6.4.2.1　基本地质条件

锦屏二级水电站辅助洞工程区位于青藏高原向四川盆地过渡的两级地貌阶梯带，地形差异大，并广布低程度区域变质的碳酸盐岩，且临近主要的区域构造带，构造应力强度较高。因此，锦屏隧洞在地质条件上具有复杂性和特殊性。

工程区3000m以上的山峰甚多，最高山峰4488m（三堂山），最大相对高差达3150m，致使辅助洞一般埋深1500～2000m，辅助洞达2375m。带来的主要工程地质问题为高地应力、岩爆和高外水压力。

三叠系地层构成了辅助洞的主要围岩，主要为西部未建组（T1）、盐塘组（T2y）、杂谷脑组（T2z）、白山组（T2b）、三叠系上统（T3），其中碳酸盐岩约占90%，其余为碎屑岩。该地层结构使隧洞工程区的地质条件变得复杂，主要有：

（1）复杂的岩溶水文地质问题——涌突水问题突出。

（2）T2b、地层内含有SO3，存在H2S的有害气体问题，加强通风不会造成危害。

（3）深埋隧洞内常有的高地温不突出，主要是地温场受控于地下水渗流场所致。

工程区在近东西向（NWW—SEE）应力场控制之下，形成一系列近SN向展布的紧密复式褶皱和高倾角的压性或压扭性走向断层，并伴有NWW向张性或张扭性断层。地质构造与碳酸盐岩和地下水的共同作用，使其易产生涌水问题，且由于水头高，其涌水具有流量大、突发性和高压力的特点。

6.4.2.2　东端水文地质条件

自2005年以来，在辅助洞东端的施工中，曾发生8次流量大于100L/s的集中涌水，其中涌水量大于1m3/s共有3处，分别位于桩号AK14+762、AK13+878、AK13+520，初始流量较大，并携带出大量的泥沙；均处于东部Ⅲ-2水文地质亚单元的第Ⅲ出水带，其中AK14+762对应于长探洞中的Ⅲ集中涌水带内，而AK13+878、AK13+520二个集中涌水点则对应Ⅳ深层涌水带。辅助洞东端A、B两洞总流量为6.80m3/s。

东端的涌水特征可将东端的出水带划分为三个出水带。其主要出水带的地质条件分析如下。

（1）东端第一出水带（AK14+833～+762、BK14+898～+692）。

该带的稳定流量为2m3/s，以AK14+762、BK14+888两段最为集中。AK14+762段初始最大瞬时流量达5m3/s，浑浊，水温为12.6℃，经过9d排泄，含泥量明显降低，2005年4月8日的实测流量降为2.26m3/s，流量渐趋稳定；该出水段内各涌水点衰减缓慢，持续稳定的时间长，季节性变化小，反映出水文地质体的裂隙性含水介质的特点；涌水类型属初期涌水—衰减涌水—稳定涌水类型。

BK14+888段初始涌水达200L/s，后增大至600L/s，现为300L/s。该出水段水量衰减缓慢，持续稳定时间长，涌水类型也属初期涌水—衰减涌水—稳定涌水类型。

两大泉的月平均流量分析及水均衡分析均表明，辅助洞涌水后，对磨房沟泉产生了影响。其补给来源有：①磨房沟泉和老庄子泉的减少量；②两泉分水岭面积32km2范围在天然状态下流向Ⅲ单元的水量和其他泉的减少量。

（2）东端第二出水带（AK13+892～+823、BK13+895～+828）。

该出水带稳定流量为2m3/s，以AK13+878段最为集中。

2006年3月15日凌晨，A洞AK13+878掌子面右侧壁下部沿N5°W，NE∠70°层面裂隙面向外突涌水，喷距达8～10m，流量2.7m3/s，水呈黄黑色，具臭味。

该出水带出水的位置与长探洞3500m出水带相对应，但其出水量大于长探洞3500m较多，说明随着高程增加，溶蚀裂隙的宽度在增加。

（3）东端第三出水带（AK13+567～+450、BK13+574～+465）。

该出水带稳定流量为2.5m3/s，以AK13+520段最为集中。2006年7月18日下午，AK13+520掌子面右侧壁沿N80°～85°W，NE∠82°张性破碎带向外喷水，喷距3m，初始流量1.26m3/s，后增至1.5m3/s，水质呈褐黄色，含淤泥和粉沙。

洞段AK13+567～+525渗、涌水点从2006年7月1—17日全部揭露时初期总计涌水量约300L/s，水质呈褐黄色，含於泥及粉沙，具少量压力，7月18日下午，AK13+520掌子面左侧发生喷涌水后，上述渗、涌水量随即衰减，总计流量约180L/s；同时B洞内BK13+686、BK13+570～+512涌水点水质变为褐黄色，含大量淤泥及粉沙。

东端三个出水带的补给来源为磨房沟泉和老庄子泉的泉域及其分水岭，从长探洞水压力情况分析，该出水带出水并稳定后，长探洞2845m水压力为4.3MPa，3500m水压力为6.6MPa，说明在2010m高程以上地下水位相连，磨房沟泉和老庄子泉相继断流。

6.4.2.3　西端水文地质条件

辅助洞西端掘进约8.8km，主要出露的地层有西部未建组（T1）、杂谷脑组（T2z）、白山组（T2b）、三叠系上统（T3）。

辅助洞西端的总涌水量为1.83m3/s，单点涌水量大于100L/s的共发生15个，按西端的涌水特征可将西端的出水带划分为四个出水带。其主要出水带的地质条件分析如下。

（1）西端第一出水带（AK1+012～+400、BK1+006～+400）。该带的稳定流量仅100L/s。该涌水带岩性为T2z灰白色角砾状、条带状大理岩，涌水带为沿NWW向断层的溶穴及溶洞涌出，因深部水力联系较弱，形成多个涌水点，曾出现瞬时最大流量达5m3/s（BK1+138处），但它们的衰减普遍较快，该带的稳定流量仅60 L/s，说明其补给源有限，主要为静水储量，静水储量释放后，无稳定的补给来源，很快衰减，甚至干枯。

（2）西端第二出水带（AK2+567～+139、BK2+588～+159）。该出水带稳定流量为500L/s，该出水带岩性为T2z灰白色角砾状、条带状大理岩，主要沿N40°～60°W，NE∠56°～65°断层带中的溶穴及溶洞或溶蚀裂隙向外涌水。其中以BK2+633出水段为主，2005年4月20日，当辅助洞掘进至BK2+635时，BK2+633右壁发生涌水，初始流量5～25L/s，后增至7.3m3/s，水混浊，颜色呈褐黑色，涌水携带出大量的深灰色粉细砂及铁锰质结核，有机质含量高，但其衰减速度较快，稳定流量在0.04～0.06m3/s之间。表明该部位地下水的补给源较弱，静水储量较大（图6.4.2-1）。

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图6.4.2-1　辅助洞BK2+633集中涌水点流量衰减曲线

（3）西端第三出水带（AK4+460～AK5+420；BK4+480～BK5+439）。西端第三出水带处于第Ⅰ水文地质单元，岩性为T2b灰白色厚层块状大理岩，少量为灰黑色厚层状大理岩、花斑状中厚层大理岩，致密坚硬，性脆，属强富水地层，岩层产状：N30°～50°E，NW（SE）∠65°～75°。其中A洞桩号AK4+471、B洞桩号BK4+485左右进入该层。

该含水带内具有一定规模的水量，且有较稳定的补给源，其衰减缓慢。该含水带已涌水总计超过1m3/s。其中以BK5+072及AK5+163两个出水段最为集中，这两处集中涌水量已大于0.7m3/s，分述如下。

2005年5月3日，西端辅助洞B洞掘进至BK5+072时，早上7：20开始钻炮孔（孔径42mm），在钻离底板1.2m位置的左侧炮孔至3.5m深度时，遇高压水，退钻时射程仅几米，之后增大到42m左右，单孔流量估计达120L/s，水雾化，估计压力4MPa。经现场查勘，掌子面除该孔出水外，其余裂隙水也达150L/s左右。该段涌水水质较清，仅携带少量白色石膏状物质。

5月23日21：30，BK5+163掌子面右侧距底板高2.5m钻孔内岩溶涌水，喷距约20m，洞内雾化。后打9个钻孔分压，目前BK5+163掌子面右侧六个钻孔内涌水，喷距最大达9m，水清，总流量大于500L/s。侧壁与顶板多处涌水，各出水点流量无明显减小，水清稍有压力。局部形成10cm左右的溶蚀宽缝，主要沿N55°E，SE∠70°、EW，S∠70°～80°二组溶蚀裂隙向外渗流水、涌水，张开0.01～0.05m，见钙华，沿面铁锰质锈染，呈溶蚀空洞状。二组裂隙相互切割，出水段掌子面及右侧壁岩体较破碎，以上二组裂隙交汇处常有较大的涌水。

（4）西端第四出水带（AK6+407～+998；BK6+295～BK7+100）。涌水带内出水构造以NE—NNE及NWW—NEE近NWW向为主，具有一定的涌水规律。该含水带内具有一定规模的水量，且有较稳定的补给源，初期该含水带涌水总计超过0.5m3/s，均无压或压力相对较小，现该带水量为0.3m3/s。

进入白山组地层后，由于白山组大理岩属强富水地层，地下水有恒定和充足的补给源，其水压力大、水量稳定；随隧洞埋深增加，其溶裂隙宽度变小，从理论上分析，发生特大涌水的可能性变小。

（5）岩溶水文地质条件与岩溶水特征。辅助洞西端可溶岩与非可溶岩地层沿洞轴线相间分布，并与工程区主构造线一致，构成了西部地下水的集中和导水网络。

岩溶发育受岩性、构造、地下水动力、水化学成分、地形地貌及新构造运动的制约，以及诸因素的相互作用，共同影响区内岩溶的发育。对西端而言，岩性、构造（含构造运动）和地下水动力条件是影响岩溶发育的主要因素。在岩性条件确定的前提下，构造则是主控因素。

辅助洞西端褶皱、断层发育，以NNE、NE和近EW向构造与工程区构造骨架一致，在纵张、横张断层和裂隙交切带，既是地下水通道，又是地下水富集的有利地质环境。

鉴于辅助洞西端上述构造地质背景和地下水动力条件，岩溶发育程度有如下特征：

（1）依据岩溶产出状态主要有两种类型：①岩溶沿可溶岩层间裂隙和构造裂隙发育的溶蚀裂隙、宽缝、串珠状溶蚀孔洞和溶蚀小管道。如AK1+094～+164和BK1+030～+150洞段T2z上部条带状间箔—中厚层状大理岩。②在T2z和T2b厚层大理岩、白云质大理岩层中，沿断层带或断层影响带的构造裂隙，特别是横向追踪裂隙断续发育的溶蚀裂隙、溶蚀宽缝、串珠状溶蚀孔洞、溶蚀管道，局部形成溶洞群和厅堂洞穴。如AK1+246～+328洞段管道型的溶洞群，局部可见高度12m、宽7m溶穴带；AK2+630～+640和BK2+635～+695洞段溶蚀宽缝、串珠状溶蚀孔洞、管道及溶洞。较大者达1m×1.2m、1.2m×1.4m和2.5m×2.5m，可见高7～10m有大理岩角砾充填的溶洞。

（2）溶蚀结构面特征，T2z和T2b地层有较明显的差异：①T2z地层溶蚀裂隙和管道铁染较强而普遍，并有大量的溶蚀残留物（黏土、砂屑和基岩角砾），溶蚀面冲蚀痕迹明显，少见有方解石结晶，涌水多为黄褐色和棕褐色，BK2+635还夹带大量泥沙和半胶结残留体，溶蚀洞穴密集、宽大，表明该地区地下水循环相对强烈，储存量大的特点。②T2b地层溶蚀裂隙一般有明显退色，溶蚀粗糙有方解石结晶，在溶蚀宽缝、孔洞和管道、溶洞壁或洞溶充填角砾表面均有方解石中—粗晶，局部有铁染，除F9、F10、F11、F12、F135条断层附近部分点有黄褐色涌水并带少量泥沙外，其余出水点均为清澈无杂物，更未见有冲蚀痕迹。表明该地层地下水循环缓慢，岩溶发育程度相对较弱，亦具静水储存的特点。

（3）岩溶发育与断裂构造的规模密切相关，前已述及开挖段除已知断层外，新揭露断层达百余条，其中规模较大的有13条，它们在断层带及其影响带有不同程度的岩溶发育。而构成溶蚀加宽缝、管道和溶洞的部位，都在规模相对宏大的断层带及断层影响带内，如：f1、f5、f7、f9、f10、f11、和f13等断层，是辅助洞多次出现大涌水洞段的原因。由此也可以依据这一特点来判识可溶岩地层中断层强度特征的一个方面。

（4）岩溶发育在水平上具有一定分带性，据开挖段主要涌水点（段）观察，岩溶发育强度均是从裂隙—溶隙—溶蚀加宽—溶蚀孔洞—溶蚀管道—溶洞，即由弱到强，由稀疏到密集的变化特征，如BK1+030～+140、BK2+602～+695、BK4+702～+765、BK5+071～+346和AK5+039～+240等洞段。说明岩溶及地下水在接近最低排泄基准面时，饱水带的岩溶发育除垂直发育外，沿水平或近水平向的发育更为强烈。

辅助洞西端可溶岩属强富水性地层，自掘进到碳酸盐地层以来，初揭露涌水段（点）达百余处，涌水量大于20～100L/s的24处，100～1000L/s的16处，大于1000L/s的3处。根据开挖洞段T2b和T2z地层地下水出露特点分析，所揭露出的地下水主要以渗滴水、线状渗水、岩溶裂隙与管道（溶洞）集中涌水、高压喷水等多种形式出现。大都从岩体结构面、溶蚀破碎带及断层、管道与溶洞中喷出，且掌子面刚揭露时表现为“单点水量大、压力大、出水点多”的特点；而富水区洞段总体又具有“出水带宽、连续、空间分布、压力衰减快、流量稳定”等特点。根据地质资料及地层构造，可以将富水区划分为：一般富水区（每30延米洞段的总出水0.5～20L/s）、较强富水区（每30延米洞段的总出水20～100L/s）、强富水区（每30延米洞段的总出水100～1000L/s，水压力不大于1.0MPa）、特强富水区（每30延米洞段的总出水1000L/s以上或水压力大于1.0MPa及以上）、岩溶发育区等几种类型。

由于辅助洞西端可溶岩地层岩性、地质构造背景的差异，地下水除共同具有流量大、压力高的特点外，T2z地层还具有衰减快，T2b地层流量较稳定，衰减缓慢的特征。如AK1+117瞬间最大涌水量0.3m3/s，射程12m，BK1+140钻孔瞬间最大涌水量0.3m3/s，射程35m，当揭露主管道进入最大涌水量5～7.4m3/s，24h后速减到0.22m3/s，BK2+635右壁岩盘崩溃时瞬间最大涌水量达15.6m3/s，19天后速降到0.22m3/s。而在T2z地层中多处单孔涌水50～100L/s，射程20～30m，最大单孔涌水150～200L/s，射程达45～50m，喷水有雾化现象，如BK5+071和AK5+039、AK5+138、AK5+150、AK5+160等洞段，其瞬间总涌水量超过2.45m3/s，3月后才缓慢下降到1.50m3/s。

6.4.2.4　辅助洞开挖揭露岩溶涌水特征及影响

（1）辅助洞开挖揭露岩溶涌水汇总。在辅助洞东西端的施工过程中，自2005年以来，在辅助洞东端的施工中，发生流量大于100L/s的集中涌水共8个，其中涌水量1m3/s共有3个，分别位于桩号AK14+762、AK13+878、AK13+520。辅助洞东端的施工进度由于受几次大的出水影响，施工通道仅依赖B线辅助洞，A线辅助洞部分洞段全线过流，制约着辅助洞的快速掘进，混凝土路面的施工也处于停滞状态。辅助洞东端A、B两洞总流量为6.80m3/s。

在辅助洞西端，A、B洞大于100L/s的涌水点共14个。总涌水量为1.83m3/s。其中B洞两处涌水瞬时最大流量分别达5m3/s（BK1+138处）和7.3m3/s（BK2+633处），但两处水量的衰减普遍较快，衰减后流量分别为5L/s、0.04～0.06m3/s。

（2）辅助洞岩溶涌水规律。

1）辅助洞涌水规律。辅助洞西端在开挖掘进过程中单点涌水量大于100L/s的共发生14次，从分析可以看出，辅助洞西端杂谷脑组大理岩的涌水点初期渗水量虽然较大，但由于都没有恒定和充足的补给源，因此涌水量均衰减较快，最终水量均较小。进入白山组地层后，由于地下水有恒定和充足的补给源，其水量稳定，但因隧洞埋深大，其岩溶相对不发育，溶蚀裂隙宽度较小，但单点涌水量大多小于1m3/s。

2）导水构造规律。据对工程区长探洞及辅助洞出水构造统计表明，工程区的出水构造按走向来划分主要有NEE—NWW向及近SN向二组。NEE—NWW向多为张扭性结构面，为主要出水构造，近SN向则主要是顺层发育，尤其在埋藏浅部和背斜核部。辅助洞A、B两洞出水量不小于1L/s的主要结构面共有255条，两洞出水量不小于10L/s共77条，占总出水点构造的23.9%；其中不小于10L/s出水构造中以NEE—NWW向出水构造为主，共55条，占不小于10L/s出水构造的71.4%。

3）涌水位置规律。通过对长探洞和已开挖的辅助洞的涌水情况进行分析表明，辅助洞的涌水位置有如下规律：①可溶岩与非可溶岩接触界面，特别是白山组和盐塘组的交界部位；②辅助洞通过的断层、向斜、背斜核部位置；③近EW向和NNE向结构面是工程区内地下水活动的重要通道，是隧洞可能突水的部位；④近EW向结构面相交处及EW向结构面与层面相交部位也是可能突水的位置。

4）涌水前兆分析。通过长探洞和辅助洞的开挖，积累了丰富的经验，总结如下：①当辅助洞由弱可溶岩进入强可溶岩的边界部位时，可能发生涌水；②洞内造成突水灾害的主要导水构造多数集中发育在向斜一翼，因此进入向斜一翼时可能发生涌水；③当黑色岩体进入白色或花斑状岩体时，前方可能出现涌水；④根据大突水点的涌水特征：一般有渗滴水段——线状渗水段——集中涌水段——高压喷水段，当隧洞由渗、滴水段进入线状渗水段时，应作好出现集中涌水的准备；⑤当地温测值出现比前一点低时，可能有涌水。

5）岩溶涌水对工程的影响。自2004年以来，在辅助洞东端的施工中，曾发生8次流量大于100L/s的集中涌水，其中涌水量大于1m3/s共有3处，分别位于桩号AK14+762、AK13+878、AK13+520。在辅助洞西端，A、B洞大于100L/s的涌水点共14个。其中B洞两处涌水瞬时最大流量分别达5m3/s（BK1+138处）和7.3m3/s（BK2+633处），但两处水量的衰减普遍较快，衰减后流量分别为5L/s、0.04～0.06m3/s。

辅助洞的施工进度由于受几次大的出水影响，造成A洞部分洞段全洞漫流，仅B洞具备全线通车条件，无法形成正常的生产能力，施工通道制约着辅助洞的快速掘进，混凝土路面的施工也处于停滞状态。隧洞开挖揭露出的岩溶涌水，不仅给正常施工造成了或多或少的影响，而且还影响到辅助洞的投入运营的时间和状态。

辅助洞东端A、B两洞总流量约为6.8m3/s，西端A、B两洞总涌水量为1.83m3/s。由于洞内水情严重，洞内路面积水平均深度达30～40cm，流速1～1.2m/s，行车困难，洞内后续工序无法平行安排作业，且洞身墙脚围岩（绿片岩、千枚岩）受水的长时间浸泡，多处坍塌并存在安全隐患，随着掌子面的开挖掘进，新的出水点将不断增加，渗水量将不断增大，致使交通运输不畅，造成出渣、施工人员和材料的运输困难，并影响开挖、支护和混凝土浇筑的进度。掌子面的地下水还影响装药和爆破效果，系统支护的严重滞后造成了局部洞段围岩稳定问题，从而影响施工进度并可能危及人员及设备的安全；涌水本身及其对地下水的处理，对开挖的进度也影响较大；地下水不仅造成施工人员和设备长期在非常潮湿的环境中甚至水中作业，增大了作业难度，还造成有轨运输系统的枕木长期浸泡水中，出渣重车碾压后易发生轨距变化，导致机车出轨，水中检修轨道困难。