引水隧洞施工中的不良地質(zhì)段處理要點(diǎn)分析

黃振興

(福建省建江水利水電設(shè)計(jì)咨詢(xún)有限公司，福建 福州 350001)

引水隧洞是地區(qū)水利工程核心性構(gòu)造之一，具有較強(qiáng)的便民現(xiàn)實(shí)性。然而，正是因其價(jià)值作用的獨(dú)特性，對(duì)施工單位工程作業(yè)展現(xiàn)出的施工效果要求、標(biāo)準(zhǔn)較為嚴(yán)苛。在隧洞工程正式施工中，因隧洞作業(yè)較易受到大量?jī)?nèi)、外環(huán)境中的消極因素干擾，若隨工程進(jìn)度推進(jìn)遭遇特殊不良地質(zhì)段加之未得到施工單位采取恰當(dāng)應(yīng)對(duì)手段對(duì)其開(kāi)展及時(shí)、準(zhǔn)確處理，將會(huì)在無(wú)形中埋下隧洞工程塌方等問(wèn)題的隱患風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)項(xiàng)目施工進(jìn)程、作業(yè)效率、人員安全帶來(lái)反面影響[1]。所以，施工單位需根據(jù)隧洞工程、不良地段等各項(xiàng)實(shí)況，將作業(yè)區(qū)及其附近水文地質(zhì)現(xiàn)況調(diào)查、剖析作為落腳點(diǎn)。精確性評(píng)估、判斷不良地質(zhì)段時(shí)下實(shí)情形態(tài)，科學(xué)、針對(duì)性的設(shè)計(jì)規(guī)劃應(yīng)對(duì)措施，保證工程質(zhì)量[2]。

1 研究區(qū)概況

福清東張水庫(kù)高干渠福清西站段遷移改線工程總長(zhǎng)約2.5 km，其中隧洞洞線2.0 km，管渠線0.5 km，設(shè)計(jì)流量為20 m3/s，工程等別為Ⅲ等，建筑物等級(jí)為3級(jí)。施工方案線路總體上由北西至南東向。具體分為進(jìn)口段、上段隧洞段、沃底倒虹吸段、下段隧洞段、出口明渠段共計(jì)五段。

本方案隧洞進(jìn)口位于沃底渡槽前約600 m，高干樁號(hào)1+445處(渠道底高程為36.392 m)處，進(jìn)口段長(zhǎng)55 m，上段隧洞長(zhǎng)810 m，出洞后銜接沃底倒虹吸管，跨倒虹吸段后接于長(zhǎng)1 176 m的下段隧洞，出洞后接明渠長(zhǎng)351 m，接入東張高干渠兩孔一墩橋附近高干樁號(hào)約5+420處(渠道底高程為31.70 m)。該方案線路總長(zhǎng)為2 531 m(圖1)。

圖1 塌方最嚴(yán)重的處(樁號(hào)0+820處)橫剖面示意圖

2 工程水文地質(zhì)

地下水類(lèi)型主要是基巖裂隙水。地下水位埋深約5.0～7.0 m。主要賦存于全風(fēng)化～強(qiáng)風(fēng)化巖體中。透水、富水性一般，水量較一般。由于全、強(qiáng)風(fēng)化巖層中的孔隙、裂隙水由于風(fēng)化差異、裂隙發(fā)育程度不均勻，泥質(zhì)及鐵錳質(zhì)充填物的不同，含水層厚度變化大，其透水性、富水性也很不均勻；地下水主要接受大氣降水垂直補(bǔ)給以及山體側(cè)向地下水補(bǔ)給，向山腳低洼處以徑流方式排泄至山腳小溪內(nèi)。沿線地表水較不發(fā)育，僅在大雨期順溝下泄至小溪中。

3 不良地質(zhì)段推測(cè)

本方案隧洞洞線總體上由北西至南東向。上段隧洞進(jìn)口位于沃底渡槽前,隧洞長(zhǎng)810 m，隧洞進(jìn)口至隧洞出口高程為36.392～35.925 m，出洞后銜接沃底倒虹吸管，跨倒虹吸段后接于長(zhǎng)1 176 m的下段隧洞，下段隧洞進(jìn)口至隧洞出口高程為35.307～34.648 m，出洞后采用長(zhǎng)339 m的渠道接入高干樁號(hào)約5+420處。開(kāi)挖洞徑4.8 m。

隧洞沿線低山丘陵重疊、連綿起伏的山脈之中。山體較為雄厚完整。全線洞頂山體厚度多為80～120 m，隧洞側(cè)向山體厚度多為70～150 m，通過(guò)地質(zhì)測(cè)繪及洞口鉆探成果可知，隧洞線路區(qū)山體覆蓋坡殘積土層和全風(fēng)化層總體上較薄，一般在5.0～12.0 m以?xún)?nèi)。因此隧洞上覆巖體總體較厚。山體高程向出口方向漸降低。

隧洞圍巖巖性主要是侏羅系上統(tǒng)南園組(J3-K1n2)流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r。巖體均為火成巖、塊狀巖體，巖性條件好。由于隧洞埋深大，硐室圍巖一般為弱風(fēng)化下部～微風(fēng)化巖體。圍巖類(lèi)別以Ⅱ、Ⅲ類(lèi)為主。隧洞進(jìn)出口段以強(qiáng)風(fēng)化巖為主。

隧洞線路區(qū)主要構(gòu)造形跡為斷裂，本次主要影響隧洞的斷層為上段隧洞出口附近的斷層f1，產(chǎn)狀N21°E∠81°，巖石碎裂。

隧洞段地下水位埋深一般在地表以下5.0～7.0 m。由于洞室位于地下水位以下，且地下水主要賦存在斷裂帶中及節(jié)理密集帶中，預(yù)計(jì)沿?cái)鄬犹幍叵滤顒?dòng)狀態(tài)以嚴(yán)重滴水至線狀流水為主、在節(jié)理密集發(fā)育處以滲水到滴水為主，其余洞段沿節(jié)理面以滴水為主。地下水活動(dòng)程度以輕微～中等為主。

隧洞沿線地下水水質(zhì)對(duì)水源水有重要影響。從巖性條件分析、圍巖均為中酸性火成巖。未發(fā)現(xiàn)可能造成地下水污染的巖石。由于隧洞還未施工，地下水水質(zhì)有待施工中及時(shí)采集水樣化驗(yàn)分析、有不符合飲用水水源水的地下水分布洞段需進(jìn)行全襯砌、隔絕有污染的地下水。

地應(yīng)力是由巖體自身重力影響而產(chǎn)生的自重應(yīng)力和地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的構(gòu)造應(yīng)力組成，通過(guò)分析隧洞巖體巖性、區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)分布規(guī)律、山體淺層應(yīng)力場(chǎng)等，類(lèi)比福清已有隧洞的開(kāi)挖施工經(jīng)驗(yàn)，依據(jù)《引調(diào)水線路工程地質(zhì)勘察范程》(SL629-2014)表6.3.2-4，本工程隧洞巖體地應(yīng)力級(jí)別為低地應(yīng)力，隧洞山體厚度較為適中，在施工過(guò)程中，一般不會(huì)產(chǎn)生巖爆，但是局部洞室可能存在垮塌現(xiàn)象，宜采取施工安全及臨時(shí)支護(hù)措施。

4 不良地質(zhì)段處理要點(diǎn)

剖析本文案例實(shí)況，可歸納出以下幾點(diǎn)遭遇不良地質(zhì)段的處理策略：

4.1 前期調(diào)研

引水隧洞在工程準(zhǔn)備階段中，施工單位應(yīng)將前期調(diào)研工作有力落實(shí)，多角度對(duì)工區(qū)環(huán)境、周邊地質(zhì)、地下水體、土層土壤等各類(lèi)別因素情況逐一獲知。精確捕捉到施工作業(yè)中可能遭遇的危機(jī)隱患與作業(yè)障礙，按照施工現(xiàn)場(chǎng)各項(xiàng)已有資源，如機(jī)械儀器、作業(yè)人員、工藝技術(shù)等，合規(guī)制定施工路線。確保施工作業(yè)各方面均可達(dá)到工程整體、我國(guó)下發(fā)的統(tǒng)一性建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、施工合同條目等系列要求，保證引水隧道最終呈現(xiàn)出的路線施工效果直且短。

4.2 處理辦法

引水隧洞工程掘進(jìn)至不良地質(zhì)段時(shí)，施工單位應(yīng)立足工區(qū)實(shí)際情況，著眼制定科學(xué)處理措施。即在工程進(jìn)度初期，在前期調(diào)研未探索到工區(qū)包含不良地段基礎(chǔ)上，施工單位需繼續(xù)探究現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)狀況，深度掌握工區(qū)場(chǎng)地不良地質(zhì)段的排列分布。并將此情況設(shè)定為施工依據(jù)，就不良地段可能引發(fā)的各種情況專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)處理計(jì)劃，保障工程、社會(huì)收獲到的效益最大化[3]。另外，工作人員在引水隧洞工程推進(jìn)中，發(fā)生塌方、涌泥等突發(fā)狀況時(shí)，除及時(shí)進(jìn)行正確性應(yīng)急措施外，還需對(duì)圍繞圍巖組織展開(kāi)科學(xué)、專(zhuān)業(yè)的實(shí)時(shí)觀測(cè)。建議工作人員對(duì)施工隧洞拱頂下沉區(qū)域、鄰近收斂處增設(shè)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)設(shè)備儀器，在相隔5 m處部位添加監(jiān)測(cè)斷面，在此基礎(chǔ)上加設(shè)3個(gè)布控監(jiān)測(cè)點(diǎn)，保證監(jiān)測(cè)精確性。

4.3 支護(hù)施工

在不良地質(zhì)段進(jìn)行引水隧道施工，應(yīng)注重引進(jìn)支護(hù)設(shè)備以及做出科學(xué)性路線變更，優(yōu)化工區(qū)作業(yè)環(huán)境構(gòu)建，維護(hù)施工有序性。應(yīng)依托工程需要，擇取正確性支護(hù)設(shè)備材料、安裝工藝，在確保安全的同時(shí)，考量經(jīng)濟(jì)性成本支出。如該工程實(shí)例中，因隧洞存在塌方隱患，簡(jiǎn)易、輕便型木質(zhì)、竹質(zhì)等材料制作而成的支部部件難以保障施工人員健康、工區(qū)作業(yè)安全。這時(shí)施工單位可選擇剛性、強(qiáng)度較高的鋼結(jié)構(gòu)支護(hù)裝置，完成工區(qū)保護(hù)任務(wù)；而隧洞性質(zhì)的施工作業(yè)因施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境構(gòu)造復(fù)雜、需時(shí)刻監(jiān)測(cè)、考察周邊各項(xiàng)隱患因素，致使開(kāi)挖速度緩慢、作業(yè)進(jìn)程滯后。對(duì)此，施工單位可通過(guò)謹(jǐn)慎更改洞線挖掘方向的施工辦法，避讓情況多變的環(huán)境區(qū)域，提升工程作業(yè)安全、穩(wěn)定性。減少增添掘進(jìn)難度的元素條件，節(jié)省支護(hù)設(shè)備安置負(fù)荷量，降低作業(yè)成本開(kāi)銷(xiāo)；二則，因不良地質(zhì)段在短時(shí)間內(nèi)施工單位無(wú)法將其各項(xiàng)情況悉數(shù)把控，為開(kāi)挖掘進(jìn)直接增添了作業(yè)困擾，且其中不乏危險(xiǎn)性危害因素。所以，施工單位在尚未正式?jīng)Q定選取改線施工措施前，應(yīng)控制日常掘進(jìn)作業(yè)量。要求工作人員以日常執(zhí)行少量工作量的模式放緩作業(yè)效率，深化安全性，在改線決策推出后，可將施工進(jìn)度復(fù)原為正常狀態(tài)。而當(dāng)隧洞遭遇的不良地質(zhì)段具有整體軟弱、大涌水量這些特征時(shí)，工作人員可使用“超前注漿小管棚”工藝(見(jiàn)圖2)，對(duì)該區(qū)域內(nèi)圍巖開(kāi)展注漿處理，完成加固作業(yè)，深化鋼管外部圍巖組織的抗剪強(qiáng)度。讓導(dǎo)管結(jié)構(gòu)與圍巖結(jié)構(gòu)一同荷載壓力，預(yù)防圍巖組織出現(xiàn)崩塌隨即封堵隧洞地下水等問(wèn)題。

圖2 超前注漿小管棚工藝

4.4 曲線施工

因引水隧道自身獨(dú)有的共通效應(yīng)，前期需科學(xué)規(guī)劃施工方案，降低施工曲線部署任務(wù)出現(xiàn)的可能性，避免施工中發(fā)生空蝕現(xiàn)象、水流脫壁等不良情況。當(dāng)工程無(wú)法徹底規(guī)避曲線施工，應(yīng)按照工區(qū)地理位置，選用大角度形式的曲線規(guī)劃開(kāi)展掘進(jìn)作業(yè)，而其半徑、轉(zhuǎn)角的合理設(shè)計(jì)可通過(guò)水工專(zhuān)用模型反復(fù)演示、調(diào)整、確定[4-5]。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，各地區(qū)引水隧洞項(xiàng)目工程施工作業(yè)中常遇不良、復(fù)雜性的地質(zhì)段，若施工單位對(duì)其選取忽視或未采取專(zhuān)業(yè)性妥善處理，將會(huì)導(dǎo)致隧洞工程發(fā)生塌方事故的幾率較高，對(duì)施工作業(yè)人員生命安全權(quán)益形成嚴(yán)重威脅，甚至重大塌方事故發(fā)生后還會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)氐貐^(qū)社會(huì)秩序穩(wěn)定造成失衡危害。因此，在實(shí)際引水隧洞施工中，應(yīng)落實(shí)對(duì)施工區(qū)地質(zhì)、水文、土質(zhì)等方面的前期調(diào)查及勘察工作，準(zhǔn)確探尋到不良地質(zhì)段，并按其調(diào)查結(jié)果有機(jī)結(jié)合工程要求，謹(jǐn)慎、妥當(dāng)策劃出對(duì)不良地段具體的施工處理方案，強(qiáng)化隧洞項(xiàng)目工程安全性，消化難題困阻，保障引水隧洞施工質(zhì)量。