引洮總干7#洞含水疏松砂巖的工程地質(zhì)性質(zhì)研究

【摘 要】引洮總干7#洞全長17.28Km，設(shè)計(jì)洞徑4.95m。7#隧洞設(shè)計(jì)采用單護(hù)盾TBM施工，2009年12月19日TBM進(jìn)點(diǎn)施工，截止2013年4月5日隧洞開挖16.7Km，其中TBM掘進(jìn)13.528Km，人工開挖3.752Km，剩余兩段（57+835～58+374.5、60+878～60+918）長度580m沒有貫通。2012年4月30日TBM開挖至隧洞樁號(hào)57+835因掌子面發(fā)生涌砂受困于含水疏松砂巖段，至今TBM無法解困。為加快7#洞施工進(jìn)程、實(shí)現(xiàn)TBM早日解困，確保引洮供水一期2013年通水暨定目標(biāo)。準(zhǔn)確查明該洞段含水疏松砂巖在圍巖中分布及其地下水活動(dòng)情況，分析出含水疏松砂巖的工程地質(zhì)性質(zhì)，為設(shè)計(jì)及施工方案提供準(zhǔn)確的地質(zhì)資料。

【關(guān)鍵詞】含水；疏松；砂巖；圍巖

1 疏松砂巖層分布特征

勘察段地表至隧洞底板分布疏松砂巖層兩層，分布見表1。

表1 勘察段疏松砂巖分布一覽表

序次頂界面出露高程底界面出露高程洞線鉛直厚度地下水與工程關(guān)系

mmm

第一層2184～22962163～227420～22水位標(biāo)高2264～2267m。構(gòu)成1#、2#冷凍井部分段圍巖

第二層2171～2095勘察孔沒有揭示到底界面。推測(cè)厚度大于70m水位標(biāo)高2202m，ZD4鉆孔水頭高出洞頂74m。構(gòu)成1#、2#冷凍井部分段圍巖及隧洞57+835～58+176.5段圍巖

2 疏松砂巖顆粒組成

疏松砂巖顆粒組成見表2：

表2 疏松砂巖顆粒組成試驗(yàn)成果分析表

取樣

位置取樣高程顆粒組成﹝mm﹞不均勻系數(shù)曲率 系數(shù)級(jí)配優(yōu)劣巖石 定名

2～0.50.5～0.250.25～0.075<0.075

m%Cucc

第一層2215-22360.5-33-13.582-90.51.5-6.02-2.40.8-0.84不良細(xì)砂巖

第二層2113-21211 -324-2663.-666.5-102.4-2.50.793不良細(xì)砂巖

根據(jù)上表，疏松砂巖顆粒均勻，級(jí)配差，粘粉粒含量很少，具細(xì)粒碎屑結(jié)構(gòu)，這些是其膠結(jié)不良的基礎(chǔ)。

3疏松砂巖密實(shí)性

疏松砂巖主要物理指標(biāo)見下表3。

表3 疏松砂巖物理性質(zhì)試驗(yàn)成果分析表

取樣位置取樣高程比重含水量天然密度干密度孔隙率備 注

m %g/cm3g/cm3%

第一層（鉆孔試樣）2215～22362.7-2.7111.8-13.52.11-2.31.97-2.0324.7-27.3鉆孔試樣受鉆進(jìn)工藝影響，其含水量較支洞試樣偏大1-2個(gè)百分點(diǎn)。

第二層（鉆孔試樣）2113～21212.71-2.7210.8-13.92.18-2.261.94-1.9726.6-28

第二層（斜支洞試樣）0+40.7～0+111（斜支洞樁號(hào)）2.7111.5-13.92.32.0923-24.1

根據(jù)上表，疏松砂巖相對(duì)于一般巖石，具有孔隙率大，密實(shí)性差的特點(diǎn)。

3 疏松砂巖水理性質(zhì)

疏松砂巖水理性質(zhì)指標(biāo)見表4。

表4 疏松砂巖水理性質(zhì)室內(nèi)試驗(yàn)成果分析表

取樣位置取樣高程吸水率飽和吸水率飽和度滲透系數(shù)崩解

m%%%×10-6cm/s

第一層（鉆孔試樣）2215～223612.713.280-85 完全崩解

第二層（鉆孔試樣）2113～212114.3-16.815.9-19.175-1001.98-7.56完全崩解

從上表看，疏松砂巖基本處于飽和狀態(tài)，水理性質(zhì)極差，具極易崩解的特性。由鉆孔提水水位觀測(cè)資料分析，疏松砂巖具弱透水性。

4 工程地質(zhì)問題分析

從本次勘察ZD3、ZD4、ZD5鉆孔巖芯采取率、巖芯形狀及孔內(nèi)提水水位觀測(cè)資料看：疏松砂巖具一定強(qiáng)度，鉆孔巖芯采取率達(dá)95%以上，巖芯多呈長柱狀，具透水性，其層中地下水滲流緩慢，因受其儲(chǔ)水構(gòu)造限制，層間地下水具承壓性，且水頭較高。

根據(jù)上述物理力學(xué)指標(biāo)分析：疏松砂巖含水量高，處接近或達(dá)到飽和狀態(tài)，強(qiáng)度極低，天然單軸抗壓強(qiáng)度1.9～2.3 Mpa，力學(xué)性質(zhì)隨含水量增加呈惡化態(tài)勢(shì)，水理性質(zhì)差，浸水崩解，工程性質(zhì)極差。

7#洞含水疏松砂巖段施工實(shí)踐表明：隧洞的開挖改變其地層地下水滲流狀態(tài)，臨空面的形成為地下水提供了匯集運(yùn)移通道。施工中的機(jī)械、放炮的振動(dòng)、擾動(dòng)導(dǎo)致其巖石結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，孔隙中的重力水析出，使其濕度增加可能產(chǎn)生液化，性態(tài)惡化，強(qiáng)度急劇衰減，通常含水量>14%時(shí)，在上覆山巖壓力及地下水高水頭滲壓下，易出現(xiàn)圍巖坍塌、涌砂現(xiàn)象。若藕合施工中圍巖支護(hù)不及時(shí)或施工停頓圍巖暴露時(shí)間過長因素，則極易出現(xiàn)掌子面圍巖坍塌、掌子面涌砂現(xiàn)象。

5 結(jié)論及幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)

綜合以上事實(shí)與分析上第三系疏松砂巖屬隧洞不良圍巖，現(xiàn)場測(cè)試疏松砂巖含水量11%～14%。據(jù)鉆孔地下水觀測(cè)及提水資料，疏松砂巖中重力水析出緩慢，但具承壓性，ZD4鉆孔中地下水承壓水頭高出洞頂約74m。建議含水疏松砂巖洞段施工時(shí)，應(yīng)連續(xù)作業(yè)且及時(shí)支護(hù)，遵循短進(jìn)尺、快循環(huán)，少擾動(dòng)，超前加固圍巖的原則。加強(qiáng)洞內(nèi)排水，對(duì)圍巖含水量變化實(shí)施連續(xù)監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)，當(dāng)圍巖含水量大于14%時(shí)，應(yīng)及時(shí)封閉掌子面加強(qiáng)超前加固措施。

參考文獻(xiàn)：

[1]甘肅省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院. 甘肅引洮供水一期工程總干渠7#隧洞57+835～58+408.7凍結(jié)施工段工程地質(zhì)勘察報(bào)告.蘭州：甘肅省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2013.

[2]甘肅省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院. 甘肅引洮供水一期工程總干渠工程地質(zhì)勘察報(bào)告[R].蘭州：甘肅省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2003.

作者簡介：

邢志龍（1984—），男，甘肅寧縣人，助理工程師，學(xué)士，主要從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)勘察工作。