浙東引水工程的主要地質(zhì)問(wèn)題淺析

張紅綱

(浙江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院,浙江 杭州 310002)

1 問(wèn)題的提出

某引水工程位于浙東地區(qū),工程從上虞某水庫(kù)取水引至慈溪中西部地區(qū),被列入省級(jí)重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目。該工程勘察等級(jí)為甲級(jí),工程引水線路全長(zhǎng)近65 km,沿線輸水建筑物有管道和隧洞,輸水隧洞為有壓隧洞,開(kāi)挖洞徑3.0 m,襯后洞徑2.2m,輸水管道管徑1.6 m。該工程已于2007年8月竣工試運(yùn)行,2007年10月正式交付使用,至今已安全運(yùn)行超過(guò)3 a。以下結(jié)合工程對(duì)長(zhǎng)距離引調(diào)水隧洞、管道勘察和施工中遇到的主要工程地質(zhì)問(wèn)題進(jìn)行闡述。

2 前期勘察主要地質(zhì)問(wèn)題

2.1 輸水隧洞勘察中的主要工程地質(zhì)問(wèn)題

該工程輸水隧洞地貌形態(tài)上為中低山丘陵區(qū)。隧洞沿線地層巖性較復(fù)雜,主要通過(guò)地層有前震旦系陳蔡群變質(zhì)巖系、侏羅系上統(tǒng)磨石山群酸性火山碎屑巖夾沉積巖以及第三系上新統(tǒng)玄武巖等。工程區(qū)位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)錢(qián)塘江臺(tái)褶帶中常山～諸暨拱褶帶的衢州～浦江拗褶斷束東部,江山～紹興深斷裂和麗水～余姚深斷裂之間,區(qū)內(nèi)構(gòu)造以斷裂為主,褶皺不發(fā)育。工程區(qū)內(nèi)出露的斷層主要受江山～紹興深斷裂和麗水～余姚深斷裂的控制。該工程共有8條隧洞,勘察中合理運(yùn)用地質(zhì)測(cè)繪、鉆探、槽探等多種手段,查明了隧洞工程地質(zhì)條件,為設(shè)計(jì)提供了詳實(shí)的基礎(chǔ)地質(zhì)資料。

該工程隧洞的工程地質(zhì)勘察工作:首先收集分析區(qū)域地質(zhì)資料、結(jié)合線路踏勘進(jìn)行初步地質(zhì)測(cè)繪,大致掌握了引水線路總體工程地質(zhì)條件;在此基礎(chǔ)上,有針對(duì)性地合理布置勘探工作量。隧洞工程地質(zhì)勘察的重點(diǎn)在于查明隧洞進(jìn)出口、隧洞軸線特別是洞線穿越埡口、溝谷等不良地質(zhì)洞段的工程地質(zhì)條件,分析預(yù)測(cè)施工中可能發(fā)生塌方等不良地質(zhì)洞段的分布。

通常情況下,選擇洞線時(shí),應(yīng)盡量避開(kāi)盆地、山谷等不良地形和砂卵石、溶洞、不穩(wěn)定堆積體、地下水豐富以及軟弱破碎帶等不良地質(zhì)條件地段。實(shí)際工程中,受其它外部因素的制約,隧洞無(wú)法避免某些工程地質(zhì)條件差的不利地段,此時(shí)應(yīng)提供合理的施工措施建議以確保施工安全和進(jìn)度。具體到該工程,主要是2、5號(hào)隧洞工程地質(zhì)條件復(fù)雜,2號(hào)隧洞須穿越上覆巖土體單薄的第三系上新統(tǒng)風(fēng)化劇烈的玄武巖夾砂礫石層;5號(hào)隧洞沿線發(fā)育有橫塘山字型構(gòu)造帶,該構(gòu)造帶由一系列弧形壓性斷裂和與其垂直張性斷裂構(gòu)成,斷層帶主要由斷層角礫巖、擠壓透鏡體組成,且該構(gòu)造帶與洞線交角不大,一般為30～50°。2、5號(hào)隧洞工程地質(zhì)條件差,隧洞施工難度大,但從工程總體布局上分析,該2段隧洞是最經(jīng)濟(jì)合理的選擇。經(jīng)過(guò)縝密的勘察工作和分析研究,認(rèn)為這2處隧洞雖然工程地質(zhì)條件不利于施工,但只要施工地質(zhì)工作詳細(xì)及時(shí)、施工臨時(shí)支護(hù)措施準(zhǔn)備得當(dāng),不會(huì)造成嚴(yán)重影響施工安全、進(jìn)度的大坍方,隧洞從這2處通過(guò)方案可行。

2.2 管道勘察中的主要工程地質(zhì)問(wèn)題

該工程輸水管道地貌形態(tài)上為山間丘陵區(qū)或沖海積平原。山間丘陵區(qū)管道地基土層一般以殘坡積或坡洪積的中低壓縮性土層為主,工程地質(zhì)條件好,一般均可作為管道的天然地基持力層,平原區(qū)管道地基土均為高壓縮性的軟土,物理力學(xué)性質(zhì)相對(duì)較差,需經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)奶幚砗蠓娇陕裨O(shè)管道。

該工程管道沿線河網(wǎng)密布、公路眾多,管道通過(guò)河流或公路設(shè)計(jì)多采用管橋跨越或頂管、倒虹吸穿越,因此該工程管道勘察的重點(diǎn)是查明上述管道與河流、公路交叉地段的工程地質(zhì)條件;勘察手段以鉆探結(jié)合靜力觸探為主。

3 施工中的主要工程地質(zhì)問(wèn)題

3.1 隧洞施工中的主要工程地質(zhì)問(wèn)題

由于客觀地質(zhì)環(huán)境的復(fù)雜性與受當(dāng)前勘察技術(shù)水平和有限的勘察工作的制約,前期地質(zhì)勘察資料與工程實(shí)際地質(zhì)條件難免有所出入。因此,相對(duì)于管道施工而言,隧洞施工的不可預(yù)見(jiàn)的地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)及由此帶來(lái)的施工難度和工期都有很大的不確定性,隧洞施工無(wú)疑是長(zhǎng)距離引調(diào)水工程的重點(diǎn)環(huán)節(jié)。為確保隧洞施工順利開(kāi)展,要求隧洞施工階段應(yīng)特別重視施工地質(zhì)工作,加強(qiáng)隧洞施工中的地質(zhì)超前預(yù)報(bào),指導(dǎo)施工單位采取合理及時(shí)的支護(hù)措施。

目前隧洞施工中的地質(zhì)超前預(yù)報(bào)方法很多,主要有掌子面地質(zhì)素描法、超前平行導(dǎo)洞法、超前鉆孔法、地質(zhì)雷達(dá)勘探法、TSP法等,受各種條件的限制,不同的地質(zhì)超前預(yù)報(bào)方法有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。掌子面地質(zhì)素描法是施工時(shí)及時(shí)對(duì)掌子面揭露的地質(zhì)情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)編錄,依據(jù)編錄的地質(zhì)成果結(jié)合前期勘察資料,綜合分析推斷掌子面前方的地質(zhì)條件。相對(duì)于其它幾種方法,掌子面地質(zhì)素描法獲取的地質(zhì)信息真實(shí)可靠,基本不占用隧洞施工工期,不干擾施工,設(shè)備簡(jiǎn)單,成本小,預(yù)報(bào)效果好,能為整個(gè)隧洞提供完整的地質(zhì)資料。該方法也是浙江省目前隧洞施工地質(zhì)工作中比較常用的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法。該工程亦采用此方法指導(dǎo)施工。

該工程地質(zhì)條件復(fù)雜的2、5號(hào)隧洞是施工的難點(diǎn)洞段。實(shí)際施工中,2號(hào)隧洞圍巖為風(fēng)化劇烈的玄武巖夾砂礫石層,且洞頂上覆巖土體厚度只有10～20 m,隧洞施工中采取了洞頂?shù)孛媾潘?消除地表水對(duì)洞身的不良影響,洞內(nèi)弱爆破短進(jìn)尺開(kāi)挖,開(kāi)挖循環(huán)進(jìn)尺控制在0.8～1.0 m,開(kāi)挖結(jié)束后,立即噴5 cm厚的C25混凝土封閉洞身巖面,作為臨時(shí)支護(hù);之后采用格柵拱架加系統(tǒng)錨網(wǎng)噴的支護(hù)方法。5號(hào)隧洞受橫塘山字型構(gòu)造帶影響,發(fā)育一系列斷層破碎帶,施工中遇到斷層時(shí),嚴(yán)格采用 “短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、多循環(huán)”的施工方式,成功地解決了穿越斷層時(shí)可能出現(xiàn)的大范圍坍塌、冒頂?shù)却笞冃螁?wèn)題。

3.2 管道施工中的主要工程地質(zhì)問(wèn)題

相對(duì)于引水隧洞施工,管道施工相對(duì)難度不大,施工工期也容易控制,管道施工的重點(diǎn)難點(diǎn)環(huán)節(jié)主要體現(xiàn)在跨越河道或公路地段。

該工程施工中,在管道穿越湖、塘、江時(shí)由于施工單位前期不重視對(duì)場(chǎng)地地質(zhì)條件的分析,導(dǎo)致采取的施工工藝、措施考慮不完備,給施工造成了一些不必要的返工現(xiàn)象。湖塘江河道寬約30 m,設(shè)計(jì)采用頂管方式穿越。該處地層從上到下大致分為粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)土、砂礫石,其中淤泥質(zhì)土中夾有1層厚度5 m左右的粉土層,設(shè)計(jì)兩側(cè)頂管工作沉井及頂管位置均在該粉土層中。沉井施工時(shí),施工單位盲目趕工期,沉井沖水下沉速度過(guò)快,導(dǎo)致沉井底部粉土層發(fā)生管涌,沉井沉到設(shè)計(jì)底高程后發(fā)生傾斜。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)綜合分析研究,采用了對(duì)該層粉土先注漿加固,而后再進(jìn)行沉井糾偏、頂管的施工方案。實(shí)施后,施工進(jìn)展順利。

4 結(jié) 語(yǔ)

長(zhǎng)距離引調(diào)水工程隧洞的勘察工作應(yīng)該在收集分析區(qū)域地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上,有針對(duì)性地合理布置勘探工作量。重點(diǎn)查明隧洞進(jìn)出口、隧洞軸線特別是洞線穿越埡口、溝谷等不良地質(zhì)洞段的工程地質(zhì)條件,為設(shè)計(jì)方案的選擇以及后期施工順利開(kāi)展提供重要的基礎(chǔ)參考資料。管線勘察的重點(diǎn)環(huán)節(jié)在于管線穿越江河、公路地段的地質(zhì)條件探測(cè)研究。

在隧洞施工時(shí)應(yīng)高度重視施工地質(zhì)工作,對(duì)勘測(cè)設(shè)計(jì)資料進(jìn)行全面研究,并隨時(shí)加以驗(yàn)證和補(bǔ)充。該工程采用掌子面地質(zhì)素描法進(jìn)行隧洞超前地質(zhì)預(yù)報(bào),實(shí)踐證明該方法取得的地質(zhì)信息真實(shí)可靠。該工程實(shí)踐表明,不良地質(zhì)洞段施工時(shí),在加強(qiáng)施工地質(zhì)工作的基礎(chǔ)上,只有采取合理的開(kāi)挖工序和及時(shí)的支護(hù)措施,才能達(dá)到預(yù)期的效果。

跨越河道或公路地段復(fù)雜地質(zhì)條件下管線施工時(shí),施工方案的制定應(yīng)該充分考慮實(shí)際工程地質(zhì)條件,切不可盲目施工。