趙福成

(遼寧省水利廳， 遼寧 沈陽(yáng)　110003)

大伙房水庫(kù)輸水工程D/B1施工段F3斷層技術(shù)總結(jié)

趙福成

(遼寧省水利廳， 遼寧 沈陽(yáng)110003)

【摘要】大伙房水庫(kù)輸水工程施工段F3斷層的開挖及支護(hù)嚴(yán)格遵循新奧法,且在開挖過程中,各種地質(zhì)預(yù)報(bào)方法及監(jiān)控量測(cè)得到了充分的應(yīng)用,確保了施工的安全,提高了施工的工程質(zhì)量,同時(shí)驗(yàn)證了上述方法的優(yōu)缺點(diǎn)，本文對(duì)此進(jìn)行了介紹，并對(duì)F3斷層技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)。

【關(guān)鍵詞】斷層； TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)； 監(jiān)控量測(cè)； 新奧法； 大伙房水庫(kù)輸水工程

大伙房水庫(kù)輸水工程主體建筑物為輸水隧洞，長(zhǎng)85.32km，埋深大多在100～300m之間。隧洞主線上有五大斷裂構(gòu)造，1號(hào)支洞主洞段F3斷層即為其中之一，施工采用鉆爆法。為使其順利通過，施工過程中采用了各種地質(zhì)預(yù)報(bào)方法，同時(shí)結(jié)合監(jiān)控量測(cè)，嚴(yán)格遵循新奧法進(jìn)行開挖支護(hù)。

1F3斷層工程地質(zhì)概況

F3斷層出露于主洞線進(jìn)口地段的兔洞山—掛牌嶺一帶。斷層在洞室部位埋深約100m，切割梨樹溝組(K1l)、蓋縣組(Pt1gx)及早元古代混合巖地層。由地表測(cè)得其產(chǎn)狀為101°∠57°～67°，勘察鉆孔揭露洞室部位其傾角為5°～20°。斷層破碎帶內(nèi)巖石成分較復(fù)雜，顏色變化較大，主要組成物質(zhì)為斷層碎裂巖、斷層角礫巖及構(gòu)造蝕變巖。碎裂巖局部已成炭質(zhì)碳酸鹽質(zhì)泥巖，斷層角礫巖泥質(zhì)膠結(jié)，較疏松，巖石整體強(qiáng)度低。角礫及碎塊礦物成分主要為長(zhǎng)石、方解石，且結(jié)晶體局部反映錯(cuò)動(dòng)方向，可判定為逆斷層，斷層帶內(nèi)巖石強(qiáng)風(fēng)化，次生及隱微節(jié)理發(fā)育，變質(zhì)現(xiàn)象較強(qiáng)。斷層面起伏粗糙，擦痕較明顯，并可見綠泥石，斷距不清。此斷層為區(qū)內(nèi)一般斷裂中的大型壓扭性斷層，為該輸水工程五大斷裂之一，其圍巖極不穩(wěn)定，是該段難通過部位。

2地質(zhì)預(yù)報(bào)的應(yīng)用

2.1TSP203超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的應(yīng)用

2.1.1TSP預(yù)報(bào)情況

自2004年3月20號(hào)—2004年9月26號(hào)，由某單位采用TSP203對(duì)初入斷層段進(jìn)行了三次超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，下面分別是三次預(yù)報(bào)的基本情況。

2.1.1.1第一次預(yù)報(bào)

預(yù)報(bào)時(shí)掌子面附近隧道地質(zhì)情況：巖性為灰綠色凝灰質(zhì)砂巖與紫紅色凝灰質(zhì)泥巖，屬軟巖與較軟巖，強(qiáng)度低，巖體完整性差，局部滴水，圍巖局部穩(wěn)定性差。設(shè)計(jì)此段為Ⅲb類圍巖。

由預(yù)報(bào)成果與開挖后實(shí)際情況對(duì)比：前60m預(yù)報(bào)與實(shí)際完全不符，且此次超前地質(zhì)預(yù)報(bào)沒有預(yù)報(bào)出斷層的出露樁號(hào)，對(duì)水的預(yù)報(bào)與實(shí)際也完全不符，其他與實(shí)際基本吻合。

2.1.1.2第二次預(yù)報(bào)

該段測(cè)區(qū)已進(jìn)入F3斷層帶中，巖性以炭質(zhì)泥巖、斷層角礫巖為主，局部夾凝灰質(zhì)泥巖，均為泥質(zhì)膠結(jié)，較疏松，整體強(qiáng)度較低，屬軟巖，強(qiáng)風(fēng)化，巖體完整性差。洞室干燥，圍巖極不穩(wěn)定，掉塊現(xiàn)象較嚴(yán)重，設(shè)計(jì)為Ⅴ類圍巖。

此次預(yù)報(bào)結(jié)果與開挖后實(shí)際情況對(duì)比：圍巖狀況基本吻合，主要是在對(duì)水的地質(zhì)解譯上與實(shí)際情況出入較大。

2.1.1.3第三次預(yù)報(bào)

該段測(cè)區(qū)在F3斷層帶中，巖性以斷層角礫巖、斷層碎裂巖為主，泥質(zhì)膠結(jié)，較疏松，整體強(qiáng)度低，屬軟巖，強(qiáng)風(fēng)化，巖體完整性差。洞室干燥，圍巖極不穩(wěn)定，掉塊及坍塌現(xiàn)象較嚴(yán)重。設(shè)計(jì)F3斷層即將結(jié)束，為Ⅴ類圍巖。

此次超前地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)論與開挖后的實(shí)際情況基本吻合，而且在對(duì)水的地質(zhì)解譯上與實(shí)際情況出入不大。

2.1.2TSP預(yù)報(bào)總結(jié)

TSP203在預(yù)報(bào)過程中，其相關(guān)物理參數(shù)很難甚至不能反映不良地質(zhì)體的性質(zhì)、類型，只能近似反映。

TSP203預(yù)報(bào)的成果只能半定量地預(yù)報(bào)有沒有地下水，即只能預(yù)報(bào)是弱富水帶還是強(qiáng)富水帶，地下水是多水還是少水或無水，只能做出相對(duì)的評(píng)價(jià)。

TSP203預(yù)報(bào)解譯的關(guān)鍵技術(shù)是成果圖的解譯，不同人員，預(yù)報(bào)的精度會(huì)相差很大。

2.2其他地質(zhì)預(yù)報(bào)方法的應(yīng)用

2.2.1掌子面地質(zhì)編錄預(yù)報(bào)法

參考勘察設(shè)計(jì)資料，通過對(duì)掌子面已揭露地質(zhì)體(巖層或不良地質(zhì)體)進(jìn)行觀測(cè)和地質(zhì)編錄，以已經(jīng)開挖的洞室地質(zhì)情況變化規(guī)律為參考，對(duì)掌子面前方延伸情況進(jìn)行規(guī)律性的推斷。對(duì)F3斷層每20m做一次地質(zhì)預(yù)報(bào)，通過此種預(yù)報(bào)方法，及時(shí)掌握掌子面的地層產(chǎn)狀、巖性、構(gòu)造，并對(duì)前方地質(zhì)情況做出推斷。

2.2.2超前鉆孔取芯法

在F3斷層開挖過程中，由于TSP未能及時(shí)到位預(yù)報(bào)，部分樁號(hào)地質(zhì)情況不明，有富水的可能性，于是采用超前鉆孔取芯法。在洞室頂拱及兩個(gè)起拱線處打超前鉆，孔深均為30m，取芯共90m，對(duì)巖心進(jìn)行分析，以此判斷掌子面前方30m范圍內(nèi)的地質(zhì)情況及富水情況。

超前鉆孔取芯法造價(jià)高、時(shí)間長(zhǎng)，但其直接、準(zhǔn)確，尤其對(duì)出水情況判斷更為直接，取得的巖心可進(jìn)行各種室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，以此確定最佳的施工方法、支護(hù)方式、防水處理、襯砌結(jié)構(gòu)等。

2.2.3長(zhǎng)鉆孔法

對(duì)TSP預(yù)報(bào)的富水帶，每一炮打鉆的同時(shí)，在頂拱及兩個(gè)起拱線三點(diǎn)處打三個(gè)5m深的鉆孔，此鉆孔不僅能短距離內(nèi)探測(cè)富水情況，也可以作為爆破孔，下一個(gè)循環(huán)在三個(gè)鉆孔的基礎(chǔ)上繼續(xù)延伸，直到富水帶結(jié)束。這種方法不僅保證了施工的安全、不誤工，而且節(jié)省了投資。

3斷層的開挖

a.開挖采用新奧法施工。依據(jù)Ⅴ類圍巖密打孔、少裝藥、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)的施工原則，最大進(jìn)尺1～1.5m，針對(duì)自穩(wěn)時(shí)間較短采用多臺(tái)階方式開挖。周邊孔間距300mm、采用光爆藥(25mm小藥卷)，不耦合裝藥，導(dǎo)爆索串聯(lián)，瞬時(shí)齊發(fā)起爆。嚴(yán)格控制超欠挖，不允許欠挖，超挖部分以噴混充填。

b.控制底板的開挖高程，避免開挖底板造成的高低不平產(chǎn)生積水。

c.主洞內(nèi)靠風(fēng)水管路側(cè)挖排水溝，且每隔150m設(shè)置積水井，設(shè)泥漿泵進(jìn)行排水。

4斷層的支護(hù)

a. F3斷層為Ⅴ類圍巖，其支護(hù)遵循施工組織設(shè)計(jì)要求，上一道工序驗(yàn)收合格后進(jìn)行下一道工序。爆破排煙排險(xiǎn)之后，量測(cè)開挖斷面，欠挖予以處理。施工地質(zhì)人員進(jìn)行地質(zhì)編錄并繪出橫剖面圖及洞室展示圖。接著噴混凝土進(jìn)行初期支護(hù)，立即薄噴一層C25混凝土，層厚3～5cm，予以封閉。

b.出完渣之后，測(cè)量進(jìn)行系統(tǒng)錨桿點(diǎn)位放樣。

c.系統(tǒng)錨桿施工工藝：系統(tǒng)錨桿(長(zhǎng)3.0m，φ25mm)安裝間距0.8m，梅花形布設(shè)，布設(shè)角度盡量垂直巖面，且在同一斷面上，保證錨桿的錨固深度，及錨固劑的充填量。YT28鑿巖機(jī)鉆孔至設(shè)計(jì)深度后用高壓風(fēng)清孔，將單孔錨固劑設(shè)計(jì)數(shù)量(4個(gè)/m)放進(jìn)水中浸泡1min左右(不再有氣泡逸出)，迅速拿出塞入錨孔內(nèi)，填滿后用鐵錘將錨桿擊入。

d.鋼格柵施工工藝：按設(shè)計(jì)圖紙加工制作鋼格柵。安裝鋼格柵之前，進(jìn)行測(cè)量放樣，給定控制點(diǎn)，按照控制點(diǎn)進(jìn)行安裝，格柵固定在系統(tǒng)錨桿上，安裝保證垂直度以及格柵的外形尺寸(設(shè)計(jì)開挖斷面尺寸)，保證相鄰的鋼格柵間距為0.5m。鋼格柵在架立后應(yīng)與圍巖貼靠緊密，空隙采用鋼楔子楔緊;鋼支架接頭處施作鎖腳錨桿，每節(jié)格柵的連接處，采用幫條焊焊接工藝，鋼格柵必須打鎖腳錨桿(與系統(tǒng)錨桿相同參數(shù))2根。相鄰鋼格柵之間用φ22mm鋼筋拉桿連接，頂拱間距1.0m，邊墻2.0m。

e.采取超前錨桿(3.5m，φ25mm)的超前支護(hù)方式，超前錨桿仰角10°～15°布置在頂拱180°部位，間距一般為300mm。超前錨桿采用“先注漿后安裝錨桿”的程序進(jìn)行施工。測(cè)量放點(diǎn)后，采用YYTZ26C型液壓鑿巖機(jī)鉆孔，孔徑為42mm，采用早強(qiáng)水泥砂漿進(jìn)行滿孔注漿，并用鉆機(jī)或人工將錨桿插入孔底。錨桿尾部外露長(zhǎng)度約10～15cm，洞段斷面的超前錨桿尾部置于鋼格柵腹部。超前錨桿縱向兩排的水平投影搭接長(zhǎng)度不小于1.0m，且超前錨桿的尾部必須焊牢在鋼格柵上，排與排之間呈梅花形布設(shè)。

f.鋼筋網(wǎng)的網(wǎng)格采用φ8mm光圓鋼筋制作，@150mm×150mm，采取洞內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)綁扎的辦法，鋼筋網(wǎng)緊貼格柵和巖壁?；炷帘Ｗo(hù)層4cm。

g.待鋼格柵和鋼筋網(wǎng)支立綁扎完畢，在進(jìn)行噴混之前，進(jìn)行柵腳廢渣的清理，測(cè)量和監(jiān)理聯(lián)合驗(yàn)收完畢，進(jìn)行下一道工序。

h.噴混凝土:?噴混凝土之前，須用高壓風(fēng)清掃受噴面，不宜用高壓水，巖石是炭質(zhì)泥巖；?埋設(shè)控制噴混凝土厚度的標(biāo)志；?噴頭與受噴面應(yīng)垂直，宜保持0.6～1.0m的距離；?控制住噴頭處的工作風(fēng)壓，保證在0.4MPa，從而保證較小的回彈率；?噴射鋼架時(shí)，先噴射鋼架和壁面之間的混凝土，待鋼架和壁面之間以及鋼架周圍填滿混凝土之后，再噴射鋼架之間的混凝土；?噴混之后的洞室斷面外表必須平順，滿足平整度的要求；?待噴混結(jié)束3h之后，方可進(jìn)行放炮作業(yè)。

5斷層的監(jiān)控量測(cè)

5.1現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)

5.1.1量測(cè)工作概述

5.1.1.1量測(cè)儀器及精度

該段隧道圍巖變形量測(cè)采用JSS30A型系列數(shù)顯收斂計(jì)。其量測(cè)范圍0.5～15m，測(cè)量精度0.01mm。

5.1.1.2量測(cè)斷面布置與安裝

斷層段均為Ⅴ類圍巖，其收斂觀測(cè)按每20m布置一個(gè)觀測(cè)斷面，采用三點(diǎn)三線法，對(duì)洞室拱頂及邊墻進(jìn)行收斂變形量測(cè)。斷面測(cè)點(diǎn)布置詳見圖1。

圖1　斷面測(cè)點(diǎn)布置

測(cè)點(diǎn)拉環(huán)采用φ6mm光圓鋼筋；測(cè)點(diǎn)錨桿采用φ22mm螺紋鋼筋，長(zhǎng)度120cm。加工、安裝見圖2。

圖2　收斂測(cè)點(diǎn)加工安裝圖 (單位：mm)

5.1.2量測(cè)數(shù)據(jù)處理

a.填寫《圍巖收斂變形觀測(cè)記錄表》。

b.對(duì)量測(cè)數(shù)據(jù)隨時(shí)進(jìn)行整理和分析，根據(jù)量測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)繪制周邊位移時(shí)態(tài)曲線和拱頂下沉位移時(shí)態(tài)曲線。

c.對(duì)收斂變形數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，提出回歸函數(shù)，確定位移變化規(guī)律，推算最終位移值。

5.1.3量測(cè)成果的應(yīng)用

5.1.3.1施工控制與管理

實(shí)測(cè)周邊位移的相對(duì)值,并用回歸分析推算的最終位移相對(duì)值，按相關(guān)規(guī)范允許值進(jìn)行分析，實(shí)測(cè)位移應(yīng)控制在允許位移之內(nèi)。

5.1.3.2現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)的處理與反饋

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)的數(shù)據(jù)應(yīng)進(jìn)行歸納整理和分析，并及時(shí)上報(bào)、反饋各方；遇有特殊狀況，變形速率較大或變形量超出規(guī)范，應(yīng)在采取緊急措施的同時(shí)，及時(shí)匯報(bào)。

5.1.3.3二次支護(hù)時(shí)機(jī)控制

該工程采用二次支護(hù)，后期襯砌支護(hù)的施作，在同時(shí)達(dá)到下列三項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)進(jìn)行：?隧洞周邊水平收斂速度小于0.2mm/d，拱頂或底板垂直位移速度小于0.1mm/d；?隧洞周邊水平收斂速度以及拱頂或底板垂直位移速度明顯下降；?隧洞位移相對(duì)值已達(dá)到總相對(duì)位移量的90%以上。

在監(jiān)測(cè)過程中，F(xiàn)3斷層收斂監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均較穩(wěn)定，變形速率均很規(guī)律，未發(fā)生失穩(wěn)情況。

5.2永久監(jiān)控量測(cè)

在F3斷層處選取一處斷面，對(duì)其進(jìn)行永久的監(jiān)控量測(cè)工作，包括對(duì)圍巖穩(wěn)定監(jiān)測(cè)、二襯斷面監(jiān)測(cè)等。

6F3斷層技術(shù)總結(jié)

2004年12月1日，F(xiàn)3斷層順利通過，歷時(shí)近6個(gè)月，平安無事故。在F3斷層的開挖過程中，地質(zhì)預(yù)報(bào)以TSP地質(zhì)預(yù)報(bào)方法為主，掌子面、超前鉆孔及長(zhǎng)鉆孔預(yù)報(bào)法為輔，多種預(yù)報(bào)方法緊密結(jié)合，有效地指導(dǎo)施工，確保了施工的安全。從而可以看出地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)在隧洞開挖中起到的重要作用。

在實(shí)際開挖中，F(xiàn)3斷層巖性以炭質(zhì)泥巖、斷層角礫巖、斷層碎裂巖、構(gòu)造蝕變巖等為主，局部夾凝灰質(zhì)泥巖，均為泥質(zhì)膠結(jié)，較疏松，整體強(qiáng)度低，屬軟巖，強(qiáng)風(fēng)化。次生及隱微節(jié)理發(fā)育，節(jié)理面明顯可見擦痕，巖體完整性差，較破碎。洞室干燥，圍巖極不穩(wěn)定，掉塊現(xiàn)象較嚴(yán)重。在開挖及支護(hù)中嚴(yán)格遵守新奧法施工原則：Ⅴ類圍巖施工密打孔、少裝藥、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)。延洞軸線，斷層破碎帶寬約280m，整個(gè)洞室一直干燥，這對(duì)施工非常有利，減少了不必要的支護(hù)措施及排水措施，且保證了施工的安全性。

“新奧法”施工的三大支柱之一是現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)，在F3斷層段得到了充分的應(yīng)用，指導(dǎo)后期襯砌工作，確保了施工期安全和后期施工質(zhì)量。

F3斷層的順利通過與各種地質(zhì)預(yù)報(bào)、施工方法及監(jiān)控量測(cè)方法的應(yīng)用密不可分，同時(shí)也驗(yàn)證了上述方法的優(yōu)缺點(diǎn)，總結(jié)該地下工程的規(guī)律和特點(diǎn)，為其他類似工程提供借鑒和指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)

[1]李曉紅.隧道新奧法及其量測(cè)技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2002.

[2]劉志剛,趙勇.隧道隧洞施工地質(zhì)技術(shù)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2001.

Summary of F3fault technology on D/B1 construction section in

Dahuofang Reservoir Water Conveyance Project

ZHAO Fucheng

(LiaoningProvincialWaterResourcesBureau,Shenyang110003,China)

Abstract：New Austrian Tunneling Method is strictly followed in excavation and supporting of F3fault on construction section in Dahuofang Reservoir water conveyance project. In addition, various geological forecast methods and monitoring measurements have been fully used in the process of excavation, thereby ensuring construction safety, improving project quality of the construction, and verifying advantages and disadvantages of the above methods synchronously. In the paper, the above contents are introduced. F3fault technology is summarized.

Key words：fault; TSP advance geological forecast; monitoring measurement; New Austrian Tunneling Method; Dahuofang Reservoir water conveyance project

中圖分類號(hào)：TV54

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1005-4774(2015)12-0004-04

DOI:10.16616/j.cnki.11-4446/TV.2015.12.002