地下水封洞庫(kù)在開挖中出現(xiàn)滑塌的地質(zhì)因素分析處理

李世銀 北京東方新星勘察設(shè)計(jì)有限公司

1 前言

近年來，我國(guó)建設(shè)地下水封洞庫(kù)節(jié)奏逐漸加快，在全國(guó)各地已建設(shè)了多座地下水封洞庫(kù)。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的繼續(xù)提高，未來國(guó)內(nèi)將展開大規(guī)模的建設(shè)地下水封洞庫(kù)，因此研究地下水封洞庫(kù)建設(shè)過程中的一些重要環(huán)節(jié)及影響因素意義重大。相比于地面工程，地下工程的施工危險(xiǎn)性較大，工程的難度系數(shù)較高，工程具有危險(xiǎn)性、復(fù)雜性、多樣性、綜合性等特征。

地下水封洞庫(kù)作為特殊的地下工程，其建設(shè)規(guī)模大，有著單條洞室跨度大、高直墻的特點(diǎn)。地下水封洞庫(kù)施工是地下工程的一個(gè)難度較大的項(xiàng)目，在施工過程中極易出現(xiàn)塌方等事故，造成施工機(jī)械的損壞，甚至危及施工人員的安全。研究地下水封洞庫(kù)施工工程中出現(xiàn)滑塌的地質(zhì)因素，探究開挖時(shí)應(yīng)當(dāng)采用的施工措施和支護(hù)方式等，是地下水封洞庫(kù)施工值得重視的課題。地下水封洞庫(kù)是在穩(wěn)定地下水位以下的巖體中挖掘的洞室，由洞室組成的儲(chǔ)油洞罐（主洞室）、施工巷道、豎井、水幕巷道。

2 某地下水封洞庫(kù)工程概況

地下水封洞庫(kù)設(shè)計(jì)10條主洞室、3條主施工巷道、5條支施工巷道、10個(gè)工藝豎井、5個(gè)通風(fēng)豎井及8條水幕巷道。主洞室按北偏東10°方向平行布置，主洞室設(shè)計(jì)頂標(biāo)高-80m，底標(biāo)高-110m，每條主洞室長(zhǎng)度均為923m，設(shè)計(jì)洞跨20m，洞高30m，截面形狀為直墻圓拱形。主洞室壁與相鄰施工巷道壁之間設(shè)計(jì)凈間距為30m，兩個(gè)相鄰主洞室之間設(shè)計(jì)凈間距為40m。施工巷道入口有三處，分別位于洞庫(kù)場(chǎng)地北部的西、中及東側(cè)，3條主施工巷道施工開挖由北向南延展，至洞庫(kù)南端交匯。施工巷道寬9.0m，高8.5m，支施工巷道寬8.5m，高7.5m。主洞室頂面25m以上（水幕底面標(biāo)高為-55m）設(shè)置8條水幕巷道，垂直主洞室方向布置6條，平行主洞室方向布置2條。

3 地下水封洞庫(kù)地質(zhì)條件介紹

片麻狀花崗巖是擬建洞庫(kù)的主要巖體（約占洞庫(kù)巖體的86%），灰色，部分呈淺灰~灰白色，中粒片麻、花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，片麻理產(chǎn)狀一般為NE49°~100°∠23°~38°，主要礦物為斜長(zhǎng)石、角閃石、石英、黑云母；部分地段暗色礦物定向排列不明顯，屬花崗閃長(zhǎng)巖，礦物成分與片麻狀花崗巖差異不大。巖體強(qiáng)風(fēng)化帶厚度較薄，呈散體狀，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)；中風(fēng)化帶厚度一般為15.00m~30.00m，局部超過40.00m，底面標(biāo)高一般為-20m~-45m，局部低于-60m，巖體裂隙較發(fā)育，強(qiáng)度中等~較高，巖體基本質(zhì)量等級(jí)一般為Ⅲ~Ⅳ級(jí)；微風(fēng)化~未風(fēng)化巖體裂隙稍發(fā)育，強(qiáng)度高，巖體基本質(zhì)量等級(jí)一般為Ⅰ~Ⅱ級(jí)。

洞庫(kù)所在區(qū)域位于粵桂隆起與桂湘贛褶皺帶的交界處南段，二者以北東向的吳川大斷裂為界。該區(qū)經(jīng)歷了加里東、華立西—印支、燕山、喜馬拉雅構(gòu)造階段，早期以褶皺為主，中晚期以巖漿活動(dòng)和斷裂活動(dòng)為主，構(gòu)造較為復(fù)雜。庫(kù)址區(qū)所在區(qū)域內(nèi)巖漿巖發(fā)育，分布廣泛，巖漿活動(dòng)呈多旋回性，共有印支、燕山、喜馬拉雅三個(gè)旋回。巖脈以晚期的石英脈、偉晶巖脈及煌斑巖脈為主，構(gòu)造以脆性破裂為主，主要發(fā)育有斷裂構(gòu)造、節(jié)理裂隙密集帶及區(qū)域性優(yōu)勢(shì)節(jié)理。

施工期實(shí)際揭露的主要地質(zhì)構(gòu)造與前期勘察基本一致。其中F1斷層位于庫(kù)區(qū)北側(cè)以外，對(duì)庫(kù)區(qū)工程地質(zhì)影響不大。施工勘察時(shí)地下洞室開挖揭露主要大的構(gòu)造為F2、F3斷層破碎帶。

各洞室開挖過程中揭露了L1~L8等貫通性的節(jié)理裂隙密集帶，與前期勘察揭露特性基本一致。

施工勘察時(shí)對(duì)揭露的未成規(guī)模的局部節(jié)理密集帶及長(zhǎng)大節(jié)理等構(gòu)造也進(jìn)行了地質(zhì)描述，這些構(gòu)造多為F2、F3斷層及L1~L8節(jié)理密集帶衍生裂隙或者隨機(jī)分布的長(zhǎng)大節(jié)理，一般發(fā)育規(guī)模較小，不貫通，在洞室施工開挖時(shí)揭露。

4 滑塌地質(zhì)因素分析

巖體是含有大量結(jié)構(gòu)面的巖石所組成的結(jié)構(gòu)體，在地下洞室的開挖中或者成形后，形成新的臨空面，使得幾組結(jié)構(gòu)面通過一定的組合關(guān)系形成可能失穩(wěn)的塊體，圍巖出現(xiàn)局部失穩(wěn)的原因主要是由于巖體中的軟弱結(jié)構(gòu)面與洞室的臨空面不利組合與臨空面切割形成，圍巖的局部失穩(wěn)，在Ⅱ、Ⅲ類巖體中較為常見。

在主洞室5進(jìn)入第四層（底層）右邊墻樁號(hào)0+420m處開挖時(shí)，右邊墻出現(xiàn)了巖體滑塌。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，主洞室5右邊墻滑塌高度延伸至洞室右邊墻一層底板附近，塌方區(qū)域平均高約20m~25m，寬約20m~50m，深度約在2m~7m，塌方區(qū)總體上部深下部淺，呈倒三角體，滑塌方量約3000m3。

在主洞室5施工開挖時(shí)，第四層開挖采用邊墻兩側(cè)留保護(hù)層預(yù)裂爆破法施工。在樁號(hào)0+420m~0+600m段第四層預(yù)裂爆破開挖后，兩側(cè)邊墻按要求需要各留2m寬保護(hù)層，但由于開挖成型控制不好，底層僅保留了少量三角體；在施工單位對(duì)該段洞室右邊墻底部的三角體保護(hù)層進(jìn)行爆破開挖，爆破出渣2h后，右邊墻出現(xiàn)巖體滑塌。塌方處滑塌地質(zhì)模型如圖1所示。

圖1 主洞室5樁號(hào)0+420m處塌方地質(zhì)模型圖

表1 施工勘察與前期勘察揭露地質(zhì)構(gòu)造情況

塌方段巖體主要為燕山一期微風(fēng)化片麻狀花崗巖，灰白色，節(jié)理稍發(fā)育，巖體較破碎~較完整，洞室圍巖等級(jí)主要為Ⅲ級(jí)（局部II級(jí)），巖體基本質(zhì)量一般~較好，根據(jù)前期詳勘及周邊洞室實(shí)際開挖揭露情況，該段圍巖并無斷層、破碎帶、蝕變帶或節(jié)理裂隙密集帶等不良地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育。

塌方區(qū)巖體主要是受三組結(jié)構(gòu)面切割形成不穩(wěn)定塊體，在第四層開挖后，隱伏結(jié)構(gòu)面揭露出來，形成臨空面，沿隱伏結(jié)構(gòu)面出現(xiàn)滑塌，塌方段結(jié)構(gòu)面組合切割形成滑落體地質(zhì)因素模型如圖2所示。

圖2 滑塌地質(zhì)因素分析模型

該段巖體內(nèi)發(fā)育的結(jié)構(gòu)面主要有三組，編號(hào)分別為J1、J2和J3，其總體產(chǎn)狀及結(jié)構(gòu)面特征如下。

結(jié)構(gòu)面J1：走向SE180°，傾向NE90°，傾角50°~53°，節(jié)理面平直，隙寬1mm~3mm，節(jié)理面局部輕微蝕變，間距一般10cm~30cm，跡長(zhǎng)大于30m，為主洞室四層內(nèi)的隱伏結(jié)構(gòu)面，在主洞室右邊墻二層、三層開挖過程中，并未顯現(xiàn)，第四層開挖后揭露，是造成洞室右邊墻出現(xiàn)滑塌的主要結(jié)構(gòu)面；

結(jié)構(gòu)面J2：走向SW220°~230°，傾向NW310°~320°，傾角70°~80°，平直，閉合，間距一般20cm~40cm，局部密集發(fā)育，跡長(zhǎng)10m~15m，在主洞室右邊墻有揭露；

結(jié)構(gòu)面J3：走向SW240°~250°，傾向SW150°~160°，傾角65°~70°，平直，閉合，間距一般10cm~20cm，跡長(zhǎng)8m~10m，在主洞室右邊墻有揭露。

在5#主洞室右邊墻第二、三層開挖過程中，結(jié)構(gòu)面J1隱伏于右邊墻巖體內(nèi)，并未揭露。第四層開挖后，揭露出隱伏結(jié)構(gòu)面J1，其與結(jié)構(gòu)面J2、J3相切割形成不穩(wěn)定巖石塊體。在第二、三層開挖過程中，該塊體隱伏于右邊墻，不存在臨空面，不容易出現(xiàn)滑移，在第四層開挖完成后，形成了臨空面，洞室右邊墻爆破和出渣后，該塊體沿結(jié)構(gòu)面J1發(fā)生滑動(dòng)，進(jìn)而引起周圍巖體塌方。當(dāng)然，本次滑塌與施工開挖措施也有一定的關(guān)系。

5 塌方段處理措施

（1）對(duì)滑塌區(qū)兩側(cè)周圍巖體進(jìn)行加固加強(qiáng)支護(hù)：主要是對(duì)周圍存在不穩(wěn)定塊體巖體增加了Φ28,L=12000mm系統(tǒng)錨桿和滑塌邊界鎖口錨桿。

（2）塌腔部位的處理方案：采取回填混凝土封堵塌腔，主要為分倉(cāng)澆筑混凝土，分層逐級(jí)加高的方案，施工過程中主要為安裝和拆卸模板時(shí)需要人員在周邊作業(yè)，考慮施工安全，混凝土采用天泵澆筑到各個(gè)部位，天泵布置在安全區(qū)域泵送混凝土?；靥罨炷凉卜?4層澆筑，沿主洞室軸線方向最大澆筑長(zhǎng)度為62.5m（第1層），最小澆筑長(zhǎng)度為20m（第14層），第一層厚度3.1m，以上各層厚度為1.8m，最大高度為26.5m。沿垂直與主洞室軸線方向最大澆筑寬度為20m（第1層）。每層外側(cè)各項(xiàng)布置臺(tái)階，臺(tái)階寬度根據(jù)覆蓋整個(gè)滑塌區(qū)域和模板安裝的要求確定，且不小于1m。

滑塌段回填處理及支護(hù)后，根據(jù)該區(qū)域監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，無異常，后續(xù)施工也未再出現(xiàn)類似情況。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，地下水封洞庫(kù)施工有一定的地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)，容易在高直墻施工過程中產(chǎn)生塌方等情況，嚴(yán)重影響工程的順利進(jìn)行。本文通過分析某地下洞庫(kù)的各類地質(zhì)因素以及工程特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際情況采取相應(yīng)的支護(hù)措施，改善了該洞庫(kù)的施工情況，幫助地下洞庫(kù)工程穩(wěn)步推進(jìn)，為后續(xù)的工程提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，也給地下水封洞庫(kù)的施工提供了技術(shù)參考。