吳 競

（河北省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，天津300250）

1 南水北調(diào)漕河段工程概況

漕河是大清河南系的一條支流，發(fā)源于易縣五回嶺，入白洋淀，河道全長110km，總流域面積800km2，交叉斷面以上流域面積588km2。漕河上游建有龍門水庫，控制流域面積470km2，馬連川河建有馬連川?。?）型水庫。

漕河與渡槽交叉斷面處，100年一遇設(shè)計(jì)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年一遇設(shè)計(jì)洪水位47.03m，300年一遇校核洪水位47.48m。工程所在區(qū)域?yàn)榕瘻貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候區(qū)，多年平均氣溫12.2 ℃，極端最高氣溫40.4 ℃，極端最低氣溫-23.4 ℃，最大風(fēng)速18.0m/s，年均無霜凍期191d，多年平均降水量545mm。

漕河段是南水北調(diào)中線工程京石段應(yīng)急供水工程上的重要渠段，位于河北省滿城縣境內(nèi)，距滿城縣城10km，線路全長9319.7m，包括吳莊隧洞、土渠段、大樓西南溝排水涵洞、大樓西溝排水涵洞、漕河渡槽、漕河退水閘、石渠段和崗頭隧洞等工程。該渠段設(shè)計(jì)輸水流量125m3/s，加大流量150m3/s。地震基本烈度6°。

漕河段地處太行山東麓低山丘陵區(qū)，屬低山丘陵及丘陵河谷地貌。漕河在該區(qū)流向?yàn)槟蠔|，河谷總寬度3km，主河槽向左岸側(cè)向侵蝕，寬230m，河底高程42.1m，右岸發(fā)育一、二級階地，階面高程45.0～65.0m，二級階地上沖溝較發(fā)育。河谷兩側(cè)為基巖裸露的山體，左側(cè)最高峰海拔293.0m，右側(cè)最高峰海拔411.6m。

本區(qū)出露基巖為碳酸巖系，局部有火成巖脈侵入，河谷覆蓋有較深的第四系松散巖層。本區(qū)域地處三級構(gòu)造單元的太行山隆起東部邊緣。區(qū)域主要斷裂帶有：西側(cè)有紫荊關(guān)斷裂；東側(cè)有徐水?dāng)嗔?，以北有北高倉斷裂。3條斷裂自第四紀(jì)以來沒有活動，屬穩(wěn)定區(qū)。

漕河段主要由吳莊隧洞、土渠段、左岸排水工程、漕河渡槽組成。

1.1 吳莊隧洞

1.1.1 進(jìn)口段

隧洞進(jìn)口段為土巖雙層結(jié)構(gòu)。覆蓋層上部為黃土狀壤土與黏土互層；下部碎石層，局部含壤土；基巖為燧石條帶白云巖。

洞身段圍巖為巖體單一結(jié)構(gòu)，巖性為薊縣系霧迷山組第三段 （Jxw3） 燧石條帶白云巖。洞身段長2207m，其中Ⅱ類圍巖長1813m，Ⅲ類圍巖段長354m，Ⅱ、Ⅲ類圍巖占總長度98%，工程地質(zhì)條件較好。

1.1.2 出口段

隧洞出口段地質(zhì)結(jié)構(gòu)與進(jìn)口段基本相同，同樣為土巖雙層結(jié)構(gòu)。其覆蓋層較進(jìn)口段厚。

1.2 土渠段及左岸排水建筑物

該段地層結(jié)構(gòu)為黏性土單一結(jié)構(gòu)，巖性以黃土狀壤土為主，夾少量黏土，局部含少量碎石。黃土狀壤土不具濕陷性。

1.3 漕河渡槽

漕河渡槽工程區(qū)域地形地質(zhì)條件較為復(fù)雜，本區(qū)按地貌類型劃分。

1.3.1 右岸階地段

地層上部為黃土狀壤土、碎石土，下部為基巖；覆蓋層表層巖性為黃土狀壤土，中部為微含碎石黏土，底部為微含碎石紅黏土； 基巖為燧石條帶白云巖，風(fēng)化深度不一，存在溶隙、溶洞和斷層破碎帶等地質(zhì)構(gòu)造。本段黃土狀壤土具有輕微濕陷性。

1.3.2 河床及漫灘段

地層上部為較薄的砂壤土、卵（礫）石、碎石土，下部為基巖。從地質(zhì)資料看，基巖中規(guī)模不等的裂隙、夾泥層、斷層破碎帶、巖脈、溶洞和溶隙均有發(fā)現(xiàn)；區(qū)段內(nèi)，揭露有時(shí)代不明的煌斑巖脈，巖脈呈全風(fēng)化、黃綠色土狀，強(qiáng)度極低。地質(zhì)條件十分復(fù)雜。

1.3.3 左岸邊段

山體為巖體單一結(jié)構(gòu)，巖性為燧石條帶白云巖，地表為弱風(fēng)化巖，節(jié)理較發(fā)育。

1.3.4 石渠段

石渠段地層結(jié)構(gòu)為碎石土、基巖雙層結(jié)構(gòu)，地表為人工堆積碎石，基巖為燧石條帶白云巖。

1.3.5 崗頭隧洞

隧洞進(jìn)口為土巖雙層結(jié)構(gòu)，地表為人工堆積碎石，基巖為燧石條帶白云巖。隧洞進(jìn)口斷層較為發(fā)育，存在輝綠巖脈，地質(zhì)條件較差。

洞身段圍巖為巖體單一結(jié)構(gòu)，巖性為燧石條帶白云巖，呈弱風(fēng)化～微風(fēng)化。洞身段大部為Ⅱ、Ⅲ類圍巖，其中Ⅱ 類圍巖1160m，Ⅲ類圍巖段長303m，Ⅱ、Ⅲ類圍巖占總長度的89%，工程地質(zhì)條件較好。

隧洞出口為土巖雙層結(jié)構(gòu)，地表為黃土狀壤土，基巖為燧石條帶白云巖。

2 工程布置及建筑物

2.1 吳莊隧洞

吳莊隧洞由進(jìn)口段、洞身段和出口段3部分組成，全長2373m，其中洞身段長2207m，隧洞采用雙洞線方案，進(jìn)口分流角為30°，出口匯流角為25°，兩條隧洞軸線之間距離28.4m。洞身過水?dāng)嗝娌捎脠A拱直墻型斷面，設(shè)計(jì)底寬7.8m，高8.45m，洞內(nèi)設(shè)計(jì)水深5.08m。

隧洞襯砌型式為兩種，一種為鋼筋混凝土全斷面襯砌，適用于進(jìn)出口段、四類圍巖段和斷層破碎帶段，混凝土襯砌厚度分別為70～80cm；另一種為錨噴支護(hù)加混凝土減糙襯砌，混凝土襯砌厚25cm。

2.2 土渠段

土渠段位于吳莊隧洞出口與漕河渡槽進(jìn)口之間，總長2101.7m。渠道過水?dāng)嗝鏋樘菪?，一級馬道寬5m，右側(cè)馬道鋪設(shè)凈寬4.0m的瀝青混凝土路面。在渠道兩岸開口線或渠堤坡角線外側(cè)，布置寬度為8m 的防護(hù)林帶。

2.3 左岸排水

2.3.1 大樓西南溝排水涵洞

大樓西南溝排水涵洞由進(jìn)口段、涵洞洞身段、出口段組成，兼做交通洞。進(jìn)口段長45m，出口段長45.5m，八字翼墻接圓弧導(dǎo)流墻與兩岸聯(lián)接。涵洞洞身段長112m，斷面采用鋼筋混凝土箱型結(jié)構(gòu)，為無壓涵洞，洞頂為總干渠渠道。

2.3.2 大樓西溝排水涵洞

大樓西溝排水涵洞由進(jìn)口段、洞身段、出口段組成。進(jìn)口段長21.93m，出口段長35m。洞身段長105m，洞底為平坡。斷面采用鋼筋混凝土箱型結(jié)構(gòu)，為無壓涵洞。

2.4 漕河渡槽

漕河渡槽由出口段、槽身段、出口段3部分組成，總長2300m。主要建筑物有渡槽的進(jìn)出口漸變段、進(jìn)出口檢修閘、渡槽槽身的落地矩型槽段和架空的槽身段，以及渡槽的擴(kuò)大墩基礎(chǔ)和端承樁墩基礎(chǔ)。

2.4.1 進(jìn)口段

進(jìn)口漸變段長45m，采用鋼筋混凝土直線扭曲面結(jié)構(gòu)。進(jìn)口檢修閘室段長10m，為底板分離式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

2.4.2 槽身段

槽身段包括進(jìn)口連接段、落地矩型槽段、20m跨多側(cè)墻段、30m跨多側(cè)墻段和出口連接段5部分組成。

（1）進(jìn)口連接段為閘室與渡槽槽身的過度段，長8.4m，采用3槽一聯(lián)結(jié)構(gòu)。

（2）落地矩型槽段長240m，槽段為3槽一聯(lián)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，墻頂設(shè)人行道板和拉桿，邊墻外側(cè)設(shè)側(cè)肋，肋間距2.4m。

（3） 樁號375+720.4～376+120.4，中心線為彎道段，20m跨和30m跨段均為槽身架空段，槽身為3槽一聯(lián)的多側(cè)墻多縱梁預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。為滿足預(yù)應(yīng)力鋼絞線布置要求，將縱墻底板以下斷面擴(kuò)大成“馬蹄”狀，并在縱墻和底板連接處設(shè)有貼角。

2.4.3 出口段

出口檢修閘室為底板分離式，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

2.5 漕河退水閘

漕河退水閘位于漕河渡槽出口左岸邊，其作用是遇事故時(shí)將總干渠的水退至漕河。退水閘由上游連接段、閘室、退水渠、擴(kuò)散段4部分組成，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

2.6 石渠段

石渠段位于漕河渡槽出口與崗頭隧洞進(jìn)口之間，總長745m。渠段斷面型式分為全挖方、左挖右填及左填右挖3種。渠道過水?dāng)嗝嫘褪綖榫匦?，采?5cm厚的混凝土襯砌減糙及防滲。

2.7 崗頭隧洞

崗頭隧洞由進(jìn)口段、洞身段和出口段3部分組成，全長1800m，其中洞身段長1650m，隧洞采用雙洞線布置。

洞身過水?dāng)嗝娌捎脠A拱直墻型斷面。隧洞襯砌型式為兩種，一種為鋼筋混凝土全斷面襯砌，適用于進(jìn)出口段、Ⅳ類圍巖段和斷層破碎帶段，混凝土襯砌；另一種為錨噴支護(hù)加混凝土減糙襯砌。

3 出口段

3.1 崗頭隧洞出口段

崗頭隧洞出口洞臉巖石風(fēng)化較嚴(yán)重，松散碎石較多，且有3條破碎帶發(fā)育。為保證邊坡穩(wěn)定，將原洞臉支護(hù)方案為掛網(wǎng)噴混凝土。

3.2 崗頭隧洞洞口段

3.2.1 洞口地質(zhì)情況

洞內(nèi)圍巖地質(zhì)條件較差，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，洞口段開挖由原來的“A”型斷面改為“D”型斷面，洞內(nèi)開挖后在左壁揭露出一條規(guī)模較大的構(gòu)造裂隙帶，走向NE60°，傾向NW，傾角82°，進(jìn)口分流墩地表揭露該裂隙帶寬5～6m，裂隙帶內(nèi)為紅黏土碎石，部分碎石表面有鈣膜，以紅黏土為主，該裂隙帶在隧洞左洞壁形成軟弱帶。該段發(fā)育兩組節(jié)理，相互成正交，延伸長度較大，節(jié)理面及巖層面均有泥膜或夾泥。

2005年10 月27 日在導(dǎo)洞擴(kuò)挖成形時(shí)出現(xiàn)部分塌落，左側(cè)軟弱構(gòu)造裂隙帶片段，導(dǎo)洞左上頂部沿層面、節(jié)理面出現(xiàn)部分巖塊塌落，形成近20m3塌落，最大巖塊1.5m×0.8m×0.8m，巖塊層面及節(jié)理面均有泥膜。

4 隧洞塌方

4.1 塌方過程

2006年7 月2 日凌晨1∶10，崗頭隧洞進(jìn)口右洞左側(cè)墻及左側(cè)頂拱部位洞口段發(fā)生塌方，巨大的側(cè)壓力導(dǎo)致已支護(hù)的鋼格柵拱架左側(cè)整體發(fā)生位移，拱架底腳最大位移1.5m。

7月7 日上午9：55，右拱角部位再次出現(xiàn)塌方，洞頂右側(cè)部分塊石及大量泥塊脫落，將洞口拱架壓掉一榀，且塌落部位正內(nèi)部方向有一大塊石已與巖壁脫離，內(nèi)部夾有大量黃泥，隨時(shí)有脫落危險(xiǎn)，此時(shí)已塌落至洞頂一級馬道部位，高程73.89m。

7月12 日下午17：10，此部位再次塌方，此次塌落范圍為最大一次。右拱角部位已延伸到二級馬道高程79.89m處，左側(cè)范圍延伸至分流墩中部，右側(cè)范圍延伸到洞頂中心線，左右跨度15m，上下跨度10m。洞口部位5榀鋼支撐從右拱角處直接被壓折，從揭露的巖石狀況來看，巖石基本從夾泥裂隙處塌落，裂隙中夾泥較為嚴(yán)重，正洞頂部位有幾塊較大危險(xiǎn)懸石，隨時(shí)有塌落危險(xiǎn)。

7月12 日晚，懸在洞頂部位的懸石塌落，并在左右方向再次出現(xiàn)塌落，此時(shí)二級馬道已全部塌落破壞，從現(xiàn)場情況看，塌落部位內(nèi)部仍有繼續(xù)塌落危險(xiǎn)的懸石。有關(guān)塌方照片如圖1～圖4。

圖1 7月2日第1次塌方

圖2 7月7日第2次塌方

圖3 7月12日下午第3次塌方

圖4 7月12日晚第4次塌方

4.2 塌方原因

洞室開挖完成后，一直沒有經(jīng)過汛期或雨季，由于近日連續(xù)降雨，尤其是6月29日晚大暴雨，導(dǎo)致地下水量加大，地下水滲入洞口左側(cè)的斷層破碎帶，圍巖整體失穩(wěn)。由于洞室左側(cè)存在4～5m厚的夾泥層，鋼格柵拱架底腳無法坐落在堅(jiān)硬的基巖上，降雨后底腳斷層夾泥軟化，抗側(cè)滑力強(qiáng)度降低，故在巨大的側(cè)壓力下，最終導(dǎo)致鋼格柵拱架的失穩(wěn)變形。

4.3 處理措施

為繼續(xù)探明洞內(nèi)圍巖情況，開挖采用4m×4m下導(dǎo)洞情況下，超前擴(kuò)挖面4～6m前根據(jù)實(shí)際揭露的圍巖情況，采取了短進(jìn)尺弱爆破及時(shí)支護(hù)的施工原則，每炮循環(huán)進(jìn)尺為1.5m左右，開挖完成后，及時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)錨桿、掛網(wǎng)、噴混凝土、格柵拱架支護(hù)等聯(lián)合支護(hù)手段，確保洞內(nèi)開挖安全，并順利完成了洞口段的開挖。

5 結(jié)語

論述了南水北調(diào)中線漕河段工程狀況，對該段工程地質(zhì)進(jìn)行了論述，并對崗頭隧洞發(fā)生塌方進(jìn)行了分析，對超擴(kuò)挖面揭露的圍巖采取短進(jìn)尺弱爆破等支護(hù)施工處理措施及施工方案。