【摘 要】錦屏二級水電站引水隧洞處于高山峽谷巖溶地區，上覆巖體一般埋深1500～2000m，最大埋深約2525m，具有埋深大、洞線長、洞徑大的特點，地質條件復雜，主要工程地質問題有高地應力、巖爆、突涌水、高地溫、有害氣體、圍巖穩定性差及隧洞穿越多條斷層破碎帶等。
【關鍵詞】地質因素;隧洞開挖;控制作用
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隧洞開挖是地下工程，施工工程中存在極大的安全隱患，各種地質因素對圍巖穩定起到極大的控制作用，準確判斷各種地質情況下可能發生的圍巖變形、坍塌等現象，可有效減少生產事故的發生，具有極大的社會及經濟效益。
本文結合錦屏二級水電站3#、4#引水隧洞西端工程施工實際，簡要分析各種地質因素在隧洞開挖施工過程中對圍巖穩定的控制作用，為類似工程提供參考。
1、概述
隧洞開挖是地下工程，施工過程中可能發生巖爆、突涌水、高地溫、有害氣體、塌方、掉塊等事件，對施工人員及設備的安全存在極大的威脅。提前發現安全隱患，制定相應的處理措施，有效避免安全事故的發生，對隧洞開挖施工存在極為重大的意義。
錦屏二級水電站位于四川省涼山彝族自治州木里、鹽源、冕寧三縣交界處的雅礱江干流錦屏大河彎上，是雅礱江干流上的重要梯級電站。水電站引水系統采用4洞8機布置形式，從進水口至上游調壓室的平均洞線長度約16.67km，相鄰洞軸中心距60m，洞主軸線方位角為N58?W。引水隧洞立面為緩坡布置，底坡3.65‰，由進口底板高程1618.00m降至高程1564.70m與上游調壓室相接。引水隧洞洞群沿線上覆蓋巖體一般埋深1500～2000m，最大埋深約為2525m，具有埋深大、洞線長、洞徑大、地質條件復雜等特點。
本文以錦屏二級水電站3#、4#引水隧洞西端工程為依托，簡要分析各種地質因素在隧洞開挖施工過程中對圍巖穩定的控制作用，為類似工程施工提供借鑒。
2、錦屏二級水電站工區地質條件
2.1地貌概述
雅礱江是本區的干流水系，區內流向自洼里向北經景峰橋、淇木林后折向東，繼又南折，經瀘寧、里莊、大水溝、巴折等地而出區外，形成一向北凸出的大河彎，常水位面寬70～100m。洼里水面高程約1650m，大水溝水面高程約1326m，河床坡降大，水流湍急。河谷呈“V”形。
錦屏山以近南北向展布于河彎范圍內，山勢雄厚，重峰迭嶂，溝谷深切，峭壁陡立。山脊多呈尖棱狀、主脊兩側山梁呈梳狀排列。高程在3000m以上的山峰甚多，高于4000m者有大藥山(4443m)、罐罐山(4480m)、干海子(4309m)、幺羅杠子(4393.2m)、大彎子(4282.6m)等，最大相對高差達3150m。主分水嶺稍偏于河彎地塊西側，二級水電站支溝多為干谷，各級支溝多見十幾米～數十米的瀑布或干懸谷。溝谷縱剖面的上、下游較陡，中游較平緩，呈階梯狀變化。
區內廣布的碳酸鹽巖地層，由于經受強烈的構造、區域變質和急劇的上升作用，巖溶不甚發育，巖溶地貌景觀不普遍。碳酸鹽巖組成的山體峻峭挺拔，尖峰畢露，碎屑巖組成的山體雄厚平緩，兩者地貌景觀有明顯差別。
2.2地層巖性
工程區內出露的地層為前泥盆系～侏羅系的一套淺海～濱海相、海陸交替相地層。區內三迭系廣布，分布面積約占90%以上，其中碳酸鹽巖出露面積占70～80%。由于區內經受強烈的擠壓，形成非常緊密近SN向展布的復式褶皺。
錦屏二級水電站3#、4#引水隧洞西端工程主要揭露的地層巖性為三迭系地層，主要為錦屏山西側(T1)、雜谷腦組(T2z)、白山組(T2b)、三迭系上統(T3)。
1、下三迭統(T1)
由綠砂巖、綠泥石片巖、綠砂巖與灰白色或淺肉紅色大理巖呈互層狀或互夾狀。單層厚度在20～60cm不等，其中綠泥石片巖的各向異性明顯，性狀較軟弱。產狀變化較大，但以SN～N20°E W～NW∠75～85°為主，為落水洞背斜核部。
2、中三迭統(T2)
白山組(T2b)由雜色大理巖與結晶灰巖互層、粉紅色厚層狀大理巖、灰～灰白色致密厚層塊狀臭大理巖等組成。
雜谷腦組(T2z)主要巖性為白色～灰白色純大理巖偶夾綠片巖透鏡體、薄層板巖、云母片巖。部分大理巖略具臭味。主要有灰黑色夾灰白色、白色角礫或花斑組成的角礫狀大理巖和花斑狀大理巖、灰色厚層細晶大理巖、灰黑色細晶夾灰白色條帶大理巖或灰白色夾灰黑色條帶大理巖、灰色～灰白色厚層狀細晶大理巖，中、厚層～巨厚層狀，局部夾綠砂巖條帶或透鏡體。
3、三迭系上統(T3)
主要為砂巖和板巖，在工程區以西可見到少量泥灰巖。本層厚1400～2025m，自下而上分為：
T31：青灰色中～厚層中細砂巖，以中層為主，夾薄層砂質板巖。
T32：黑色板巖夾少量深灰色細砂巖或粉砂巖、砂質板巖。
T33：青灰色厚層中粗粒砂巖含泥炭質碎片，偶夾板巖。
T34：灰黑色板巖夾青灰色粉砂巖，薄層狀，并偶夾薄層泥灰巖。其上部可見砂巖、板巖互層并有含礫粗砂巖及呈透鏡狀之礫巖。
3、隧洞開挖對周圍巖體的影響
巖質洞體自成巖就在地質構造力作用下，存儲有構造應力能，因其深埋在山體中應力能釋放條件有限，剩余在巖體、巖層中的原有構造應力能加上后期和現期地質構造運動，施加在深埋洞體圍巖中的能量以及受深埋控制的巖體重力能，構成山體中巖體地應力。這種應力能存儲在地質體中，故稱之地應力。
地應力大小，取決于巖體地質，區域地質環境和埋藏條件。在淺埋洞體，因巖石風化，巖體卸荷和地下水等長期作用中，圍巖體中地應力多已釋放消散，剩下的只是卸荷、風化后巖體的自重力。而在深埋的洞室中釋放條件有限，在高陡邊坡內的地應力占地應力比例比較大，故地應力方向斜下傾向谷底。長隧洞深埋體段遠離溝谷，巖體中的構造應力占其主導部位，地應力方向與現區域應力場相吻合，地應力傾角低緩。
現今，在洞體開挖前測得的地應力，是地質體形態和所處地質環境中，新構造運動的力持續施加補給占相當大的比重。所以測到的地應力方向同構造應力場相吻合，傾伏角度也小。
在隧洞未開挖之前，圍巖體都處在深埋的緊固狀態，深埋長隧洞的開挖，改變了封閉禁錮環境，人為造就出開放環境和臨空狀態，破壞了深埋時的平衡條件，存儲在地質中的地應力，就自動調整向臨空方向擴散聚集，即孔口應力集中。隧洞洞壁(含洞徑2～3倍范圍內)測出來的地應力多為徑向應力，局部偏斜是地質體構造形態不均一性干擾所致。洞體圍巖地應力集中值大約是原地應力值的2.5～3.0倍或更高，這個集中值超過所在洞段圍巖體巖性抗拉強度時，就會使圍巖表層張剪破壞，出現各種形式的圍巖體破壞(坍塌、邊頂邊墻倒塌、滑塌、結構體松動破壞。。。。。。)。
4、不同巖性在洞室開挖時圍巖破壞模式
此區這套副變質巖，板巖和片巖是地質構造力做功的產物。這些片理和板狀面都是壓扭性結構面，又依巖石性狀及變質礦物再進一步定名，如高碳化片巖，綠泥石片巖，薄層狀板巖，含硅質板巖……大理巖是石灰巖變質而成，亦應物質成分，顏色和形態而細化定名。
本區片巖為碳質和含碳泥質片巖，部分為綠泥石化片巖，因其低強度，它伴隨巖層強烈褶皺和斷錯擠壓，多成為細碎片狀結構狀態，受擠壓強烈錯動，時常出現高碳化鏡面或擠壓破碎帶，綠泥石化(結構應力變質作用產物)片巖破碎巖帶，如有地下水浸泡飽和就變成Ⅴ類圍巖，它在埋藏山體中時，受擠壓狀態不存在失穩的問題，盡管質軟和破碎在地應力作用下，因受壓緊密仍儲存一定數量的應力能。隧洞開挖改變了被擠壓和周圍環境，內載的應力能作功使其擴容，在洞體周圍一定深度松弛張裂失穩坍塌，有地下水時泥化坍塌。
錦屏山區巖層在地質構造運動中受小金河斷裂控制，是陸殼板塊碰撞擠壓帶，巖層強烈褶皺，面層陡立、陡傾(時有倒轉)，走向為NE-NNE向，大體垂直洞體。板狀層面和片理化層面及優勢構造面的劈理化面(都是陡傾面)與洞體走向夾角有兩種情況，層間片理及層面因緊閉垂直洞體有利穩定。NWW/NE∠60°～70°構造面發育成的劈理化面與洞體邊墻夾角向甚小，是洞體開挖時最不穩定構造面。
由于板巖、片巖介質的差異性和互層性，在地質構造運動中抗力性的差異，而出現破壞不均一性，在局部應力場能作用下扭曲旋轉，和雞窩狀破碎。總體可歸結幾種破壞模式：
1、層間擠壓破壞垮塌：片巖破碎巖常臨空受重力作用和應力釋放松弛垮塌，破壞邊頂拱及邊墻穩定。
2、在大理巖與板巖、片巖，因介質不均一性，常出現不同規模的擠壓破碎帶或壓扭性斷裂層帶，開挖時出現塌頂。如F5、F6、f24等。
3、板巖和片巖多以互層相伴，在洞體開挖中，遠離大理巖分布(≥50m)時，其中片巖軟質受夾擠破碎出現臨空垮塌。
4、中厚層狀板巖層面陡傾大體垂直洞體，受構造結構面組合切割(主要是一序次共軛面翻轉后成為優勢結構破壞面： N50°～70°/NE∠60°～70°及N80°～90°W/ SW∠30°～40°)控制，出現結構體坍塌。
(1)左偏型和右偏型的偏層眷型坍塌。
(2)右側上半洞受N50°～70°/NE∠60°～70°劈理化裂隙密集控制，應力回彈張裂倒塌。
(3)右側上半洞受N80°～90°W/ SW∠30°～40°中緩結構面反傾切割N50°～70°/NE∠60°～70°順坡陡傾所組成倒懸三角體，應力回彈松弛滑塌。
(4)下半洞開挖是三心馬蹄形的下部，因洞壁內收，左側洞壁開挖面陡角與N50°～70°/NE∠60°～70°優勢面(反傾)夾角大于30°，洞壁不易垮塌(破碎巖帶除外)右側下半洞壁面陡角與N50°～70°/NE∠60°～70°優勢面大等相等，洞壁總體穩定，僅局部少量垮塌。
(5)底板開挖清基又有幾種破壞模式：
a、破碎帶和細碎巖因巖爆震動和應力回彈松弛，清基“超挖”
b、軟巖受地下水浸泡泥化，清基“超挖”
c、多組結構面交切，裂面光滑爆破震動開裂，清基“超挖”
d、陡傾裂面受中傾裂面(中緩面)應力回彈松動情面“超挖”
e、對傾中傾角面(走向大體一致)切割，裂面光滑，應力回彈松動，清基“超挖”。此乃三角溝槽式“超挖”
5、綠泥巖帶：在錦屏二級水電站3#、4#引水隧洞西端工程標中，應力集中在3#洞1+660～1+720段，綠泥巖與其伴生的條紋大理巖受N50°W/NE∠60°斷層切割破碎，開挖后應力回彈擴容和洞體變形，侵占設計開挖斷面，后期需進行二次擴大開挖。亦因巖石質軟破碎造成清基“超挖”。其余綠片巖多被錯動破壞夾在斷層破碎帶中，導致塌方。
