王广巍，姚 蒲

（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072）

天星坝水库枢纽与灌区分属不同流域，需跨流域输水至灌区，灌区面积为8.673×103m2，水库坝址距永善县莲峰乡政府约21km，距昭通—永善公路约4km，交通条件一般。天星坝输水隧洞长约6853m，围岩中地下水位，普遍高于输水洞洞身高程，且隧洞穿越天星坝河、梅家河、大沙坝河、莲峰断裂及其分支断裂，地下水较为丰富，导致围岩质量降低，施工难度增大，应进行隧洞施工中涌水量预测，提前做好隧洞排水、开挖、支护施工方案，从而保证施工进度、安全，减少工程投资。

天星坝水库枢纽位于云南省永善县天星坝河，枯水期水面高程约2000m，水面宽约5～9m。水库正常蓄水位2059.90m，相应库容2376×104m3，死水位2006.0m，相应死库容22.9×104m3，兴利库容2353×104m3，为多年调节水库。水库枢纽由挡水建筑物、泄水建筑物、输水建筑物组成［1］。挡水建筑物为面板堆石坝，最大坝高约87m；
泄水建筑物由右岸溢洪洞、导流洞、放水管道组成；
输水建筑物为穿越分水岭的输水隧洞，隧洞取水口位于天星坝水库坝址左岸上游约200m处，隧洞出口位于老鹰岩，隧洞总长约6853m，在桩号K0＋890.90m附近，隧洞轴线方向由N19°9′E转为N33°59′W，进口底板高程2001.9m、出口底板高程1995m，断面呈城门洞形，衬砌后洞宽2.1m，洞高3.0m，设计输水流量3.2m3／s。输水隧洞下游与左右干管衔接，长度分别约为24925m、33559m。

输水隧洞沿线以构造侵蚀地貌为主，属中山、高中山区，山脉走向与构造线基本一致。隧洞沿线地面高程2000～2500m，垂直埋深80～250m，最大埋深约490m，深埋洞段存在岩爆现象。

输水隧洞穿越围岩为二叠系峨嵋山玄武岩组（P2β），宣威组（P2x）砂岩、黏土岩，三叠系飞仙关组（T1f）砂岩、粉砂岩、泥页岩。

输水隧洞穿越地质构造，主要为北东向莲峰断裂（F1）及其分支（F2），缓倾角错动带（Lc）和陡倾角挤压破碎带（g）。

（1）F1：莲峰断裂主断裂，分布在K4＋564m～4＋601m，产状N50°～60°E／NW∠60°～80°，与洞轴线夹角约85°，断层带一般宽30～40m，主要由片状构造岩、碎裂岩、断层泥组成，两侧影响带宽20～40m。

（2）F2：莲峰断裂分支断裂，分布在桩号K4＋263m～K4＋317m，产状N20°～30°E／NW∠60°～80°，断层带宽20～30m，主要由片状构造岩、碎裂岩组成，两侧影响带宽10～30m。

（3）输水隧洞穿越地层中发育缓倾角错动带（Lc）和陡倾角挤压破碎带（g）：带宽约10～30cm，主要由碎裂岩、角砾岩组成，结构紧密。优势裂隙发育3组分别为：N45°～60°E／NW∠70°～85°，N5°～25°W／SW∠60°～75°，N20°～40°E／NW∠15°～25°；
长度一般1～5m，间距一般5～20cm，裂面多起伏粗糙，充填岩屑。其次随机裂隙少量发育。

输水隧洞围岩主要为二叠系峨眉山玄武岩组（P2β），长度约5072m，占74%；
次为二叠系宣威组（P2x）、三叠系飞仙关组（T1f）砂岩、粉砂岩、泥页岩，长度约1781m，占26%。

输水隧洞跨分水岭输水，穿越了NE向镜子山，镜子山最高3005m；
以镜子山为分水岭，分水岭SE侧，隧洞穿越水库干流天星坝河，支流梅家河、大沙坝河；
分水岭NW侧无较大规模的地表水系分布。基岩裂隙水是输水隧洞地下水主要类型，节理裂隙系统是隧洞主要富水构造，接受大气降水、地表水体补给，向天星坝河、金沙江排泄，少量以泉的形式溢出地表。二叠系峨眉山玄武岩组（P2β）风化强烈、裂隙短小、密集，充填情况较差，是输水隧洞主要富水岩体；
二叠系宣威组（P2x）、三叠系飞仙关组（T1f），岩性为砂岩、粉砂岩、泥页岩，砂岩、粉砂岩受层厚限制，裂隙发育程度、规模有限，且泥页岩为相对隔水层，该地层富水能力相对较差。

为查明输水隧洞围岩透水性，在输水隧洞沿线天星坝河、大沙坝河处，分别布置TZK01钻孔、TZK02钻孔；
孔深分别为150m、250m，表部覆盖层厚度分别为41.5m、15.0m，下部基岩均为玄武岩，基岩部位做钻孔压水试验。成果见表1～2。

表1 TZK01钻孔压水试验成果统计（天星坝河）

表2 TZK02钻孔压水试验成果统计表（大沙坝河）

输水隧洞过天星坝河段垂直埋深约89m，孔深56.5～110m段渗透率为1.5～3.3Lu。隧洞通过部位围岩微风化，裂隙新鲜闭合，饱和单轴抗压弹度（60MPa≥Rb≥30MPa），为中坚硬岩［2］，渗透率为1.7～2.0Lu，根据GB50487—2008《水利水电工程地质勘察规范》，围岩为弱透水岩体，发生隧洞大量涌水现象可能性不大［1］。

输水隧洞过大沙坝河段垂直埋深约187m，孔深56.4～171.5m段，渗透率3.2～3.7Lu；
孔深171.4～251m段，渗透率1.0～3.5Lu。隧洞通过部位，围岩微风化，裂隙新鲜闭合，渗透率2.0～3.5 Lu，根据GB50487—2008《水利水电工程地质勘察规范》，围岩为弱透水岩体，发生隧洞大量涌水现象可能性不大。

地下洞室工程涌水预测采用方法主要有：水均衡法、地下水动力学法、比拟法、模糊评分法、同位素法、数值模拟法等。输水隧洞涌水预测采用水均衡法（降水入渗法）、地下水动力学法（柯斯嘉科夫法）。

4.1 水均衡法

水均衡法适用于地下水运动为非渗流型，在难以根据地下水动力学原理进行隧洞涌水量预测的情况时，用其预测涌水量均为稳定流量。采用水均衡法之降水入渗法，预测输水隧洞掘进过程涌水量。考虑输水隧洞为弱透水基岩裂隙含水系统，进行隧洞整体涌水量预测。降水入渗系数法是根据水文地质条件，一定范围内大气降水有效入渗补给量部分或全部涌入隧洞，其平均稳定涌水量表达式为：

式中：Qcp为隧洞平均稳定涌水量，m3／d。F为地表补给面积，km2，在汇流型单元为该单元汇流总面积，在散流型单元和碎屑岩区根据地形圈定。R为大气降水量，mm，采用实测资料，考虑降水高山效应确定。α为大气降水入渗系数，变化范围在0～1之间，根据地质条件、岩体结构、拥有资料的情况，不同洞段分别采用计算值或经验值。η为拆减系数，取值0.2～1.0，取决于洞段所处部位、埋深、岩体富水性、断裂发育特征等。

预测时大气降水量R取666mm，地表补给面积F取21.4km2；
经预测天星坝水库输水隧洞涌水量为901.89m3／（d·km）。

4.2 地下水动力学法

地下水动力学法之柯斯嘉科夫法，预测输水隧洞掘进过程长期（稳定）涌水量。考虑输水隧洞为弱透水基岩裂隙含水系统，从保守角度考虑，进行隧洞整体涌水量预测。柯斯嘉科夫法预测隧洞长期（稳定）涌水量的表达式见式（2），柯斯嘉科夫法概化模型见图1。

图1 柯斯嘉科夫法概化模型

式中：Qs为隧洞单位长度长期（稳定）涌水量，m3／d；
K为岩体渗透系数，m／d；
H为静止水位至洞底距离（含水体厚度），m；
R为隧洞涌水影响宽度，m；
r为隧洞洞身净半径，m；
W为隧洞洞身净宽度，m，r=W／2；
α为修正系数。

预测时隧洞涌水影响宽度R取572.9m，隧洞围岩以微新为主，渗透系数K取0.7m／d，水位至洞底距离（含水体厚度）H平均取103.7m，洞身半径按设计1.5m计算修正系数为0.0442。经预测天星坝水库输水隧洞涌水量1078.50m3／（d·km）。

水均衡法和地下水动力学法两种方法预测隧洞涌水量分别为901.89m3／（d·km）、1078.50m3／（d·km）。涌水量平均值为990.2m3／（d·km）；
预测成果表明，输水隧洞涌水量总体不大；
该预测成果不包括隧洞穿越天星坝河、梅家河、大沙坝河、莲峰断裂及其分支断裂等洞段，围岩涌水量较大情况。开挖揭示，输水隧洞围岩涌水量与预测基本一致；
遇到局部洞段围岩涌水量较大，采取了如下施工处理措施，保证了隧洞施工进度与安全。

（1）施工中打超前钻探孔，深度一般3～6m，将掌子面前方围岩中地下水提前释放，降低水压［3］。

（2）局部洞段围岩涌水量较大，围岩质量较差，采用钢拱架、喷锚进行支护［4］，钢拱架采用I16工字钢，间距1m。

（3）加大隧洞内排水力度，增加水泵抽水功率，预备好备用抽水泵，保证洞内排水畅通，洞内底板积水深不超过20cm。

（4）围岩表部布置变形监测仪器，加强监测、观测、发现围岩较大变形，及时进行支护处理［5］。

（1）输水隧洞围岩主要为二叠系峨眉山玄武岩组（P2β），长约5072m，占74%；
次为二叠系宣威组（P2x）、三叠系飞仙关组（T1f）砂岩、粉砂岩、泥页岩，长约1781m，占26%。二叠系峨眉山玄武岩组（P2β）风化强烈、裂隙短小、密集，充填情况较差，是输水隧洞主要富水岩体；
二叠系宣威组（P2x）、三叠系飞仙关组（T1f），岩性为砂岩、粉砂岩、泥页岩，砂岩、粉砂岩受层厚限制，裂隙发育程度、规模有限，且泥页岩为相对隔水层，该地层富水能力相对较差。

（2）隧洞沿线TZK01、TZK02钻孔压水试验成果，隧洞通过部位，围岩渗透率分别为1.7～2.0Lu、2.0～3.5Lu，围岩均为弱透水岩体，发生隧洞大量涌水现象可能性不大。

（3）根据水均衡法和地下水动力学法两种方法预测涌水，输水隧洞涌水量平均值为990.2m3／（d·km）；
预测成果表明，输水隧洞涌水量总体不大；
该预测成果不包括隧洞穿越天星坝河、梅家河、大沙坝河、莲峰断裂及其分支断裂等洞段，围岩涌水量较大情况。

（4）开挖揭示，输水隧洞围岩涌水量与预测基本一致；
遇到局部洞段围岩涌水量较大，经采取超前钻探孔，钢拱架、喷锚支护，加大洞内排水，加强围岩监测、观测等措施处理后，保证了隧洞施工进度与安全。

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