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【摘 要】锦屏二级水电站引水隧洞处于高山峡谷岩溶地区，上覆岩体一般埋深1500～2000m，最大埋深约2525m，具有埋深大、洞线长、洞径大的特点，地质条件复杂，主要工程地质问题有高地应力、岩爆、突涌水、高地温、有害气体、围岩稳定性差及隧洞穿越多条断层破碎带等。
【关键词】地质因素；隧洞开挖；控制作用
隧洞开挖是地下工程，施工工程中存在极大的安全隐患，各种地质因素对围岩稳定起到极大的控制作用，准确判断各种地质情况下可能发生的围岩变形、坍塌等现象，可有效减少生产事故的发生，具有极大的社会及经济效益。
本文结合锦屏二级水电站3#、4#引水隧洞西端工程施工实际，简要分析各种地质因素在隧洞开挖施工过程中对围岩稳定的控制作用，为类似工程提供参考。
1、概述
隧洞开挖是地下工程，施工过程中可能发生岩爆、突涌水、高地温、有害气体、塌方、掉块等事件，对施工人员及设备的安全存在极大的威胁。提前发现安全隐患，制定相应的处理措施，有效避免安全事故的发生，对隧洞开挖施工存在极为重大的意义。
锦屏二级水电站位于四川省凉山彝族自治州木里、盐源、冕宁三县交界处的雅砻江干流锦屏大河弯上，是雅砻江干流上的重要梯级电站。水电站引水系统采用4洞8机布置形式，从进水口至上游调压室的平均洞线长度约16.67km，相邻洞轴中心距60m，洞主轴线方位角为N58?W。引水隧洞立面为缓坡布置，底坡3.65‰，由进口底板高程1618.00m降至高程1564.70m与上游调压室相接。引水隧洞洞群沿线上覆盖岩体一般埋深1500～2000m，最大埋深约为2525m，具有埋深大、洞线长、洞径大、地质条件复杂等特点。
本文以锦屏二级水电站3#、4#引水隧洞西端工程为依托，简要分析各种地质因素在隧洞开挖施工过程中对围岩稳定的控制作用，为类似工程施工提供借鉴。
2、锦屏二级水电站工区地质条件
2.1地貌概述
雅砻江是本区的干流水系，区内流向自洼里向北经景峰桥、淇木林后折向东，继又南折，经泸宁、里庄、大水沟、巴折等地而出区外，形成一向北凸出的大河弯，常水位面宽70～100m。洼里水面高程约1650m，大水沟水面高程约1326m，河床坡降大，水流湍急。河谷呈“V”形。
锦屏山以近南北向展布于河弯范围内，山势雄厚，重峰迭嶂，沟谷深切，峭壁陡立。山脊多呈尖棱状、主脊两侧山梁呈梳状排列。高程在3000m以上的山峰甚多，高于4000m者有大药山（4443m）、罐罐山（4480m）、干海子（4309m）、幺罗杠子（4393.2m）、大弯子（4282.6m）等，最大相对高差达3150m。主分水岭稍偏于河弯地块西侧，二级水电站支沟多为干谷，各级支沟多见十几米～数十米的瀑布或干悬谷。沟谷纵剖面的上、下游较陡，中游较平缓，呈阶梯状变化。
区内广布的碳酸盐岩地层，由于经受强烈的构造、区域变质和急剧的上升作用，岩溶不甚发育，岩溶地貌景观不普遍。碳酸盐岩组成的山体峻峭挺拔，尖峰毕露，碎屑岩组成的山体雄厚平缓，两者地貌景观有明显差别。
2.2地层岩性
工程区内出露的地层为前泥盆系～侏罗系的一套浅海～滨海相、海陆交替相地层。区内三迭系广布，分布面积约占90%以上，其中碳酸盐岩出露面积占70～80%。由于区内经受强烈的挤压，形成非常紧密近SN向展布的复式褶皱。
锦屏二级水电站3#、4#引水隧洞西端工程主要揭露的地层岩性为三迭系地层，主要为锦屏山西侧（T1）、杂谷脑组（T2z）、白山组（T2b）、三迭系上统（T3）。
1、下三迭统（T1）
由绿砂岩、绿泥石片岩、绿砂岩与灰白色或浅肉红色大理岩呈互层状或互夹状。单层厚度在20～60cm不等，其中绿泥石片岩的各向异性明显，性状较软弱。产状变化较大，但以SN～N20°E W～NW∠75～85°为主，为落水洞背斜核部。
2、中三迭统（T2）
白山组（T2b）由杂色大理岩与结晶灰岩互层、粉红色厚层状大理岩、灰～灰白色致密厚层块状臭大理岩等组成。
杂谷脑组（T2z）主要岩性为白色～灰白色纯大理岩偶夹绿片岩透镜体、薄层板岩、云母片岩。部分大理岩略具臭味。主要有灰黑色夹灰白色、白色角砾或花斑组成的角砾状大理岩和花斑状大理岩、灰色厚层细晶大理岩、灰黑色细晶夹灰白色条带大理岩或灰白色夹灰黑色条带大理岩、灰色～灰白色厚层状细晶大理岩，中、厚层～巨厚层状，局部夹绿砂岩条带或透镜体。
3、三迭系上统（T3）
主要为砂岩和板岩，在工程区以西可见到少量泥灰岩。本层厚1400～2025m，自下而上分为：
T31：青灰色中～厚层中细砂岩，以中层为主，夹薄层砂质板岩。
T32：黑色板岩夹少量深灰色细砂岩或粉砂岩、砂质板岩。
T33：青灰色厚层中粗粒砂岩含泥炭质碎片，偶夹板岩。
T34：灰黑色板岩夹青灰色粉砂岩，薄层状，并偶夹薄层泥灰岩。其上部可见砂岩、板岩互层并有含砾粗砂岩及呈透镜状之砾岩。
3、隧洞开挖对周围岩体的影响
岩质洞体自成岩就在地质构造力作用下，存储有构造应力能，因其深埋在山体中应力能释放条件有限，剩余在岩体、岩层中的原有构造应力能加上后期和现期地质构造运动，施加在深埋洞体围岩中的能量以及受深埋控制的岩体重力能，构成山体中岩体地应力。这种应力能存储在地质体中，故称之地应力。
地应力大小，取决于岩体地质，区域地质环境和埋藏条件。在浅埋洞体，因岩石风化，岩体卸荷和地下水等长期作用中，围岩体中地应力多已释放消散，剩下的只是卸荷、风化后岩体的自重力。而在深埋的洞室中释放条件有限，在高陡边坡內的地应力占地应力比例比较大，故地应力方向斜下倾向谷底。长隧洞深埋体段远离沟谷，岩体中的构造应力占其主导部位，地应力方向与现区域应力场相吻合，地应力倾角低缓。 现今，在洞体开挖前测得的地应力，是地质体形态和所处地质环境中，新构造运动的力持续施加补给占相当大的比重。所以测到的地应力方向同构造应力场相吻合，倾伏角度也小。
在隧洞未开挖之前，围岩体都处在深埋的紧固状态，深埋长隧洞的开挖，改变了封闭禁锢环境，人为造就出开放环境和临空状态，破坏了深埋时的平衡条件，存储在地质中的地应力，就自动调整向临空方向扩散聚集，即孔口应力集中。隧洞洞壁（含洞径2～3倍范围内）测出来的地应力多为径向应力，局部偏斜是地质体构造形态不均一性干扰所致。洞体围岩地应力集中值大约是原地应力值的2.5～3.0倍或更高，这个集中值超过所在洞段围岩体岩性抗拉强度时，就会使围岩表层张剪破坏，出现各种形式的围岩体破坏（坍塌、边顶边墙倒塌、滑塌、结构体松动破坏。。。。。。）。
4、不同岩性在洞室开挖时围岩破坏模式
此区这套副变质岩，板岩和片岩是地质构造力做功的产物。这些片理和板状面都是压扭性结构面，又依岩石性状及变质矿物再进一步定名，如高碳化片岩，绿泥石片岩，薄层状板岩，含硅质板岩……大理岩是石灰岩变质而成，亦应物质成分，颜色和形态而细化定名。
本区片岩为碳质和含碳泥质片岩，部分为绿泥石化片岩，因其低强度，它伴随岩层强烈褶皱和断错挤压，多成为细碎片状结构状态，受挤压强烈错动，时常出现高碳化镜面或挤压破碎带，绿泥石化（结构应力变质作用产物）片岩破碎岩带，如有地下水浸泡饱和就变成Ⅴ类围岩，它在埋藏山体中时，受挤压状态不存在失稳的问题，尽管质软和破碎在地应力作用下，因受压紧密仍储存一定数量的应力能。隧洞开挖改变了被挤压和周围环境，内载的应力能作功使其扩容，在洞体周围一定深度松弛张裂失稳坍塌，有地下水时泥化坍塌。
锦屏山区岩层在地质构造运动中受小金河断裂控制，是陆壳板块碰撞挤压带，岩层强烈褶皱，面层陡立、陡倾（时有倒转），走向为NE-NNE向，大体垂直洞体。板狀层面和片理化层面及优势构造面的劈理化面（都是陡倾面）与洞体走向夹角有两种情况，层间片理及层面因紧闭垂直洞体有利稳定。NWW/NE∠60°～70°构造面发育成的劈理化面与洞体边墙夹角向甚小，是洞体开挖时最不稳定构造面。
由于板岩、片岩介质的差异性和互层性，在地质构造运动中抗力性的差异，而出现破坏不均一性，在局部应力场能作用下扭曲旋转，和鸡窝状破碎。总体可归结几种破坏模式：
1、层间挤压破坏垮塌：片岩破碎岩常临空受重力作用和应力释放松弛垮塌，破坏边顶拱及边墙稳定。
2、在大理岩与板岩、片岩，因介质不均一性，常出现不同规模的挤压破碎带或压扭性断裂层带，开挖时出现塌顶。如F5、F6、f24等。
3、板岩和片岩多以互层相伴，在洞体开挖中，远离大理岩分布（≥50m）时，其中片岩软质受夹挤破碎出现临空垮塌。
4、中厚层状板岩层面陡倾大体垂直洞体，受构造结构面组合切割（主要是一序次共轭面翻转后成为优势结构破坏面： N50°～70°/NE∠60°～70°及N80°～90°W/ SW∠30°～40°）控制，出现结构体坍塌。
（1）左偏型和右偏型的偏层眷型坍塌。
（2）右侧上半洞受N50°～70°/NE∠60°～70°劈理化裂隙密集控制，应力回弹张裂倒塌。
（3）右侧上半洞受N80°～90°W/ SW∠30°～40°中缓结构面反倾切割N50°～70°/NE∠60°～70°顺坡陡倾所组成倒悬三角体，应力回弹松弛滑塌。
（4）下半洞开挖是三心马蹄形的下部，因洞壁内收，左侧洞壁开挖面陡角与N50°～70°/NE∠60°～70°优势面（反倾）夹角大于30°，洞壁不易垮塌（破碎岩带除外）右侧下半洞壁面陡角与N50°～70°/NE∠60°～70°优势面大等相等，洞壁总体稳定，仅局部少量垮塌。
（5）底板开挖清基又有几种破坏模式：
a、破碎带和细碎岩因岩爆震动和应力回弹松弛，清基“超挖”
b、软岩受地下水浸泡泥化，清基“超挖”
c、多组结构面交切，裂面光滑爆破震动开裂，清基“超挖”
d、陡倾裂面受中倾裂面（中缓面）应力回弹松动情面“超挖”
e、对倾中倾角面（走向大体一致）切割，裂面光滑，应力回弹松动，清基“超挖”。此乃三角沟槽式“超挖”
5、绿泥岩带：在锦屏二级水电站3#、4#引水隧洞西端工程标中，应力集中在3#洞1+660～1+720段，绿泥岩与其伴生的条纹大理岩受N50°W/NE∠60°断层切割破碎，开挖后应力回弹扩容和洞体变形，侵占设计开挖断面，后期需进行二次扩大开挖。亦因岩石质软破碎造成清基“超挖”。其余绿片岩多被错动破坏夹在断层破碎带中，导致塌方。
6、大理岩洞段的围岩破坏模式
（1）杂谷脑组（T2z）中的中薄层状大理岩及条带大理岩，时夹有泥灰岩、碳质灰岩及黑灰色碳质片岩。因介质不均一性，层理发育及褶性，受挤压变形压缩和错动，条带大理岩的条带常出现斜切断错乃至延展尖灭。条带大理岩有时出现靡棱岩化（击砸粉碎）现象，因有钙质再次交结，虽然低强度，在地应力不高洞段，围岩破坏仍以结构体结合控制为主。
（2）中厚层状大理岩在与板岩、片岩以断层面的形式接触时，受挤压断错（垂向、走向）出现破坏结构岩，如f24和F6之间洞段的大理岩，为破裂块状结构，裂面风化夹泥的滴水洞段。
（3）白山组（T2b）受断层影响，优势结构面N50°～70°/NE∠60°～70°及N80°～90°W/ SW∠30°～40°风化，出现局部结构体垮塌和倒塌。有时受地层回弹出现边墙松弛开裂倒塌。在白山组厚-巨厚层大理岩中也有层面挤压错动，发育成走向断裂破碎带，经地下水溶蚀出现溶洞积水、涌水。
白山组大理岩厚度大，抗力性能好，故少见裂隙密集带发育；但由于洞体深埋大，储能条件好，所以洞体多岩爆。 5、隧洞开挖时地下水的作用
地下水的存在，对隧洞开挖即存在消能减压的正面作用，但也存在极大的负面作用，根据地层岩性不同，表现出不同的作用。
1、地下水负面作用
1）可溶岩中地下水的负面作用
强烈褶皱的锦屏山岩层发育多组构造裂隙（带），为地下水活动提供了有利条件，在可溶性岩层中，地下水沿可溶岩中的裂隙（带）渗透，不断溶蚀扩大裂隙（带），使裂隙（带）变宽、变大，甚至形成溶洞或溶洞群，成为地下水储存空间。
此区伴随青藏高原抬升，雅砻江河谷深切，山势陡峻，地下水的水力坡度大，岩溶地下水丰富，压力大时有突发性强涌水，给施工造成灾难。
在大理岩中发育的断层带，自然有溶岩洞穴，管道生成，就成了地下水存储空间。由于地下水的水头高压力大，故在隧洞开挖掘进时出现突涌水，淹没施工开挖洞体，有时发生伤亡事故。个别突发性涌水伴有塌方及至洞穴泥石流。突发性涌水难以封堵，引排难度较大，直接侵占施工工期，并增加治理费用。
在锦屏二级水电站西端工程施工过程中，1号引水隧洞开挖施工时揭露溶洞并发生突涌水，突涌水在短短10分钟内就淹没引水隧洞施工主要交通通道、大型抽排水泵站等，影响西端总体施工工期约10天，造成较大直接及间接经济损失。
2）非可溶岩中地下水的负面作用
在非可溶性岩层中，地下水可作为非可溶的板岩和岩层补给裂隙水的水源，所以在板岩有些洞段出现长期强滴水现象，不仅影响洞体稳定，也给砼衬砌时引排、封堵堵带来难度。片岩中裂隙水亦常有相邻可溶岩溶蚀裂隙水补给，可能导致片岩泥化坍塌，绿片岩受水浸泡软化膨胀失稳垮塌更严重。
在锦屏二级水电站西端工程施工过程中，4号引水隧洞绿片岩洞段受地下水浸泡软化发生塌方，而相邻1号、2号引水隧洞绿片岩洞段更长，处理时间长达两年，且因此改变了设计型式，不但影响施工工期，后期塌方处理也花费较大代价。
断层带及挤压破碎岩带，亦常因地下水的浸渗塌方。
2、地下水的正面作用
1）地下水消耗能作用
在深埋的洞段，板岩及大理石都储存有较高的地应力能，极易发生岩爆或塌方，而有地下水活动的洞段，由于地下水活动裂隙张开和浸渗耗能，就没有岩爆发生。这已在隧洞开挖的过程中得以证实，可见地下水在此類岩层中就起到积极的消能减压作用。
2）变废为宝，变害为利
在锦屏二级水电站西端排水洞施工过程中，sk2+215桩号发生柱状涌水，初始喷射距离约3米，水呈黑色，没有气味，携带出大量的深灰色粉细砂及铁锰质结核，有机质含量较高，同时见有泥质及锰质粉细砂，出水带岩性为T2z灰白色角砾状、条带状大理岩。几天后水质变清，水压有所减小，但流量稳定不衰减。突涌水发生后对排水洞及引水隧洞的施工造成一定的影响，抽排水及涌水治理花费较大代价。
针对该处突涌水的特点，采取了引排的处理措施，恢复施工后在该出水点布置大型水箱，将该处涌水接入施工供水管道，为隧洞施工提供供水，变废为宝，变害为利，节约施工成本。
6、不同洞段、不同岩性在地质构造力作用下的破坏机制
同一类围岩在不同的深埋条件下，因外动力作用风化卸荷程度不同，所存储在的地应力能不同。因风化卸荷差异，地下水含量也不相同。在西端隧洞开挖过程中0+000～1+200桩号，洞段的边坡为45°，均有谷坡卸荷和裂隙风化（时有夹泥），洞体围岩没有地应力回弹反映，但地下水滴渗较多，所以软岩及破碎岩浸水软化是围岩破坏的主要因素。
条纹和条带大理岩以及角砾状大理岩，虽然经构造作用挤压损伤破裂或破碎，但因物质组成以CaCo3为主，经过后期胶结固化，所以在一般情况下成洞条件尚好。
大理岩是经灰岩变质而成，但有些是灰色大理岩或黑灰色大理岩，却因含碳量高而低强易碎，故在结构面上出黑色磨光，导致围岩破裂塌块、塌方。在底板开挖时，自然出现因爆破震动和应力回弹松动，出现清基“超挖”。厚---巨厚层状大理岩（灰白色、白色）层厚含碳量低，结构面上结合力也相对应较强（C值较高），裂隙面间距大，形不成劈理化裂隙带，储能条件好。在深埋的洞段虽然也有裂隙规律发育，切割出结构岩体，但垮塌机率不高。而在地应力作用下闭合的N50°～70°/NE∠60°～70°裂隙面，仍因高地应力作用产生回弹开裂。导致左边拱和边墙倒塌和右边拱边墙的滑塌。
7、洞体埋深与洞体围岩应力释放
锦屏山是线状构造地质结构形态区，强褶皱的岩层陡立与走向断层体伴生及挤压破碎岩带，均为压性和扭压性。隧洞深埋一般在1500m以上，最大深埋深达2500m。 隧洞所穿过的锦屏山从大地构造上看是地壳构造域中板块碰撞带，自然是地质构造运动的应力集中带，现今板块碰撞力传入本区，乃是显示出它是现今构造运动的应力集中带。
隧洞开挖破坏了围岩体原来的应力，在禁锢的环境下的守衡状态。不论是什么岩性，在深埋条件下，伴随洞体开挖必然出现产生“孔口”应力集中，所有岩体都要出现因临空状态突现而扩容，产生应力回弹释放。地应力的大小和岩体埋藏深度成正比，和区域现今构造应力场强度变成正比，同岩层，岩体强度变成正比，与岩体完整性成正比，盐田强度成正比，与岩体完整性成正比，与地下水活动成反比，与岩体风化程度成反比，随着埋深增大，风化程度降低，层面及裂隙闭合，透水性减弱。所以洞体埋深越大，地应力越高，开挖后的洞体应力回弹就越强烈、越明显。
8、岩爆对隧洞围岩的破坏
岩爆是高地应区，因洞室开挖破坏埋藏在山体中的岩体平衡状态，由于地应力快速集中，导致围岩爆裂破坏现象。
中低级的岩爆对围岩的破坏，常借助围岩故有的优势结构面，出现滞后爆塌，如照片。
中强级岩爆发生在相对完整的板岩和厚层状大理岩中，这些洞段地应力集中快，释放速度也快，往往一次爆破后出渣时就有爆裂声，所以出完渣光爆孔就因爆塌而消失，在钻孔时掌子面及刚开挖出洞顶出现爆声，时有塌顶。是施工危险性最大区段，自然是难防的岩爆段。在完整大理岩中的强岩爆可以说是不可抗拒的，随着突发性巨响而爆塌弹射，同时有巨大冲击波发生，常以等待应力适当释放后才进行治理（清除爆塌岩体和有针对性的加强支护）。
于此，在洞体开挖过程中，在此工程区就可以大体认定，在深埋大于1500m以上时，完整性好又无地下水浸渗，就具有中强岩爆发生的条件。为了安全就每个循环进尺，先打超前锚杆锁定顶拱防止爆塌，再进行造孔爆破，出渣后在进行喷护和系统锚固，然后再行超前锚固进行下一个循环施工，同时注意个别边顶拱出现爆裂时，进行加强随机锚固（浅表岩片撬掉或用反铲敲掉）。如此施工要增大投入，同时支护使用了较长时间，开挖速度大大消减，为防机械损坏，在机械上加装防护棚，以防损坏机械和保护操作人员。中强岩爆区段，围岩应力回弹松动圈厚度为1/3～1/2开挖洞径。松动圈的围岩张裂，灌浆时吸浆量增大很多，同时应调整灌浆压力。
9、结束语
本文结合锦屏二级水电站工程西端引水隧洞开挖过程中揭露的实际地质情况，简要阐述地质因素对隧洞开挖施工过程中对围岩稳定的控制作用，分析各类岩层可能发生的破坏型式，为以后类似工程提供参考，提前预防，避免或减少事故的发生。
【关键词】地质因素；隧洞开挖；控制作用
隧洞开挖是地下工程，施工工程中存在极大的安全隐患，各种地质因素对围岩稳定起到极大的控制作用，准确判断各种地质情况下可能发生的围岩变形、坍塌等现象，可有效减少生产事故的发生，具有极大的社会及经济效益。
本文结合锦屏二级水电站3#、4#引水隧洞西端工程施工实际，简要分析各种地质因素在隧洞开挖施工过程中对围岩稳定的控制作用，为类似工程提供参考。
1、概述
隧洞开挖是地下工程，施工过程中可能发生岩爆、突涌水、高地温、有害气体、塌方、掉块等事件，对施工人员及设备的安全存在极大的威胁。提前发现安全隐患，制定相应的处理措施，有效避免安全事故的发生，对隧洞开挖施工存在极为重大的意义。
锦屏二级水电站位于四川省凉山彝族自治州木里、盐源、冕宁三县交界处的雅砻江干流锦屏大河弯上，是雅砻江干流上的重要梯级电站。水电站引水系统采用4洞8机布置形式，从进水口至上游调压室的平均洞线长度约16.67km，相邻洞轴中心距60m，洞主轴线方位角为N58?W。引水隧洞立面为缓坡布置，底坡3.65‰，由进口底板高程1618.00m降至高程1564.70m与上游调压室相接。引水隧洞洞群沿线上覆盖岩体一般埋深1500～2000m，最大埋深约为2525m，具有埋深大、洞线长、洞径大、地质条件复杂等特点。
本文以锦屏二级水电站3#、4#引水隧洞西端工程为依托，简要分析各种地质因素在隧洞开挖施工过程中对围岩稳定的控制作用，为类似工程施工提供借鉴。
2、锦屏二级水电站工区地质条件
2.1地貌概述
雅砻江是本区的干流水系，区内流向自洼里向北经景峰桥、淇木林后折向东，继又南折，经泸宁、里庄、大水沟、巴折等地而出区外，形成一向北凸出的大河弯，常水位面宽70～100m。洼里水面高程约1650m，大水沟水面高程约1326m，河床坡降大，水流湍急。河谷呈“V”形。
锦屏山以近南北向展布于河弯范围内，山势雄厚，重峰迭嶂，沟谷深切，峭壁陡立。山脊多呈尖棱状、主脊两侧山梁呈梳状排列。高程在3000m以上的山峰甚多，高于4000m者有大药山（4443m）、罐罐山（4480m）、干海子（4309m）、幺罗杠子（4393.2m）、大弯子（4282.6m）等，最大相对高差达3150m。主分水岭稍偏于河弯地块西侧，二级水电站支沟多为干谷，各级支沟多见十几米～数十米的瀑布或干悬谷。沟谷纵剖面的上、下游较陡，中游较平缓，呈阶梯状变化。
区内广布的碳酸盐岩地层，由于经受强烈的构造、区域变质和急剧的上升作用，岩溶不甚发育，岩溶地貌景观不普遍。碳酸盐岩组成的山体峻峭挺拔，尖峰毕露，碎屑岩组成的山体雄厚平缓，两者地貌景观有明显差别。
2.2地层岩性
工程区内出露的地层为前泥盆系～侏罗系的一套浅海～滨海相、海陆交替相地层。区内三迭系广布，分布面积约占90%以上，其中碳酸盐岩出露面积占70～80%。由于区内经受强烈的挤压，形成非常紧密近SN向展布的复式褶皱。
锦屏二级水电站3#、4#引水隧洞西端工程主要揭露的地层岩性为三迭系地层，主要为锦屏山西侧（T1）、杂谷脑组（T2z）、白山组（T2b）、三迭系上统（T3）。
1、下三迭统（T1）
由绿砂岩、绿泥石片岩、绿砂岩与灰白色或浅肉红色大理岩呈互层状或互夹状。单层厚度在20～60cm不等，其中绿泥石片岩的各向异性明显，性状较软弱。产状变化较大，但以SN～N20°E W～NW∠75～85°为主，为落水洞背斜核部。
2、中三迭统（T2）
白山组（T2b）由杂色大理岩与结晶灰岩互层、粉红色厚层状大理岩、灰～灰白色致密厚层块状臭大理岩等组成。
杂谷脑组（T2z）主要岩性为白色～灰白色纯大理岩偶夹绿片岩透镜体、薄层板岩、云母片岩。部分大理岩略具臭味。主要有灰黑色夹灰白色、白色角砾或花斑组成的角砾状大理岩和花斑状大理岩、灰色厚层细晶大理岩、灰黑色细晶夹灰白色条带大理岩或灰白色夹灰黑色条带大理岩、灰色～灰白色厚层状细晶大理岩，中、厚层～巨厚层状，局部夹绿砂岩条带或透镜体。
3、三迭系上统（T3）
主要为砂岩和板岩，在工程区以西可见到少量泥灰岩。本层厚1400～2025m，自下而上分为：
T31：青灰色中～厚层中细砂岩，以中层为主，夹薄层砂质板岩。
T32：黑色板岩夹少量深灰色细砂岩或粉砂岩、砂质板岩。
T33：青灰色厚层中粗粒砂岩含泥炭质碎片，偶夹板岩。
T34：灰黑色板岩夹青灰色粉砂岩，薄层状，并偶夹薄层泥灰岩。其上部可见砂岩、板岩互层并有含砾粗砂岩及呈透镜状之砾岩。
3、隧洞开挖对周围岩体的影响
岩质洞体自成岩就在地质构造力作用下，存储有构造应力能，因其深埋在山体中应力能释放条件有限，剩余在岩体、岩层中的原有构造应力能加上后期和现期地质构造运动，施加在深埋洞体围岩中的能量以及受深埋控制的岩体重力能，构成山体中岩体地应力。这种应力能存储在地质体中，故称之地应力。
地应力大小，取决于岩体地质，区域地质环境和埋藏条件。在浅埋洞体，因岩石风化，岩体卸荷和地下水等长期作用中，围岩体中地应力多已释放消散，剩下的只是卸荷、风化后岩体的自重力。而在深埋的洞室中释放条件有限，在高陡边坡內的地应力占地应力比例比较大，故地应力方向斜下倾向谷底。长隧洞深埋体段远离沟谷，岩体中的构造应力占其主导部位，地应力方向与现区域应力场相吻合，地应力倾角低缓。 现今，在洞体开挖前测得的地应力，是地质体形态和所处地质环境中，新构造运动的力持续施加补给占相当大的比重。所以测到的地应力方向同构造应力场相吻合，倾伏角度也小。
在隧洞未开挖之前，围岩体都处在深埋的紧固状态，深埋长隧洞的开挖，改变了封闭禁锢环境，人为造就出开放环境和临空状态，破坏了深埋时的平衡条件，存储在地质中的地应力，就自动调整向临空方向扩散聚集，即孔口应力集中。隧洞洞壁（含洞径2～3倍范围内）测出来的地应力多为径向应力，局部偏斜是地质体构造形态不均一性干扰所致。洞体围岩地应力集中值大约是原地应力值的2.5～3.0倍或更高，这个集中值超过所在洞段围岩体岩性抗拉强度时，就会使围岩表层张剪破坏，出现各种形式的围岩体破坏（坍塌、边顶边墙倒塌、滑塌、结构体松动破坏。。。。。。）。
4、不同岩性在洞室开挖时围岩破坏模式
此区这套副变质岩，板岩和片岩是地质构造力做功的产物。这些片理和板状面都是压扭性结构面，又依岩石性状及变质矿物再进一步定名，如高碳化片岩，绿泥石片岩，薄层状板岩，含硅质板岩……大理岩是石灰岩变质而成，亦应物质成分，颜色和形态而细化定名。
本区片岩为碳质和含碳泥质片岩，部分为绿泥石化片岩，因其低强度，它伴随岩层强烈褶皱和断错挤压，多成为细碎片状结构状态，受挤压强烈错动，时常出现高碳化镜面或挤压破碎带，绿泥石化（结构应力变质作用产物）片岩破碎岩带，如有地下水浸泡饱和就变成Ⅴ类围岩，它在埋藏山体中时，受挤压状态不存在失稳的问题，尽管质软和破碎在地应力作用下，因受压紧密仍储存一定数量的应力能。隧洞开挖改变了被挤压和周围环境，内载的应力能作功使其扩容，在洞体周围一定深度松弛张裂失稳坍塌，有地下水时泥化坍塌。
锦屏山区岩层在地质构造运动中受小金河断裂控制，是陆壳板块碰撞挤压带，岩层强烈褶皱，面层陡立、陡倾（时有倒转），走向为NE-NNE向，大体垂直洞体。板狀层面和片理化层面及优势构造面的劈理化面（都是陡倾面）与洞体走向夹角有两种情况，层间片理及层面因紧闭垂直洞体有利稳定。NWW/NE∠60°～70°构造面发育成的劈理化面与洞体边墙夹角向甚小，是洞体开挖时最不稳定构造面。
由于板岩、片岩介质的差异性和互层性，在地质构造运动中抗力性的差异，而出现破坏不均一性，在局部应力场能作用下扭曲旋转，和鸡窝状破碎。总体可归结几种破坏模式：
1、层间挤压破坏垮塌：片岩破碎岩常临空受重力作用和应力释放松弛垮塌，破坏边顶拱及边墙稳定。
2、在大理岩与板岩、片岩，因介质不均一性，常出现不同规模的挤压破碎带或压扭性断裂层带，开挖时出现塌顶。如F5、F6、f24等。
3、板岩和片岩多以互层相伴，在洞体开挖中，远离大理岩分布（≥50m）时，其中片岩软质受夹挤破碎出现临空垮塌。
4、中厚层状板岩层面陡倾大体垂直洞体，受构造结构面组合切割（主要是一序次共轭面翻转后成为优势结构破坏面： N50°～70°/NE∠60°～70°及N80°～90°W/ SW∠30°～40°）控制，出现结构体坍塌。
（1）左偏型和右偏型的偏层眷型坍塌。
（2）右侧上半洞受N50°～70°/NE∠60°～70°劈理化裂隙密集控制，应力回弹张裂倒塌。
（3）右侧上半洞受N80°～90°W/ SW∠30°～40°中缓结构面反倾切割N50°～70°/NE∠60°～70°顺坡陡倾所组成倒悬三角体，应力回弹松弛滑塌。
（4）下半洞开挖是三心马蹄形的下部，因洞壁内收，左侧洞壁开挖面陡角与N50°～70°/NE∠60°～70°优势面（反倾）夹角大于30°，洞壁不易垮塌（破碎岩带除外）右侧下半洞壁面陡角与N50°～70°/NE∠60°～70°优势面大等相等，洞壁总体稳定，仅局部少量垮塌。
（5）底板开挖清基又有几种破坏模式：
a、破碎带和细碎岩因岩爆震动和应力回弹松弛，清基“超挖”
b、软岩受地下水浸泡泥化，清基“超挖”
c、多组结构面交切，裂面光滑爆破震动开裂，清基“超挖”
d、陡倾裂面受中倾裂面（中缓面）应力回弹松动情面“超挖”
e、对倾中倾角面（走向大体一致）切割，裂面光滑，应力回弹松动，清基“超挖”。此乃三角沟槽式“超挖”
5、绿泥岩带：在锦屏二级水电站3#、4#引水隧洞西端工程标中，应力集中在3#洞1+660～1+720段，绿泥岩与其伴生的条纹大理岩受N50°W/NE∠60°断层切割破碎，开挖后应力回弹扩容和洞体变形，侵占设计开挖断面，后期需进行二次扩大开挖。亦因岩石质软破碎造成清基“超挖”。其余绿片岩多被错动破坏夹在断层破碎带中，导致塌方。
6、大理岩洞段的围岩破坏模式
（1）杂谷脑组（T2z）中的中薄层状大理岩及条带大理岩，时夹有泥灰岩、碳质灰岩及黑灰色碳质片岩。因介质不均一性，层理发育及褶性，受挤压变形压缩和错动，条带大理岩的条带常出现斜切断错乃至延展尖灭。条带大理岩有时出现靡棱岩化（击砸粉碎）现象，因有钙质再次交结，虽然低强度，在地应力不高洞段，围岩破坏仍以结构体结合控制为主。
（2）中厚层状大理岩在与板岩、片岩以断层面的形式接触时，受挤压断错（垂向、走向）出现破坏结构岩，如f24和F6之间洞段的大理岩，为破裂块状结构，裂面风化夹泥的滴水洞段。
（3）白山组（T2b）受断层影响，优势结构面N50°～70°/NE∠60°～70°及N80°～90°W/ SW∠30°～40°风化，出现局部结构体垮塌和倒塌。有时受地层回弹出现边墙松弛开裂倒塌。在白山组厚-巨厚层大理岩中也有层面挤压错动，发育成走向断裂破碎带，经地下水溶蚀出现溶洞积水、涌水。
白山组大理岩厚度大，抗力性能好，故少见裂隙密集带发育；但由于洞体深埋大，储能条件好，所以洞体多岩爆。 5、隧洞开挖时地下水的作用
地下水的存在，对隧洞开挖即存在消能减压的正面作用，但也存在极大的负面作用，根据地层岩性不同，表现出不同的作用。
1、地下水负面作用
1）可溶岩中地下水的负面作用
强烈褶皱的锦屏山岩层发育多组构造裂隙（带），为地下水活动提供了有利条件，在可溶性岩层中，地下水沿可溶岩中的裂隙（带）渗透，不断溶蚀扩大裂隙（带），使裂隙（带）变宽、变大，甚至形成溶洞或溶洞群，成为地下水储存空间。
此区伴随青藏高原抬升，雅砻江河谷深切，山势陡峻，地下水的水力坡度大，岩溶地下水丰富，压力大时有突发性强涌水，给施工造成灾难。
在大理岩中发育的断层带，自然有溶岩洞穴，管道生成，就成了地下水存储空间。由于地下水的水头高压力大，故在隧洞开挖掘进时出现突涌水，淹没施工开挖洞体，有时发生伤亡事故。个别突发性涌水伴有塌方及至洞穴泥石流。突发性涌水难以封堵，引排难度较大，直接侵占施工工期，并增加治理费用。
在锦屏二级水电站西端工程施工过程中，1号引水隧洞开挖施工时揭露溶洞并发生突涌水，突涌水在短短10分钟内就淹没引水隧洞施工主要交通通道、大型抽排水泵站等，影响西端总体施工工期约10天，造成较大直接及间接经济损失。
2）非可溶岩中地下水的负面作用
在非可溶性岩层中，地下水可作为非可溶的板岩和岩层补给裂隙水的水源，所以在板岩有些洞段出现长期强滴水现象，不仅影响洞体稳定，也给砼衬砌时引排、封堵堵带来难度。片岩中裂隙水亦常有相邻可溶岩溶蚀裂隙水补给，可能导致片岩泥化坍塌，绿片岩受水浸泡软化膨胀失稳垮塌更严重。
在锦屏二级水电站西端工程施工过程中，4号引水隧洞绿片岩洞段受地下水浸泡软化发生塌方，而相邻1号、2号引水隧洞绿片岩洞段更长，处理时间长达两年，且因此改变了设计型式，不但影响施工工期，后期塌方处理也花费较大代价。
断层带及挤压破碎岩带，亦常因地下水的浸渗塌方。
2、地下水的正面作用
1）地下水消耗能作用
在深埋的洞段，板岩及大理石都储存有较高的地应力能，极易发生岩爆或塌方，而有地下水活动的洞段，由于地下水活动裂隙张开和浸渗耗能，就没有岩爆发生。这已在隧洞开挖的过程中得以证实，可见地下水在此類岩层中就起到积极的消能减压作用。
2）变废为宝，变害为利
在锦屏二级水电站西端排水洞施工过程中，sk2+215桩号发生柱状涌水，初始喷射距离约3米，水呈黑色，没有气味，携带出大量的深灰色粉细砂及铁锰质结核，有机质含量较高，同时见有泥质及锰质粉细砂，出水带岩性为T2z灰白色角砾状、条带状大理岩。几天后水质变清，水压有所减小，但流量稳定不衰减。突涌水发生后对排水洞及引水隧洞的施工造成一定的影响，抽排水及涌水治理花费较大代价。
针对该处突涌水的特点，采取了引排的处理措施，恢复施工后在该出水点布置大型水箱，将该处涌水接入施工供水管道，为隧洞施工提供供水，变废为宝，变害为利，节约施工成本。
6、不同洞段、不同岩性在地质构造力作用下的破坏机制
同一类围岩在不同的深埋条件下，因外动力作用风化卸荷程度不同，所存储在的地应力能不同。因风化卸荷差异，地下水含量也不相同。在西端隧洞开挖过程中0+000～1+200桩号，洞段的边坡为45°，均有谷坡卸荷和裂隙风化（时有夹泥），洞体围岩没有地应力回弹反映，但地下水滴渗较多，所以软岩及破碎岩浸水软化是围岩破坏的主要因素。
条纹和条带大理岩以及角砾状大理岩，虽然经构造作用挤压损伤破裂或破碎，但因物质组成以CaCo3为主，经过后期胶结固化，所以在一般情况下成洞条件尚好。
大理岩是经灰岩变质而成，但有些是灰色大理岩或黑灰色大理岩，却因含碳量高而低强易碎，故在结构面上出黑色磨光，导致围岩破裂塌块、塌方。在底板开挖时，自然出现因爆破震动和应力回弹松动，出现清基“超挖”。厚---巨厚层状大理岩（灰白色、白色）层厚含碳量低，结构面上结合力也相对应较强（C值较高），裂隙面间距大，形不成劈理化裂隙带，储能条件好。在深埋的洞段虽然也有裂隙规律发育，切割出结构岩体，但垮塌机率不高。而在地应力作用下闭合的N50°～70°/NE∠60°～70°裂隙面，仍因高地应力作用产生回弹开裂。导致左边拱和边墙倒塌和右边拱边墙的滑塌。
7、洞体埋深与洞体围岩应力释放
锦屏山是线状构造地质结构形态区，强褶皱的岩层陡立与走向断层体伴生及挤压破碎岩带，均为压性和扭压性。隧洞深埋一般在1500m以上，最大深埋深达2500m。 隧洞所穿过的锦屏山从大地构造上看是地壳构造域中板块碰撞带，自然是地质构造运动的应力集中带，现今板块碰撞力传入本区，乃是显示出它是现今构造运动的应力集中带。
隧洞开挖破坏了围岩体原来的应力，在禁锢的环境下的守衡状态。不论是什么岩性，在深埋条件下，伴随洞体开挖必然出现产生“孔口”应力集中，所有岩体都要出现因临空状态突现而扩容，产生应力回弹释放。地应力的大小和岩体埋藏深度成正比，和区域现今构造应力场强度变成正比，同岩层，岩体强度变成正比，与岩体完整性成正比，盐田强度成正比，与岩体完整性成正比，与地下水活动成反比，与岩体风化程度成反比，随着埋深增大，风化程度降低，层面及裂隙闭合，透水性减弱。所以洞体埋深越大，地应力越高，开挖后的洞体应力回弹就越强烈、越明显。
8、岩爆对隧洞围岩的破坏
岩爆是高地应区，因洞室开挖破坏埋藏在山体中的岩体平衡状态，由于地应力快速集中，导致围岩爆裂破坏现象。
中低级的岩爆对围岩的破坏，常借助围岩故有的优势结构面，出现滞后爆塌，如照片。
中强级岩爆发生在相对完整的板岩和厚层状大理岩中，这些洞段地应力集中快，释放速度也快，往往一次爆破后出渣时就有爆裂声，所以出完渣光爆孔就因爆塌而消失，在钻孔时掌子面及刚开挖出洞顶出现爆声，时有塌顶。是施工危险性最大区段，自然是难防的岩爆段。在完整大理岩中的强岩爆可以说是不可抗拒的，随着突发性巨响而爆塌弹射，同时有巨大冲击波发生，常以等待应力适当释放后才进行治理（清除爆塌岩体和有针对性的加强支护）。
于此，在洞体开挖过程中，在此工程区就可以大体认定，在深埋大于1500m以上时，完整性好又无地下水浸渗，就具有中强岩爆发生的条件。为了安全就每个循环进尺，先打超前锚杆锁定顶拱防止爆塌，再进行造孔爆破，出渣后在进行喷护和系统锚固，然后再行超前锚固进行下一个循环施工，同时注意个别边顶拱出现爆裂时，进行加强随机锚固（浅表岩片撬掉或用反铲敲掉）。如此施工要增大投入，同时支护使用了较长时间，开挖速度大大消减，为防机械损坏，在机械上加装防护棚，以防损坏机械和保护操作人员。中强岩爆区段，围岩应力回弹松动圈厚度为1/3～1/2开挖洞径。松动圈的围岩张裂，灌浆时吸浆量增大很多，同时应调整灌浆压力。
9、结束语
本文结合锦屏二级水电站工程西端引水隧洞开挖过程中揭露的实际地质情况，简要阐述地质因素对隧洞开挖施工过程中对围岩稳定的控制作用，分析各类岩层可能发生的破坏型式，为以后类似工程提供参考，提前预防，避免或减少事故的发生。