金中鎮(zhèn)洋水河排洪隧洞洞線選擇分析

楊秀華，徐 倩，李邦偉

(貴陽市水利水電勘測設計研究院，貴州 貴陽 550002)

貴州省貴陽市開陽縣金中鎮(zhèn)有著豐富的磷礦石資源，目前境內(nèi)磷礦石探明儲量達4.3億t，P2O5平均含量達33.73%，含P2O5在32%以上的優(yōu)質(zhì)富礦占全國的70%以上，是我國優(yōu)質(zhì)富礦的主要產(chǎn)地，同時也是全國唯一不經(jīng)處理即可生產(chǎn)高濃度磷肥的優(yōu)質(zhì)磷礦石基地。2017年6月24日，開陽縣遭遇“6.24”洪水，洋水河河水暴漲，其中箱涵段進口淹沒，最高時水深淹沒洞口50cm，持續(xù)時間約2h。礦肥公司磷酸二銨散存庫處水深淹沒公路50～60cm，持續(xù)時間約2h，若暴雨持續(xù)時間稍長可能將導致礦肥公司磷酸二銨散存庫價值近億元的化肥被毀，情況十分危及。經(jīng)分析，該次洪水流量245m3/s左右，屬于超50年一遇、不到100年一遇洪水，造成洪水漫頂主要原因有：①洪水實際為超50年一遇標準，超標洪水可能導致洪水漫頂。②經(jīng)多年運行，箱涵上、中、下游均出現(xiàn)淤積情況，箱涵過水斷面小于設計值。③洋水河河水高磷酸、高懸浮物、礦渣等對箱涵過水面造成腐蝕，同時過水面滋生苔蘚植物等，箱涵過水面糙率低于設計值，行洪能力降低。④洋水河中排污管、化工管占據(jù)河道行洪斷面，形成滯洪作用。

已建箱涵出現(xiàn)明滿流交替運行情況，已出現(xiàn)規(guī)范嚴禁運行工況，情況十分危及。另外由于多種原因，現(xiàn)狀箱涵頂覆土已到805m高程，且部分區(qū)域仍在加高中，已遠超原設計789m平場高程，若洪水到達805m高程將淹沒整個廠區(qū)，考慮到如果金中鎮(zhèn)遭受洪災，將對開磷集團造成巨大損失，影響非常巨大，故為保護開磷集團廠礦，修建排洪隧洞，提高金中鎮(zhèn)洋水河防洪標準刻不容緩，工程建設迫切而十分必要。

1 工程概況

工程區(qū)地處云貴高原中低山向丘陵過渡之地帶，海拔高程在700～1350m之間，相對高差650m左右，區(qū)內(nèi)河流縱橫，地表切割破碎，總體為南高北低，中間地勢較低，地形地貌為溶蝕、侵蝕型低中山丘陵河谷地貌，該區(qū)第四系廣布，多為耕地、林地，植被覆蓋較好，由于金中鎮(zhèn)洋水河上游磷礦沿地勢低洼地帶、斜坡地帶棄渣、垮塌體等形成松散堆積體較多，下游河道淤塞嚴重。考慮到開磷集團金中鎮(zhèn)園區(qū)不斷發(fā)展，原設計河道箱涵防洪能力為50年一遇(P=2%)，已不能滿足園區(qū)的發(fā)展需求，準備從已建箱涵右岸山體新建一條隧洞來增加園區(qū)的防洪能力。

設計隧洞進口高程為775.33m，出口高程為754.36m，總長1454.5m，設計水力坡度為0.014。排洪隧洞體型為城門洞型，設計隧洞為圓拱直墻型無壓隧洞。設計隧洞最大過流寬度為4m，直墻高度為3.23m，圓拱半徑為2.3m、弧度121°。

2 洞線選擇

工程區(qū)原河道段被截彎取直改造為過水箱涵，現(xiàn)箱涵上部覆蓋回填土(回填土含碎塊石、渣土等，工程性質(zhì)復雜多變，處于欠固結狀態(tài))，目前該填土段已被整平改造，現(xiàn)為開磷集團堆、卸貨場，場內(nèi)有鐵路運輸軌道，距離箱涵約90m，回填土厚度20～30m。若采取明挖修筑箱涵方式，采用1∶1.5分級放坡處理，則需開槽寬度30～50m，該段為回填土高邊坡，性質(zhì)極不穩(wěn)定，極易產(chǎn)生圓弧滑動，造成開挖邊坡坍塌，且緊鄰堆貨場及鐵路，開挖深溝槽使堆貨場、鐵路路基易造成不均勻沉降，安全風險極大，故該段已建隧洞左側無明挖條件，若采取鋼板樁、排樁處理，施工難度大、成本高，故本次不考慮。同理已建隧洞右側緊鄰山體卸荷裂隙密集帶，開挖時形成臨空面，加之施工擾動，該段卸荷裂隙密集帶山體極易垮塌，故右側不具備明挖條件。綜上，該工程只能考慮從洋水河右岸山體開挖隧洞進行泄洪，隧洞區(qū)采空區(qū)、卸荷裂隙密集帶、大變形泥巖段大量分布，因此必須做好洞線的選擇，做到既保證隧洞施工及運行安全，又要考慮節(jié)約工程投資。以下將對洞線進行選擇。

圖1 物探解釋推斷綜合平面圖

(1)物探成果分析

該工程為應急工程，工程區(qū)地形地貌、水文地質(zhì)及工程地質(zhì)條件復雜，為提高工程進度，經(jīng)過各方面利弊權衡考慮，綜合考慮首先采用時間域瞬變電磁法進行勘察，然后再用鉆探對物探揭示異常區(qū)進行驗證，從而對隧洞設計提供滿足設計精度、要求的基礎資料。

該次物探共圈定裂隙發(fā)育異常區(qū)域3個，分別編號L1、L2、L3，該組裂隙發(fā)育異常區(qū)域均相對較小；物探圈定采空區(qū)共計10個區(qū)域，分別編號C1—C10，圈定異常區(qū)域相對較多、較大，綜合分析，工區(qū)已形成大面積采空區(qū)但采空區(qū)規(guī)模分布不均且較分散。

根據(jù)物探剖面異常的自身規(guī)模、特征，及其在工區(qū)的分布區(qū)域及其規(guī)律，結合收集到的工區(qū)實際地質(zhì)資料及以往生產(chǎn)活動情況，將物探所圈定的低阻異常進行區(qū)域性的劃分，結合收集到的相關資料將該次物探勘查獲得的低阻異常帶劃分為2種類型：采空含水區(qū)；基巖破碎、基巖裂隙導(含)水區(qū)域。

由圖1結合現(xiàn)場實際情況分析，該段多為民采，多沿洋水河右岸坡掘進巷道，進入山體后向南、北、東三個方向進行開挖，揭示異常區(qū)多靠河床一段較山體內(nèi)范圍小，且向山內(nèi)有分岔。故推測有采空區(qū)普遍存在向山體內(nèi)部擴大的可能，且越往山內(nèi)越靠近開磷集團大規(guī)模開采的礦區(qū)，建議選線時盡量避開大規(guī)模采空區(qū)，而選擇采空區(qū)埋深相對較薄的地段(采空區(qū)埋深針對隧洞底板)，其采空區(qū)規(guī)模較小，處理難度也就相應減小，同時兼顧考慮陡崖段工程地質(zhì)條件，合理布置洞線。與此同時，我們對各物探揭示異常區(qū)進行了鉆探，驗證了物探揭示采空區(qū)存在，平面及高程分布于物探成果基本保持一致。

(2)洞線比選

隧洞位置的選擇一般要求山體雄厚，洞周都有足夠的巖體厚度，但盡量避免隧洞埋置過深，深部的高地應力不利于圍巖穩(wěn)定，同時有遇害氣體的可能性，增加運輸難度。洞室應盡量選擇避開軟弱巖石，避開巖溶發(fā)育段，選擇構造簡單，巖體完整的部位，同時盡量避開區(qū)域性斷裂帶、褶皺核部等。洞室選擇應盡量避開全風化、強風化巖體及強卸荷巖體。該隧洞區(qū)，巖層緩傾，原則上應盡量選擇厚層均質(zhì)堅硬巖體中，但底板存在采空區(qū)，也應該避開，故工程需進行優(yōu)劣比選，確定條件較優(yōu)的洞線。

鑒于以上原則，擬選定兩條洞線進行比較，兩隧洞進出口保持一致。其中進口位于已建河道箱涵進口與開磷礦區(qū)污水處理廠之間右岸緩坡地段。鉆探揭示，隧洞進口多處于崩塌、垮塌積塊石、碎石土層夾孤石，工程地質(zhì)條件較差，但受現(xiàn)場地形條件限制，隧洞進口具備唯一性條件。工程區(qū)河道右岸山體多為陡崖，部分地段為危巖體，山體沿陡崖邊線沿線發(fā)育有多處卸荷裂隙密集帶，該裂隙帶多為深大貫穿性裂隙，造成工程區(qū)巖體支離破碎、懸崖峭壁，地質(zhì)災害問題較為突出，如圖2所示。隧洞選線應盡量避開河道左側陡崖及陡崖卸荷裂隙密集帶(密集帶水平寬度約30～50m)。故隧洞出口只能定于下游天生橋處沖溝，該沖溝處河道向山體內(nèi)延伸約50m處有一規(guī)劃攔渣壩(礦區(qū)棄渣處理)，故洞線出口只能位于沖溝出口至擬建攔渣壩之間，具備唯一性。兩條隧洞不同之處在于洞軸線與陡崖卸荷裂隙密集帶間的距離、隧洞采空區(qū)情況及底板厚度等。現(xiàn)對兩方案進行比較，具體見表1。

表1 洞線方案比較對照表

圖2 隧洞進口段現(xiàn)狀照片

(3)推薦洞線確定

通過上述比較，結合工程量分析，隧洞方案一較優(yōu)。雖該方案一軟質(zhì)圍巖段距離長于方案二，但該方案采空區(qū)處理較短，防滲工程量相對較小，為推薦洞線。

3 結語

該隧洞區(qū)地形、地質(zhì)條件極為復雜，洞線選擇不可避免穿過卸荷裂隙密集帶、大變形軟質(zhì)圍巖段、采空區(qū)等，需結合防滲方案、圍巖支護、施工難度、工程量以及施工階段勘察量等進行合理的比較、綜合辯證的分析，最終確定最優(yōu)方案。故隧洞的選擇既需做到合理控制工程投資，又要確保隧洞施工及正常運營安全，為隧洞的設計提供依據(jù)。