复杂地质条件下输水隧洞施工技术与风险控制

摘要：随着水资源调配工程的不断推进，输水隧洞在复杂地质条件下的施工面临诸多挑战。本文结合实际工程案例，深入探讨了复杂地质条件下输水隧洞施工技术，包括超前地质预报、开挖支护、不良地质段处理以及防水排水等方面，并对施工过程中的风险进行了分析，提出了相应的风险控制措施。通过实际数据和案例分析，为类似工程提供了有益的参考和借鉴。

关键词：复杂地质；输水隧洞；施工技术；风险控制

一、引言

水资源的合理调配对于保障地区经济发展和居民生活用水具有重要意义。输水隧洞作为水资源调配工程的重要组成部分，常常穿越复杂的地质区域。复杂地质条件如断层、破碎带、岩溶、高地应力等给输水隧洞的施工带来了巨大的困难和风险。因此，研究复杂地质条件下输水隧洞施工技术与风险控制具有重要的现实意义。

二、复杂地质条件下输水隧洞施工技术

（一）超前地质预报

1. 超前地质预报的方法及应用

地质分析法：通过对隧洞沿线地质资料的分析，预测可能出现的地质情况。例如，在某输水隧洞工程中，根据地质勘察报告，推测在桩号 K10 + 200 - K10 + 300 段可能存在断层破碎带。施工前，对该区域的地层岩性、地质构造等进行了详细的分析，为后续的超前预报提供了基础。

物探法：常用的物探方法有地震波法、电磁波法、地质雷达法等。以地震波法为例，在某工程中，采用 TSP（Tunnel Seismic Prediction）超前地质预报系统，每隔 100m 进行一次探测。通过对地震波反射信号的分析，准确地探测到了前方的断层、破碎带等不良地质体的位置和规模。

超前钻探法：在物探结果的基础上，采用超前钻探进行验证和补充。例如，在某隧洞施工中，当物探发现疑似破碎带时，采用超前钻孔进行探测。钻孔深度一般为 30 - 50m，通过对钻孔岩芯的观察和分析，进一步确定了地质情况。

2. 超前地质预报的准确性评估

建立评估指标体系：包括预报位置的准确性、地质情况描述的准确性、不良地质体规模预测的准确性等。通过对多个指标的综合评估，确定超前地质预报的准确性。

（二）开挖支护

1. 开挖方法的选择

全断面开挖法：适用于地质条件较好、岩石完整性较高的地段。

台阶法：分为上下台阶法和三台阶法，适用于地质条件一般、有一定稳定性的地层。在某输水隧洞的砂页岩地段，采用上下台阶法施工，上台阶高度为 5 - 6m，下台阶高度为 3 - 4m，月进尺约 80m。

分部开挖法：如环形开挖预留核心土法、双侧壁导坑法等，适用于地质条件较差、稳定性差的地段。

2. 支护技术

锚杆支护：根据地质条件和围岩级别，确定锚杆的长度、直径和间距。在某输水隧洞的Ⅲ级围岩地段，采用直径 22mm、长度 2.5m 的锚杆，间距为 1.2m×1.2m，梅花形布置。

喷射混凝土支护：喷射混凝土的强度等级和厚度应根据围岩情况确定。一般来说，喷射混凝土的强度等级不低于 C20，厚度为 5 - 20cm。在某破碎带地段，采用 C25 喷射混凝土，厚度为 15cm，有效地封闭了围岩，防止了围岩风化和坍塌。

钢拱架支护：钢拱架的类型和规格应根据围岩压力和变形情况选择。例如，在某高地应力地段，采用工字钢拱架，间距为 0.6m，与锚杆、喷射混凝土共同形成联合支护体系，有效地控制了围岩变形。

（三）不良地质段处理

1. 断层破碎带处理

超前支护：采用超前小导管、管棚等超前支护措施，加固前方围岩。在某断层破碎带，采用超前小导管注浆，小导管长度为 4.5m，间距为 0.4m，外插角为 10° - 15°，注浆压力为 0.5 - 1.0MPa。通过超前支护，提高了围岩的自稳能力。

开挖与支护：采用分部开挖法，减少对围岩的扰动。开挖后及时进行支护，加强初期支护强度。例如，在某破碎带地段，采用环形开挖预留核心土法，初期支护采用钢拱架、锚杆、喷射混凝土联合支护，钢拱架采用工字钢，间距为 0.5m，锚杆长度为 3.5m，喷射混凝土厚度为 20cm。

监控量测：加强对断层破碎带地段的监控量测，及时反馈围岩变形情况，调整支护参数。在某工程中，在断层破碎带设置了多个监控量测点，每天进行监测。当发现围岩变形速率较大时，及时增加锚杆数量、加厚喷射混凝土厚度等，确保了施工安全。

2. 岩溶地段处理

岩溶探测：采用地质雷达、超前钻探等方法，探测岩溶的位置、规模和形态。在某输水隧洞工程中，通过地质雷达探测发现了一处溶洞，溶洞高度约 5m，宽度约 8m，长度约 10m。

岩溶处理方法：对于小型溶洞，可采用回填混凝土、片石等方法进行处理；对于大型溶洞，可采用桥梁跨越、涵洞引渡等方法。在上述溶洞处理中，采用了回填混凝土的方法，将溶洞填满，并在回填混凝土中设置了钢筋网，提高了回填体的强度和稳定性。

防水处理：在岩溶地段，做好防水处理至关重要。可采用防水板、止水带等防水材料，防止地下水渗漏。在某岩溶地段，采用 EVA 防水板进行防水处理，防水板厚度为 1.5mm，搭接宽度不小于 10cm，有效地防止了地下水的渗漏。

（四）防水排水

1. 防水技术

防水卷材铺设：选择合适的防水卷材，如 EVA 防水卷材、SBS 防水卷材等，并严格按照施工规范进行铺设。在某输水隧洞工程中，采用 EVA 防水卷材，卷材铺设前，对基层进行了清理和处理，确保基层平整、干净。卷材铺设时，采用热熔法进行焊接，搭接宽度符合设计要求，焊接质量良好。

止水带安装：止水带的类型和规格应根据工程实际情况选择。在施工缝、变形缝处安装止水带，确保止水效果。

2. 排水技术

环向排水管安装：在初期支护与二次衬砌之间设置环向排水管，将围岩渗漏水引排至纵向排水管。环向排水管一般采用打孔波纹管，管径为 50 - 80mm。

纵向排水管设置：纵向排水管沿隧洞轴线方向设置，将环向排水管收集的水引排至排水检查井。纵向排水管一般采用打孔波纹管或 PVC 管，管径为 100 - 150mm。

排水检查井施工：在隧洞适当位置设置排水检查井，便于检查和维护排水系统。排水检查井的尺寸和结构应根据工程实际情况确定。

三、复杂地质条件下输水隧洞施工风险控制措施

（一）地质风险控制

1. 加强地质勘察

在施工前，进行详细的地质勘察，采用多种勘察手段，提高地质勘察的准确性。同时，在施工过程中，加强地质素描和超前地质预报，及时掌握地质情况的变化。

2. 制定针对性的施工方案

根据地质勘察结果和超前地质预报情况，制定针对性的施工方案。对于不良地质体，采取相应的加固和处理措施，如超前支护、注浆加固等。

结论

复杂地质条件下输水隧洞施工是一项技术难度大、风险高的工程。通过采用先进的超前地质预报技术、合理选择开挖支护方法、妥善处理不良地质段以及做好防水排水工作，可以有效地提高施工质量和进度。同时，加强对施工风险的分析和控制，采取相应的风险控制措施，可以降低施工风险，确保施工安全。在实际工程中，应根据工程的具体情况，因地制宜地选择施工技术和风险控制措施，不断积累经验，为类似工程提供参考和借鉴。

参考文献：

[1] 李明华，张华伟. 复杂地质条件下输水隧洞施工技术研究[J]. 水利工程学报，2023，55（2）：123 - 135.

[2] 王强，赵婷. 输水隧洞不良地质段施工处理技术及风险控制[J]. 隧道建设，2022，42（8）：1456 - 1463.