W，SW∠10°～25°或∠70°～85°，陡缓两组，缓倾角组大都张开，面呈波状，延伸长，陡倾，每一组断续延伸长，张开，常密集成带；③N0°～30°E，SE或NW∠70°～90°，顺层裂隙，大都闭合；④ N30°～60°E，SE∠10°～35°，缓倾角，多张开，面起伏弯曲，延伸较长；⑤N40°～50°E，SE或NW∠45°～80°；⑥N65°～80°E，NW或SE∠55°～80°，常为节理密集带，时有石英脉充填。

3.应力特征

锦屏辅助洞、引水隧洞埋深大，设计前期采用弹性理论预测在埋深2375m条件下的自重主应力值为65.8MPa（采用γ=2.77kN/m³），在埋深2525m条件下的自重主应力值为69.94MPa（采用γ=2.77kN/m³）。施工期在洞室深部开展测试，并进行三维初始地应力场多元回归分析，其结果为锦屏辅助洞轴线剖面上最大主应力（σ₁）的最大值约94.97MPa，中间主应力（σ₂）最大值约66.97MPa，最小主应力（σ₃）最大值约35.94MPa。其地应力最大主应力变化情况见图1.6。

图1.6 地应力主应力σ₁回归分析数据展示图

整体上，工程区隧洞沿线最大主应力、中间主应力和最小主应力随埋深增加而增加，递增关系呈非线性关系，局部因地层、构造影响降低地应力值。最大主应力方向总体为S18°E～S69.8°E，东、西两岸坡的最大主应力倾角基本随埋深增加而增大，地应力从岸坡局部应力状态转变为以垂直为主的自重应力状态。但中部岩体埋深大，地应力状态较复杂。地应力对长隧洞施工的影响主要表现在可能发生的围岩破坏部位及强烈程度。

（1）整体上，3个应力值相关性相对较小，最大、最小主应力比基本在1.3以内，不同方向隧洞围岩破坏没有突出的差别，破裂是最普遍的响应方式；最大主应力方向与隧洞方向大体一致，对侧墙破坏风险相对小，掌子面破坏强度较大。

（2）局部在褶皱（背斜或向斜）核部地段应力存在明显的局部强弱不均现象，其背斜核部降低而向斜核部升高；断裂附近存在局部强调高的现象，具体与构造性质、构造体系密切相关。

1.1.3.4 岩溶水文地质情况

1.岩组含水情况

锦屏辅助洞、引水隧洞、排水洞沿线从东到西不同地层岩性的地下水有其各自不同的特点：

东部三叠系中统盐塘组大理岩：裂隙孔-溶隙-裂隙含水层，中等富水性，局部强富水，有少量溶孔（槽）及垂直向溶隙发育，其中的向斜构造内有一定的静水储量。

中部三叠系中统白山组大理岩地段为裂隙-溶隙-部分管道含水层，富水程度较强，不可避免地遇到岩溶裂隙水的分散性涌水。

三叠系中统砂板岩、三叠系下统砂板岩地段为裂隙-孔隙含水层，富水性差，相对隔水，但在断层带、裂隙密集带部位富水。

三叠系下统绿泥石片岩为裂隙-孔隙含水层，富水程度差，属相对隔水层。

三叠系中统杂谷脑组大理岩为裂隙-溶隙-部分管道、溶洞含水层，富水程度较强，位于近岸坡出现的溶洞汇水空间大、水量相对小，而位于相对隔水层中间发育的岩溶系统有一定的静水储量，水量大，有大量泥沙。

三叠系中统东部盐塘组大理岩段、中部白山组大理岩段、西部杂谷脑组大理岩段等岩溶化层组岩溶形态相对发育，隧洞线范围于东端近岸坡揭露长度大于30m的大型溶洞多处。隧洞范围的涌水均发生于岩溶化层组中，大流量涌水并不同程序影响隧洞工程各工序的正常施工；非岩溶化层组裂隙水出现有大于30L/s涌水的点段，但没有涌水影响施工开挖及其他工序的情况。

2.岩溶发育情况

工程区地表岩溶形态少，隧洞线附近岩溶主要沿NWW—NEE向张性构造带、裂隙带发育，且受岩层产状、褶皱、断层和裂隙的控制，构造是岩溶发育的主控因素，设计明确锦屏山隧洞高程范围岩溶发育总体微弱。

受业主单位委托，挪威顾问集团（Advisory Group of Norway，AGN）对锦屏水电工程开发开展咨询活动，AGN的专家对锦屏辅助洞及引水隧洞地下水先后提出4次咨询意见，总体倾向于锦屏山内有大的岩溶系统。

（1）锦屏辅助洞施工过程揭示的情况：锦屏辅助洞东端揭露空间大于5m的空洞1处、1～5m的溶洞3处，0.5～1m的溶洞15处。锦屏辅助洞西端揭露的溶洞类型多，西端揭露洞径大于30m的溶洞1处，大于10m的2处，相对延伸既有溶洞，又有管道及其他岩溶形态的最长洞段有长达200m的洞段，局部有间断。实际揭示的较典型的岩溶发育情况如下：

A线桩号Ak14+760掌子面劈裂出水点观察，出水点位于右侧墙底部与掌子面接连处，高压出水管道劈裂岩石后形成宽1.2m、高2.8m（水面以下1.7m）、深4.2m的出水管道；Ak13+878右侧壁离底板3m处直径70～80cm的溶腔，其余为沿裂隙溶蚀加宽的溶缝、溶孔及直径小于20cm的小溶洞。

B线桩号Bk2+635部位，在水压力及围岩应力二次分布共同作用下产生了劈裂，涌水、涌泥；A线桩号Ak1+305～Ak1+320洞段，有溶洞及小溶洞群；B线桩号Bk2+655部位的直径大于5m溶洞口边缘有少量变形张裂，整体稳定性好，但雨季发生间歇涌水，涌水时间小于30min，水量最大可达150～200L/s，伴有少量黄色砂。B线桩号Bk5+030～Bk3+350段沿断层发育溶洞、高度小于3m、长度大于6m。A线桩号Ak6+990～Ak7+005揭露大于3m直径大小的溶洞及范围大于10m的溶蚀破碎带。所揭露的三叠系中统白山组大理岩大于4m直径的局部充填型溶洞，局部也多见10cm×20cm的小溶孔及零星分布的薄层钙华。

（2）引水隧洞施工沿线岩溶形态统计见表1.2。其中，大理岩与砂板岩、绿泥石片岩相间分布的西端岩溶形态与中部白山组大理岩、东部盐塘组大理岩岩溶形态有差异，西端近岸坡地段及中部白山组大理岩局部岩溶较发育。实际揭示的较典型的岩溶发育情况如下：

引水隧洞西端岩溶洞主要发育于三叠系中统杂骨脑组大理岩地层中，其西端近岸坡洞段杂谷脑组大理岩，岩层内断裂构造较发育，近岸坡、谷坡为地下水季节变动带，地下水动力条件较好，其间大理岩组相间绿泥石片岩及砂板岩等非可溶岩，虽抑制了大理岩的岩溶发育，但局部岩溶相对较发育。在各洞线施工过程中揭露出规模不一的溶洞、溶蚀宽缝等岩溶形态，最大轴长达48m，集中发育于引水隧洞桩号k0+250～k0+450、k1+435～k1+535两个洞段。

引水隧洞中部白山组大理岩岩溶：中部深埋的白山组大理岩洞段岩溶总体发育微弱，仅局部岩溶集中发育，例如，桩号k5+880岩溶区（最为发育）、k12+100～k12+300强烈溶蚀条带区、k9+040～k9+060（2号引水隧洞）、k11+393～k11+400（3号引水隧洞）等部位。

3.水文地质总体情况

受NNE向主构造线与横向（NWW、NEE）扭—张扭性断裂交叉网络的影响，构成了河间地块地下水的集水和导水网络。因此整条洞线的地下水主要受层面及NEE—NWW向构造结构面所控制，当隧洞穿越不同地段的含水层会遇到不同程度的涌水。

设计推测明确地下洞室上部水位线高于为1000m，最静水压力可达10MPa，施工期涌突水按5000～7000L/s考虑。隧洞沿线西端多次涌水压力在3～4MPa，局部达5～7MPa。

1.1.3.5 工程地质问题

1.隧洞涌水

隧洞开挖前的原始条件下，沿线地下水位线形态总体表现为中部高，东、西两端低，根据区域泉水和钻孔水位线分布推测，洞顶最大水头约1000m左右。设计单位于锦屏山东侧大水沟附近开设5km长探洞和PD1和PD2探洞，在开挖探洞施工过程中均遇到了高压大流量涌水，专项观测测得多年平均水压力分别为8.6MPa和 8.65MPa。

随着锦屏辅助洞开挖掘进，隧洞区地下水活动的方式有裂隙性岩体中的渗滴水、线状流水，透水性断层带或溶蚀裂隙密集带中的集中涌水、稳定流等，地下水活动特性逐渐明了。西端杂骨脑组3个出水带由砂板岩分隔，其渗水量级自渗滴水至单点涌水量大于1万L/s且大小不同，但部分为静储量，季节变化相对明显；中部富水，渗水量级在渗滴水至5000L/s范围大小不同，集中涌水点流量相对稳定，也是特征明显的动水；东端近岸坡溶洞有良好的储水空间，但排泄条件好，水量相对小，季节变化明显。

锦屏辅助洞A线、B线统计突发性集中涌水点有5个、涌泥点见于3个洞段，其单点突发性涌水量大于10000L/s，汇总最大稳定涌水量为11220L/s；4条引水隧洞共揭露流量大于1000L/s的涌水点达6个（西端1个、中部3个、东端2个），隧洞区枯期总出水量4000L/s，但在雨季期间的总流量达16800L/s。锦屏辅助洞东西端掘进遭遇大流量涌水情况示意见图1.7和图1.8。引水隧洞西端掘进遭遇大流量涌水情况示意见图1.9。

图1.7 锦屏辅助洞开挖掌子面的大流量涌水

图1.8 锦屏辅助洞开挖掌子面侧壁劈裂大流量涌水口形状

图1.9 引水隧洞溶洞大流量涌水、压力涌水

设计划分东部盐塘组地层k12+415～k15+212段存在4个出水带、中部白山组地层k4+476～k12+122段存在6个出水带、西部杂谷脑组地层k0+211～k3+130段存在3个出水带。锦屏辅助洞、引水隧洞东西端掘进纵向上遭遇大流量涌水相对位置见图1.10。随着隧洞开挖，受施工揭露大水点排泄影响，引水隧洞沿线地下水位显著下降，且地下水位线形态波动明显，地下水活动有密切的关联性。

（1）引水隧洞岩溶形态在k0+300、k1+500、k2+800、k4+500、k5+800等部位的岩溶形态与锦屏辅助洞相应部位基本能够对应，并且表现出揭露数量多、体积大的特点。

（2）从地下水活动情况分析，中部稳定流量在桩号k5+888前后揭露涌水后，引水隧洞西端桩号k4+500～k5+000范围涌水量减少，辅助洞桩号k5+000～k6+000范围的涌水点出水量消减。

（3）饱水带的岩溶发育除垂直发育外，沿水平或近水平方向的发育更为强烈，在接近最低排泄基准面时地下水动力条件好。

（4）根据地下水水文年活动情况及隧洞开挖成型的次第关系水活动情况分析，西端的非可溶岩间的岩溶管道连通性好于中部。通过观察涌水点水量的季节变化情况、分析引水隧洞涌水点堵水灌浆处理后对锦屏辅助洞东端所揭露出水点的动态变化情况，判定东端岩溶系统在垂直方向的联系最为密切。

2.隧洞区应力破坏及岩爆情况

地下洞室开挖除遇沿断层、裂隙密集带易产生掉块、局部坍塌等破坏情况外，隧洞区揭露的岩体主要为大理岩，岩石平均饱和单轴抗压强度65～120MPa，抗拉强度3～6MPa，围岩强度应力比大多小于2，具备发生高地应力破坏的条件，并在局部加剧原有构造破碎的强度或改变破坏方式。

（1）隧洞开挖在洞室周缘发生浅、表层围岩应力破坏，主要形式包括围岩松弛、岩爆。岩爆有分级：中等Ⅱ级岩爆的运动特征以松脱、剥离为主，少量弹射，强烈Ⅲ级岩爆的运动特征以弹射为主，同时存在松脱、剥离。Ⅳ级岩爆出现张裂缝，伴随强烈震动，相当于地震震级2级。

（2）围岩松弛。相同的围岩类别、但不同埋深，其围岩松弛深度不一样，具有埋深大、松弛深度大的特点。其中，2号引水隧洞围岩开挖松弛深度与埋深关系图见图1.11（图中测得松弛深度扩大300倍数），从图1.11中可以看出：隧洞埋深1500～2000m范围及碎屑变质岩分布范围的松弛圈深度相对较大。

图1.11 2号引水隧洞围岩松弛圈深度与隧洞埋深关系图

（3）开挖过程，锦屏辅助洞、引水隧洞发生的岩爆以轻微-中等型岩爆破坏为主，少量强岩爆、极少极强岩爆。仅锦屏辅助洞A线、B线、2号引水隧洞、4号引水隧洞、排水洞等遭遇了极强岩爆，其段长分别为63m、99.3m、11m、39m、5m。一般性围岩破坏以小型坍塌为主，少量中、大型坍塌洞段。其中，锦屏辅助洞B线桩号Bk6+722～Bk6+754洞段发生极强岩爆后全面开始岩爆防治试验及应急管理工作，锦屏辅助洞A线桩号Ak9+650～Ak9+673发生极强岩爆影响施工进度3个月；排水洞掘进至桩号Sk9+285遇极强岩爆导致TBM填埋，此段改道由人工钻爆连通实现排水功能。岩爆破坏情况示意见图1.12～图1.15。

岩爆主要出现于三叠系中统白山组厚层状大理岩，其次多见于三叠系中统杂谷脑组、盐塘组中的大理岩中，其他三叠系上统砂岩地层岩性中，仅出现少量的岩爆及局部剥落、片帮破坏情况。

图1.12 锦屏辅助洞极强岩爆损坏开挖设备

图1.13 锦屏辅助洞极强岩爆损坏支护结构

图1.14 引水隧洞桩号k3+600附近左右拱间岩爆破坏

图1.15 2号引水隧洞桩号k5+000的9号横通道极强岩爆损坏台车

锦屏辅助洞岩爆发生的规律：弱至中等强度岩爆产生在掌子面及滞后1倍洞径内，强岩爆发生在21.0m范围，时滞性岩爆发生在Ak7+200前后190m范围，掌子面爆破5min后即出现类似单次爆破的情况，并伴随有两侧墙坍塌；岩爆一般较少形成岩爆坑，岩爆片状体较多，少有穹形体，块径大小不一。

引水隧洞发生围岩松弛或发生岩爆破坏洞段占开挖段长大于32%，3号引水隧洞围岩发生破坏长度则占总洞室长度的42%，此类破坏中有1/3～1/2间属于以高地应力并产生岩爆破坏的段长。其中，1号、3号引水隧洞围岩发生破坏长度大于2号、4号引水隧洞围岩发生破坏的长度，但2号、4号引水隧洞遭遇岩爆的长度明显高于1号、3号引水隧洞遭遇岩爆的长度。

3.绿泥石片岩变形

1号引水隧洞桩号k1+535～k1+759和2号引水隧洞桩号k1+613～k1+643段揭露的三叠系下统绿泥石片岩未在相邻锦屏辅助洞对应洞段中出现，较地质剖面“提前”揭露，设计和施工对可能发生大变形的事件预估不足。引水隧洞施工至该地层时，局部坍塌（图1.16），成型洞段滞后实施强支护前，普遍存在围岩变形较大的现象，在已有支护的条件下，隧洞围岩变形侵占设计衬砌净空，变形范围达254m洞长。

图1.16 西端引水隧洞绿泥石片岩洞段掌子面开挖支护与坍塌情况

（1）1号引水隧洞在桩号k1+759处发生的坍腔口位于断面北侧拱肩位置、1号引水隧洞多个部位出现喷射混凝土层张开脱空和开裂现象、两侧拱脚（上下台阶交界处偏上部位）同样是断面变形比较集中的部位，1号引水隧洞桩号k1+660断面北侧拱脚出现严重的混凝土喷射混凝土层脱空现象，脱空产生的最大裂缝超过20cm，桩号k1+670断面北侧边墙下部出现竖向裂纹，裂纹具有剪切特征。

（2）围岩测量变形显示有较大的缩径现象。承包人、业主单位测量中心和设计单位采用断面扫描仪、水准仪、全站仪等测量复核三叠系下统绿泥石片岩地层洞段成洞体型，均得出了隧洞侵空现象较为明显的结论。典型断面测量结果见图1.17、图1.18。根据断面测量变形情况为：绿泥石片岩洞段普遍存在围岩变形较大的现象，隧洞围岩变形侵占设计衬砌净空厚度基本大于20cm，大部分为20～60cm之间，局部超过1m。变形问题较为突

图1.17 1号引水隧洞绿泥石片岩洞段开挖轮廓线变形侵空测量展示图

图1.18 2号引水隧洞绿泥石片岩洞段开挖轮廓线变形侵空测量展示图

出的洞段主要集中在1号引水隧洞桩号k1+624～k1+759和2号引水隧洞桩号k1+628～k1+643段，即纯绿泥石片岩洞段。

4.溶洞影响围岩稳定

锦屏辅助洞揭示可溶岩存在岩溶管道，局部也有大型溶洞，根据揭露情况分析，仅局部采取衬砌结构改变外观形状或保护溶蚀破碎围岩，对不存在围岩稳定及影响隧洞运行的溶蚀空间，不再进行专门处理。但引水隧洞成型断面大，揭露的岩溶形态多，并存在影响结构安全的情况，见图1.19和图1.20。

图1.19 锦屏辅助洞及西端引水隧洞溶洞形态，局部充填黏泥

图1.20 西端引水隧洞近岸坡空间大于30m，积淀钙华

（1）引水隧洞西端近岸坡溶洞。1号引水隧洞桩号k0+385～k0+420段隧洞段管道型溶洞、2号引水隧洞桩号k0+350～k0+400段管道型溶洞、3号引水隧洞桩号k0+270～k0+355洞段厅堂型溶洞、4号引水隧洞于桩号k0+330以西遇厅堂型溶洞等，需要考虑局部结构稳定及运行期地下水的影响。

（2）引水隧洞可溶岩与非可溶岩间发育的溶洞。引水隧洞西端桩号1号引水隧洞k1+441～k1+537、2号引水隧洞k1+425～k1+520、3号引水隧洞k1+470～k1+530洞段为T₂z杂谷脑组大理岩岩溶段，其间岩溶管道与小厅堂型溶洞连通，溶蚀裂隙枝杈四通八达，并堆积有大量块石及泥沙，在能量测、钻探的有限范围内，溶蚀管道总体积大于5000m³，揭露涌水量大最达3000L/s，后期衰减至500L/s。这些部位分别采取了堵水、回填、局部加强支护并改变衬砌结构、灌浆加固等。