長引水隧洞勘察的幾點(diǎn)體會

劉俊生，王藝凝，常 狄

（1.吉林省水利科學(xué)研究院，吉林 長春130022；2.吉林省銀河水利水電新技術(shù)設(shè)計(jì)有限公司，吉林 長春130022）

長引水隧洞勘察中是水利水電勘察的一部分，是圍繞圍巖分類等展開的以工程地質(zhì)測繪、勘探為主，結(jié)合現(xiàn)場或室內(nèi)試驗(yàn)及工程類比等方法，獲取地質(zhì)資料及巖土體物理力學(xué)參數(shù)，并將成果繪制成圖件交付使用的過程。較其它建筑物勘察，有其自身的特點(diǎn)和施工難點(diǎn)。

1 水洞勘察的方法和步驟

1）水隧洞勘察應(yīng)充分搜集、熟悉和工程相關(guān)的地質(zhì)資料，對工作區(qū)地形地貌、巖性條件、地質(zhì)構(gòu)造、水文地條件等做到充分了解和掌握，根據(jù)勘察任務(wù)書及工作大綱的要求，確定適合該設(shè)計(jì)階段的測繪比例尺和測繪范圍。

2）掌握該工程引水隧洞勘察的目的和任務(wù)，以便在野外工程地質(zhì)測繪中做到有的放矢。引水隧洞勘察的目的：①了解或查明隧洞測繪區(qū)域的地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件及特殊工程地質(zhì)現(xiàn)象，如喀斯特、滑坡等；②了解或查明特別是進(jìn)出口和淺埋段的覆蓋層厚度、風(fēng)化深度，確定進(jìn)出口巖體有無巖體卸荷、卸荷深度及進(jìn)出口邊坡的穩(wěn)定性等；③了解或查明巖土體的物理力學(xué)性質(zhì)和滲透性；④進(jìn)行圍巖工程地質(zhì)分類；⑤其他工程地質(zhì)問題，如地?zé)?、有害氣體等。

3）工程地質(zhì)測繪，主要是利用地質(zhì)點(diǎn)、山地開挖結(jié)合鉆探、物探、硐探等方法，針對具體工程地質(zhì)問題展開勘察。在野外測繪的同時(shí)，應(yīng)及時(shí)分析整理資料，以便下工作的開展。

4）內(nèi)業(yè)資料的整理和圖件的繪制。

2 域資料的利用

區(qū)域資料的合理利用對內(nèi)業(yè)分析整理和有效指導(dǎo)外業(yè)工作帶來很大幫助。例如，重慶市酉陽縣金家壩水電站工程引水隧洞，老寨正斷層從袁家大陀附近通過洞身。該斷層在地形地貌表現(xiàn)為地表成槽，可見長度延伸幾公里，但其識別特征很模糊。結(jié)合區(qū)域資料，在其特征相對明顯的位置反復(fù)量測產(chǎn)狀，研究性狀，以地質(zhì)點(diǎn)控制，問題就迎刃而解。

3 工建筑物部位工程地質(zhì)勘察

由于水工建筑物的布置，進(jìn)出口、調(diào)壓井、廠房等建筑物位置勘察顯得格外重要，要求精度亦較高。因?yàn)橐槊鞲采w層的厚度及其組成、巖性及風(fēng)化狀態(tài)、地下水位及巖體的透水率、構(gòu)造等。所以布置勘探鉆孔是十分必要的。再配合地表工程地質(zhì)測繪（地質(zhì)點(diǎn)、山地工作），以查明巖性分布、地質(zhì)構(gòu)造。對進(jìn)出口附近巖石的節(jié)理裂隙應(yīng)詳細(xì)地量測，分析是否存在不利組合,最終繪制成裂隙玫瑰花圖。存在巖體卸荷的，應(yīng)對卸荷范圍、深度充分的調(diào)查，再根據(jù)勘察成果繪制成果圖件。

4 埋段工程地質(zhì)調(diào)查

引水隧洞淺埋段較其它部位有著自己的特殊性，其上覆巖體薄到什么程度、巖石風(fēng)化狀態(tài)如何、巖體完整性及透水性如何、溝谷的形成是否與構(gòu)造有關(guān)、覆蓋層有多厚等等，所以布置勘探鉆孔是十分必要的，鉆孔對淺埋段的勘察提供了最可靠的幫助。另外地表工作應(yīng)充分調(diào)查節(jié)理裂隙的發(fā)育情況，結(jié)合鉆孔巖心，統(tǒng)計(jì)有代表性的節(jié)理、裂隙，繪制玫瑰花圖，分析不利組合形式，為圍巖分類及后期施工做好準(zhǔn)備。

5 文地質(zhì)問題

引水隧洞勘察遇到的水文地質(zhì)問題基本是巖溶和地下水位問題。

5.1 巖溶問題

金家壩水利樞紐工程，二疊系、三疊系灰?guī)r類巖石中，巖溶問題十分突出。當(dāng)時(shí)對落水洞和溶洞分布范圍、高程作了詳細(xì)的測量與調(diào)查，分析了引水隧洞穿越溶洞的可能性。這只是理論上的分析、探討，缺少必要的試驗(yàn)手段，施工過程中可能存在一定差異，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)分析和預(yù)報(bào)。由于暗河溶洞等巖溶發(fā)育自成系統(tǒng)，有不可預(yù)見性，在引水洞的相關(guān)部位易發(fā)生涌水或者突泥的情況，掌握巖溶發(fā)育規(guī)律，對正確評價(jià)圍巖的穩(wěn)定性還是有幫助的。結(jié)合重慶市酉陽縣金家壩引水洞勘察、重慶市云陽縣蓋下壩水電站庫區(qū)巖溶調(diào)查、以及參考其他文獻(xiàn)資料，發(fā)現(xiàn)巖溶發(fā)育主要特點(diǎn)如下。

1）的發(fā)育對巖性有選擇性，即巖石可溶成分含量越高（CaCO3含量越高，溶解度就越高），巖溶就越發(fā)育。金家壩引水隧洞中，二疊系石灰?guī)r地區(qū)巖溶就比三疊系石灰?guī)r地區(qū)發(fā)育。

2）發(fā)育對地質(zhì)構(gòu)造有依賴性，即在地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育方向上巖溶尤其發(fā)育。地質(zhì)構(gòu)造對巖溶的發(fā)育有一定的控制作用，巖溶形態(tài)的發(fā)育方向，都與構(gòu)造發(fā)育密切相關(guān)的。比如蓋下壩水電工程庫區(qū)位于齊耀山背斜區(qū)，其核部及兩翼巖層走向均為N35°～E 45°，經(jīng)實(shí)際測量和調(diào)查，庫區(qū)大魚泉等暗河整體走向與其一致，可以看出蓋下壩庫區(qū)嘉陵江組第三段中的巖溶發(fā)育方向主要是受層面方向控制的。

3）地下水、地表水的補(bǔ)排關(guān)系和溶蝕作用的下限受地殼的升降和侵蝕基準(zhǔn)面變化的控制，不同時(shí)期的侵蝕基準(zhǔn)面的變化導(dǎo)致了相應(yīng)時(shí)期的地下水、地表水的補(bǔ)排關(guān)系的變化。所以巖溶發(fā)育在垂向方向上與區(qū)域夷平面有對應(yīng)性，且有一定的分帶性。蓋下壩水電站工程巖溶分期見表1。從表中可以看出巖溶發(fā)育在垂向上與區(qū)域夷平面有對應(yīng)性。

表1 下壩水電站巖溶分期表

4）巖溶在空間分布上有不均一性。主要原因也是由巖溶對巖石的選擇性、對構(gòu)造的依賴性和巖體透水性的不均一性造成的。巖溶的發(fā)育，只能在可溶巖體的巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水動(dòng)力條件組合最有利的部位發(fā)育。

5.2 地下水水位問題

引水隧洞地下水位通過量測鉆孔水位、地表水及泉水的出露，一般可以控制，但由于地層巖性的不同，往往存在這樣的問題。

就蓋下壩水電站工程來說，三迭系上統(tǒng)須家河組（T3xj）石英砂巖上覆于三迭系中統(tǒng)巴東組（T2b3）泥巖等軟巖之上，這種地層結(jié)構(gòu)，上覆巖體節(jié)理裂隙的張開性和連通性相對較好，形成相對含水層，下伏巖體因其塑性，節(jié)理裂隙相對細(xì)、密，含水性和導(dǎo)水性均相對較差，形成相對的隔水層。由于兩種巖石的成層性，使得地下水具有承壓性質(zhì)。如果地下水位較高，將導(dǎo)致引水隧洞開挖時(shí)，在這樣的部位有可能出現(xiàn)涌水或者突泥,施工時(shí)就應(yīng)該加強(qiáng)預(yù)報(bào)工作。

6 圍巖工程地質(zhì)分類

圍巖分類是評價(jià)圍巖穩(wěn)定和隧洞設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，在圍巖分類中首先應(yīng)分析巖石強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)面狀態(tài)、地下水、和主要結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀等5個(gè)方面的因素。也就是是通常所說的地質(zhì)因素。其次是工程本身的因素，包括洞軸線方位、隧洞幾何尺寸等和結(jié)構(gòu)面方位。

在GB 50487-2008《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》中，圍巖分類的地質(zhì)因素有詳細(xì)的評分標(biāo)準(zhǔn)，但計(jì)算值一般偏低，實(shí)際工作中應(yīng)該結(jié)合不連續(xù)面的不同組合，以及巖體的穩(wěn)定分析，針對特殊地質(zhì)問題，對圍巖分類給予正確的評價(jià)。

7 幾點(diǎn)體會

1）引水隧洞勘察過程中，充分利用實(shí)測斷面的指導(dǎo)作用：①實(shí)測地層斷面能充分認(rèn)識標(biāo)志層和巖性特征，以此指導(dǎo)野外引水隧洞測繪，具有針對性和實(shí)用性；②內(nèi)業(yè)工作分析整理時(shí)能指導(dǎo)地質(zhì)剖面圖的繪制和圍巖工程地質(zhì)分類，更直觀、更科學(xué)。

2）引水隧洞地下水調(diào)查，除了地下水位調(diào)查外，應(yīng)注意硬巖（導(dǎo)水性、富水性好）和軟巖（導(dǎo)水性、富水性差）接觸部位可能存在承壓水，以及可能造成開挖過程出現(xiàn)涌水或者突泥的情況。

3）喀斯特勘察一方面應(yīng)該通過了解溶洞的分布范圍和高程，與建筑物布置高程進(jìn)行對比分析，評價(jià)巖溶對圍巖穩(wěn)定的影響。同時(shí)應(yīng)研究本工程區(qū)巖溶發(fā)育規(guī)律，以指導(dǎo)施工過程中的巖溶分析和超前預(yù)報(bào)工作。

4）對不同巖石，圍巖分類主要考慮以下幾方面的情況。完整巖石即堅(jiān)硬、節(jié)理裂隙不發(fā)育的巖石，主要考慮建筑物的布置和巖石的初始應(yīng)力狀態(tài)；塊狀巖石，節(jié)理裂隙較發(fā)育，有軟弱結(jié)構(gòu)面，應(yīng)對典型地段（如：淺埋段、進(jìn)出口）進(jìn)行節(jié)理裂隙統(tǒng)計(jì)，確定有代表性的產(chǎn)狀，分析可能的組合形式和不利組合出現(xiàn)的部位；軟巖工作重點(diǎn)應(yīng)分析節(jié)理裂隙的不利組合外，還應(yīng)調(diào)查物理力學(xué)參數(shù)、膨脹性和風(fēng)化崩解等；層狀圍巖工作重點(diǎn)是調(diào)查了解巖石層面性質(zhì)，其它重要的物理現(xiàn)象的調(diào)查，如：巖溶、滑坡等。

5）圍巖穩(wěn)定分析應(yīng)該注意的問題。引水隧洞邊墻的穩(wěn)定，應(yīng)該注意與建筑物軸線平行或者小角度相交的陡傾角的傾向洞內(nèi)的貫穿性結(jié)構(gòu)面；引水隧洞頂拱的穩(wěn)定，應(yīng)注意是否有緩傾角結(jié)構(gòu)面及其與其它結(jié)構(gòu)面組成的不穩(wěn)定塊體。

［1］水利水電工程地質(zhì)手冊［M］.水利電力出版社，1985，4：481—488.

［2］水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范［S］.中國計(jì)劃出版社，1999.

［3］GB50487—2008中國水利百科全書水利工程勘測分冊［M］.北京：中國水利水電出版社，2004，11.