引水隧洞斷裂地質(zhì)缺陷分析及工程應(yīng)對策略

占 艷 平，林 仕 祥，劉 恒

(長江設(shè)計集團 長江巖土工程有限公司，湖北 武漢 430010)

0 引 言

許多在建或已建工程，如引大濟湟[1]、滇中引水[2]等工程顯示，穿越大型斷裂(斷層)破碎帶的隧洞段往往是隧洞工程施工與運行的安全隱患段，常常導(dǎo)致工期延誤，投資增加，甚至造成重大人員傷亡。因此，穿越大的斷裂(斷層)破碎帶的隧洞工程往往是勘察、設(shè)計、施工研究的重點和熱點，如滇中引水工程香爐山隧洞穿越芹菜塘斷裂[3]、引大濟湟引水隧洞穿越大坂山北緣斷裂、大坂山南緣斷裂等多條區(qū)域性斷裂[4]等。研究大型斷裂(斷層)破碎帶的工程地質(zhì)特性及其對隧洞工程的影響，提出具有針對性的應(yīng)對策略意義重大。

正在建設(shè)中的十堰市中心城區(qū)水資源配置工程的主線引水隧洞(2號隧洞)穿越竹山斷裂洞段是制約該工程進度與投資的關(guān)鍵地段。目前，公開發(fā)表的工程技術(shù)文獻，除了前人編制的區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告對竹山斷裂做了一般基礎(chǔ)性描述外[5]，尚未發(fā)現(xiàn)對竹山斷裂工程地質(zhì)特性研究的專門性研究成果。隨著水利、交通[6]、市政等行業(yè)工程建設(shè)的發(fā)展，越來越多工程建設(shè)正在或?qū)⒁婕暗街裆綌嗔眩冶懿婚_該斷裂的影響。因此，開展竹山斷裂專項工程地質(zhì)特性研究，對當?shù)毓こ探ㄔO(shè)同樣具有重要的現(xiàn)實意義。

本文利用2號隧洞穿越竹山斷裂段前期地質(zhì)勘察、試驗(測試)資料及臨時工程1號施工支洞施工編錄地質(zhì)資料，分析了該斷裂的地質(zhì)條件，研究工程應(yīng)對策略，提出了解決2號隧洞穿越竹山斷裂段地質(zhì)缺陷的工程措施。研究成果對類似工程的建設(shè)具有一定的參考價值。

1 工程概況

十堰市中心城區(qū)水資源配置工程為引水線路工程，該工程位于鄂西北的十堰市城區(qū)西南側(cè)，自竹山縣境內(nèi)的潘口水庫取水口，途徑竹山縣的傅家坪村，房縣的化口村、大木村，茅箭區(qū)的賽武當風景區(qū)，引水至馬家河水庫，引水線路整體沿東北向展布。引水干線以隧道輸水為主，全長68.984 km，包含倒虹吸4座，總長1.782 km，暗涵1處，總長0.201 km，隧洞5條，總長67.007 km，引水底板高程327.50～310.92 m。

引水線路穿越志留系的軟巖區(qū)、賽武當?shù)母叩貞?yīng)力區(qū)；志留系軟巖區(qū)斷層和煤系地層發(fā)育[7]，地下水豐富，其中區(qū)域性大斷裂——竹山斷裂通過志留系軟巖區(qū)。工程區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，施工風險高。設(shè)計的2號隧洞(干線隧洞)和1號施工支洞(臨時工程)穿過竹山斷裂。2號隧洞過竹山斷裂的樁號為K8+200～K9+030，竹山斷裂帶走向與洞軸線夾角約59°，洞身埋深64～156 m，設(shè)計開挖斷面為城門洞型，開挖尺寸3.5 m×4.0 m(寬×高)，洞室底板高程325.0～324.4 m，尚未施工；1號施工支洞于樁號K0+189～K0+235.4穿越竹山斷裂，開挖斷面為城門洞型，開挖尺寸3.8 m×4.5 m(寬×高)，已完成開挖支護施工。2號隧洞過竹山斷裂洞段被列為前期工程勘察和施工期地質(zhì)服務(wù)工作的重難點。前期勘察采用了綜合勘察手段，獲得了豐富的第一手資料；1號施工支洞洞挖揭露的地質(zhì)情況與變形監(jiān)測數(shù)據(jù)進一步校證了前期勘察成果，為分析竹山斷裂工程地質(zhì)缺陷，制定隧洞通過竹山斷裂段的工程應(yīng)對策略提供了充足的依據(jù)。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

干線2號隧洞過竹山斷裂段位于竹山縣城東側(cè)低山-丘陵地貌區(qū)，沿線地面高程390～527 m，山體斜坡坡度20°～40°，地形起伏較大(見圖1)。

竹山斷裂分布于七里溝及其左側(cè)斜坡，大致沿沖溝走向NWW方向延伸。七里溝為堵河的支溝，溝底坡降25‰，溝底寬80～120 m，地面高程390～408 m，坡度3°～10°，溝底地形寬緩；沖溝兩側(cè)斜坡坡度一般20°～38°；溝兩側(cè)小沖溝發(fā)育，小沖溝切深20～85 m，延伸長度一般小于1 km。麻安高速公路沿七里溝通過。

2.2 地層巖性

研究區(qū)基巖為志留系下統(tǒng)梅子埡組(S1m)，第四系覆蓋層主要為全新統(tǒng)坡洪積層(Q4dl+pl)。

志留系下統(tǒng)梅子埡組(S1m)：巖性主要為灰色薄層-中厚層狀粉砂質(zhì)千枚巖夾絹云母千枚巖，風化色為黃褐色、灰黃色，為軟質(zhì)巖[8]。巖層厚度大于200 m，區(qū)內(nèi)斜坡上露頭較好。

全新統(tǒng)坡洪積層(Q4dl+pl)：為含碎、塊石粉質(zhì)黏土，厚度2.0～6.5 m，主要分布于七里溝溝底平緩地帶。

2.3 水文地質(zhì)

地表水系主要由七里溝和兩側(cè)支溝組成。七里溝常年有水，枯水季節(jié)溝水流量約1 L/s，其兩側(cè)小沖溝溝內(nèi)僅有季節(jié)性水流。

地下水類型主要為基巖裂隙水，其次為第四系孔隙水?；鶐r裂隙水分布不均一，主要賦存于斷層及其影響帶破碎巖體中。竹山斷裂破碎帶及其影響帶巖體裂隙發(fā)育，是裂隙水富集區(qū)。區(qū)內(nèi)基巖裂隙水主要受大氣降水和徑流上游地下水補給，向沖溝和徑流下游排泄。第四系孔隙水主要賦存于全新統(tǒng)坡洪積層含碎、塊石粉質(zhì)黏土中，一般以上層滯水[9]的形式存在，另在竹山斷裂破碎帶的斷層泥條帶或團塊中亦賦存有少量孔隙水。

基于現(xiàn)場和室內(nèi)滲透試驗成果，結(jié)合工程經(jīng)驗提出不同水文地質(zhì)單元的透水性：微新巖體一般具極微-弱透水性(K=i×10-7～i×10-5cm/s，其中1≤i<10，K為滲透系數(shù)，下同)；斷層破碎帶及其影響帶一般具中等透水性(K=i×10-3cm/s)，局部具強透水性；全新統(tǒng)坡洪積層中的含碎、塊石粉質(zhì)黏土一般具微透水性(K=i×10-6cm/s)。

2.4 地質(zhì)構(gòu)造

研究區(qū)內(nèi)地層產(chǎn)狀總體為340°～356°∠35°～45°，巖層走向與洞軸線夾角約20°。局部由于構(gòu)造原因產(chǎn)狀有所變化。

基巖裂隙較發(fā)育，特別是斷層影響帶裂隙一般密集發(fā)育[10]。區(qū)內(nèi)裂隙大都為構(gòu)造裂隙，少量為卸荷裂隙，卸荷裂隙主要分布于地表部巖體中。

竹山斷裂為區(qū)域性大斷裂，位于西南部，走向NW，總體表現(xiàn)為由NE→SW的逆沖性質(zhì)，常造成地層的缺失并破壞兩側(cè)褶皺的完整性。斷裂面呈舒緩波狀，區(qū)域?qū)?0～1 000 m不等。主體傾向北東，走向290°～310°，傾角30°～70°。研究區(qū)內(nèi)竹山斷裂由F6(南支)和F7(北支)兩條分支斷層組成。其中F6斷層位于麻安高速(G4213)SW側(cè)約550 m，F(xiàn)7斷層位于麻安高速NE側(cè)約30～95 m。DZK2鉆孔于孔深44.7～126.3 m揭露F6斷層破碎帶，DZK3鉆孔于孔深26.6～92.3 m揭露F7斷層破碎帶。F6和F7斷層工程地質(zhì)特性詳見表1。斷層帶巖芯普遍軟弱、破碎，含石英脈，局部夾含斷層泥[11]，局部含泥量增大構(gòu)成斷層泥條帶(或團塊)，鉛直厚度達2.4 m(DZK2鉆孔揭露孔深79.4～81.8 m)。

表1 F6和F7斷層工程地質(zhì)特性Tab.1 Engineering geological properties of F6 and F7 faults

2.5 巖石(體)物理力學(xué)性質(zhì)

對區(qū)內(nèi)巖石取樣進行了室內(nèi)物理力學(xué)性質(zhì)試驗，試驗成果統(tǒng)計列于表2。

表2 研究區(qū)巖石物理力學(xué)性質(zhì)試驗成果統(tǒng)計Tab.2 Statistics of test results of main rock’s physical and mechanical properties in the study area

根據(jù)巖石物理力學(xué)性質(zhì)試驗成果，結(jié)合工程經(jīng)驗，提出各類巖石(體)的物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)建議值(見表3)。

表3 研究區(qū)主要巖石(體)物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)建議值Tab.3 Recommended values of physical and mechanical parameters of main rocks

根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)鑒定，竹山斷裂斷層泥屬粉質(zhì)黏土類或黏土類，呈可塑狀，較濕。借鑒工程經(jīng)驗，提出斷層泥的物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)建議值：天然重度約為19.7 kN/m3；天然抗剪強度c為8～10 kPa，φ為10°～13°。

3 竹山斷裂地質(zhì)缺陷分析

沿干線隧洞軸線，竹山斷裂影響范圍包括F6和F7兩條分支斷層及其上、下盤影響帶(見圖2)，斷層破碎帶及影響帶巖體軟弱、破碎。其中F6斷層及影響帶厚約73.9 m，沿洞軸線寬約100 m；F7斷層及影響帶厚約134.4 m，沿洞軸線寬約159.7 m，其影響范圍大。預(yù)測其影響范圍內(nèi)隧洞圍巖類別為Ⅴ類，極不穩(wěn)定，存在塑性大變形[12]、坍塌、涌水突泥[13]問題，需加強工程處理措施，采取超前支護措施[14]，勢必會增加工期和工程量?？偨Y(jié)竹山斷裂主要有3大地質(zhì)缺陷：① 斷裂帶物質(zhì)組成復(fù)雜；② 斷裂帶巖性軟弱、破碎；③ 破碎帶含水豐富。

(1) 斷層及其影響帶物質(zhì)組成復(fù)雜，加大了洞室超前地質(zhì)預(yù)報的難度，增加了施工風險。根據(jù)前期野外調(diào)查、鉆孔揭示及施工期1號施工支洞開挖揭露，竹山斷裂分支斷層及其影響帶主要由破碎巖體和斷層泥條帶或團塊組成，各類組成物質(zhì)分布規(guī)律性差。其中影響帶主要為破碎巖體，斷層泥較少。破碎巖體根據(jù)巖類可分為粉砂質(zhì)千枚巖類和絹云母千枚巖類，根據(jù)完整程度又可分為較破碎類和破碎類[8]。斷層泥分布無規(guī)律，呈條帶狀或團塊狀，隨機分布，規(guī)模大小不一，大的厚度超過1 m，長度超過6 m，小的厚約數(shù)厘米，長數(shù)十厘米。根據(jù)土類分類，斷層泥可分為黏土類、粉質(zhì)黏土類[15]等。由此可見斷層及其影響帶物質(zhì)組成復(fù)雜，而且物質(zhì)組成有其自身相對獨有的特點：組成物質(zhì)主要為破碎巖體和斷層泥，斷層泥分布無規(guī)律，局部斷層泥條帶或團塊分布規(guī)模比較大。這樣加大了洞室超前地質(zhì)預(yù)報的難度，增加了施工風險。

(2) 斷層及其影響帶物質(zhì)軟弱、破碎，洞挖時極易產(chǎn)生塑性大變形。斷層及其影響帶主要由破碎巖體和斷層泥條帶或團塊組成，其中破碎巖體巖性為粉砂質(zhì)千枚巖、絹云母千枚巖，巖性軟弱；其呈碎裂狀，受裂隙切割，巖石塊度僅數(shù)厘米到十余厘米，巖體較破碎-破碎。組成物質(zhì)中破碎巖體巖性軟弱，斷層泥為可塑狀黏性土，其性狀極其軟弱，該類斷層工程上較為少見。破碎巖體組成的洞室圍巖極不穩(wěn)定[16]，圍巖易產(chǎn)生塑性大變形；斷層泥條帶或團塊組成的洞室圍巖極易產(chǎn)生塑性大變形。

(3) 斷層及影響帶含水豐富，高地下水壓力下易產(chǎn)生突泥現(xiàn)象。竹山斷裂中分支斷層(F6和F7)及其影響帶巖體破碎，巖體透水性較強，根據(jù)現(xiàn)場滲透試驗成果，斷層及其影響帶一般具中等透水性(K=i×10-3cm/s)，局部具強透水性。斷層及影響帶內(nèi)地下水位為365.5～370.5 m，埋深為數(shù)米，高于隧洞底板約65～90 m。竹山斷裂中斷層及影響帶含水豐富，是有一定規(guī)模的富水體，亦是地下水徑流的主要通道[17]。分別采用裘布依理論公式和古德曼經(jīng)驗公式[18]對施工期主洞中正常涌水量和施工初期最大涌水量進行預(yù)測[19]。竹山斷裂分支斷層F6及其影響帶施工期正常涌水量和施工初期最大涌水量分別為10.6 m3/h和178.3 m3/h；分支斷層F7及其影響帶施工期正常涌水量和施工初期最大涌水量分別為9.8 m3/h 和254.1 m3/h。斷層及影響帶含水豐富，為涌水突泥提供了補給水源，在高地下水壓力下產(chǎn)生突泥現(xiàn)象。不過該水源僅是斷層及影響帶內(nèi)自身賦存的地下水，水量有限，突泥規(guī)模有限。

4 1號施工支洞過竹山斷裂段工程建設(shè)經(jīng)驗

4.1 洞室工程地質(zhì)條件及圍巖穩(wěn)定性評價

1號施工支洞穿過竹山斷裂分支斷層F6，穿越段洞身埋深77～101 m，圍巖濕潤。F6斷層破碎帶物質(zhì)主要為斷層泥條帶和團塊(見圖3)斷層帶寬約46 m；斷層兩側(cè)影響帶寬7～12 m，巖性為粉砂質(zhì)千枚巖和絹云母千枚巖，影響帶內(nèi)巖體較破碎-破碎。F6斷層破碎帶及其兩側(cè)影響帶工程特性差，特別是斷層破碎帶部位圍巖穩(wěn)定性極差，基本無自穩(wěn)能力。綜合分析，1號施工支洞過竹山斷裂段洞室圍巖類別為Ⅴ類。

4.2 洞室開挖支護措施

該洞段成洞后不久就產(chǎn)生了較大變形。洞室開挖支護措施主要為：① 首先利用超前物探技術(shù)探測掌子面前方的地質(zhì)情況；② 采用注漿小導(dǎo)管對掌子面前洞頂圍巖進行超前支護；③ 采用上、下臺階法進行開挖和支護，機械開挖方法能用即用，嚴格控制單循環(huán)開挖進尺，并及時支護；④ 初期支護措施為系統(tǒng)錨桿+鋼筋網(wǎng)+鋼拱架(間距1 m)+噴射混凝土；⑤ 支護完成后，立即設(shè)置變形觀測點對洞室進行變形監(jiān)測。

4.3 洞室變形破壞特征及工程影響評價

過竹山斷裂洞段的支護施工完成后不久，變形監(jiān)測發(fā)現(xiàn)過斷裂段洞室變形較嚴重：2021年4月10日發(fā)現(xiàn)樁號K0+190～K0+235段洞室左壁中部鼓脹，在支護結(jié)構(gòu)表面出現(xiàn)張開度約1 cm的縱向變形裂縫，右壁中部鼓脹不明顯，但可見張開度為數(shù)毫米的縱向變形裂縫，另見少量橫向和斜向裂縫；至4月16日縱向變形裂縫進一步延伸至樁號K0+182～K0+246，洞室左壁中部鼓脹變大，變形裂縫張開度增大至2～3 cm。洞室左、右壁中部鼓脹部位正好位于上、下部支護結(jié)構(gòu)的連接處，鋼拱架兩側(cè)直立段上、下分部連接處可見明顯彎折變形。洞室收斂變形6 d內(nèi)最大達30 mm，此后幾天洞室收斂變形不斷發(fā)展，變形范圍進一步擴大，變形量不斷增大。

收斂變形后洞室的橫斷面尺寸縮小，不能滿足洞室設(shè)計尺寸的要求，造成侵限。如果不及時采取工程措施控制洞室變形，任由變形發(fā)展，勢必會使洞室變形不斷加大，直至洞室坍塌。

4.4 洞室變形處理措施及處理效果

鑒于K0+182～K0+246段洞室變形在不斷發(fā)展，為防止洞室大變形，甚至坍塌，并解決“侵限”問題，經(jīng)業(yè)主、設(shè)計、監(jiān)理和施工四方共同討論確定變形處理方案：逐根拆裝鋼拱架，重新安裝的鋼拱架間距由原來的1.0 m縮小至0.5～0.8 m，其中K0+189～K0+235.4段(斷層泥為主的洞段)鋼拱架間距縮小至原來的一半(0.5 m)，K0+181～K0+189和K0+235.4～K0+247.7兩段(破碎巖體為主的洞段)鋼拱架間距縮小至0.8 m；洞室直立側(cè)壁由原來上、下兩小段工字鋼相接改為整根工字鋼；鋼拱架兩側(cè)底腳進入基巖并采用工字鋼橫撐連接，及時硬化洞室底板。2021年4月20日開始對洞室變形進行工程處理。變形處理后定期進行變形監(jiān)測，經(jīng)半年多的變形監(jiān)測成果顯示，1號施工支洞過竹山斷裂段洞室變形得到了有效的控制。

4.5 工程建設(shè)經(jīng)驗總結(jié)

1號施工支洞過竹山斷裂段洞室變形處理過程，可作為2號隧洞過竹山斷裂前的一次生產(chǎn)性試驗。施工中積累了豐富的經(jīng)驗和深刻的教訓(xùn)，主要經(jīng)驗和教訓(xùn)總結(jié)如下：

(1) 在1號施工支洞過竹山斷裂的隧洞工程施工中，無論從施工技術(shù)，還是人力、物力上，均沒有考慮對竹山斷裂地質(zhì)缺陷可能導(dǎo)致的工程安全隱患采取有針對性的應(yīng)對措施。

(2) 施工中超前勘探手段單一，僅采用的超前物探手段，應(yīng)對復(fù)雜的地質(zhì)條件具有明顯的局限性，難以準確地探測出斷層的位置和特性。為準確查明掌子面前方的地質(zhì)情況，應(yīng)進行精細化勘察。配合超前物探，采用超前鉆探手段查明掌子面前方的地質(zhì)情況是必然選擇。

(3) 施工中嚴格控制單循環(huán)開挖進尺，并及時支護，使得施工時未出現(xiàn)大的掉塊和塌方。說明控制好單循環(huán)進尺能有效地提高圍巖臨時自穩(wěn)能力，有力地保證初期支護的施工安全。

(4) 圍巖支護措施與施工存在的主要問題有：鋼拱架兩側(cè)直立段上、下分部連接處為施工控制的薄弱點，在圍巖壓力作用下易向洞室內(nèi)彎折變形，導(dǎo)致洞室左、右兩壁中部鼓脹；鋼拱架底腳未落實，底腳懸空或坐落在虛土上；洞底保護不到位，導(dǎo)致運渣車、反鏟挖機等機械碾壓洞底形成較深水坑，影響支護結(jié)構(gòu)的支護效果，危及洞室安全；與鋼拱架連接的錨桿的錨固力未達到設(shè)計要求。出現(xiàn)上述問題的主要原因在于，圍巖支護措施未充分考慮復(fù)雜的地質(zhì)條件和圍巖軟弱破碎情況，施工過程中又未予以高度重視。因此，在施工中，業(yè)主、監(jiān)理和施工方應(yīng)加強施工管理，進行信息化施工，加大施工質(zhì)量的管控力度。

(5) 針對不同特性的物質(zhì)成分組成的圍巖采用不同的支護措施，進行精細化工程處理。對于組成物質(zhì)以黏性土(斷層泥)為主的圍巖，注漿小導(dǎo)管超前支護效果較差，施工中經(jīng)常產(chǎn)生掉塊和塌方，建議采用管棚進行超前支護。

(6) 應(yīng)在充分論證圍巖工程地質(zhì)特性的基礎(chǔ)上，科學(xué)設(shè)置鋼拱架間距，以控制圍巖變形，提高圍巖穩(wěn)定性。

(7) 變形監(jiān)測對于確保工程施工安全、工程保質(zhì)保量順利實施具有重要作用。利用變形監(jiān)測數(shù)據(jù)可及時了解洞室變形情況、變形趨勢、洞室穩(wěn)定性，以便對可能出現(xiàn)的施工安全隱患和施工質(zhì)量問題采取針對性的處理措施。

5 工程應(yīng)對策略探討

根據(jù)竹山斷裂地質(zhì)缺陷，借鑒該工程中1號施工支洞過竹山斷裂的工程建設(shè)經(jīng)驗，提出2號隧洞穿過竹山斷裂的工程應(yīng)對策略總的原則是：先查后治，變形監(jiān)測；周密策劃，穩(wěn)妥施工[20]。應(yīng)對策略具體技術(shù)路線為：應(yīng)用“精細化”工程技術(shù)理念，制定經(jīng)濟合理、技術(shù)可行的隧洞開挖、支護方案；采用綜合勘察手段，開展精細化超前地質(zhì)預(yù)報工作；研究精細化施工處理措施，及時調(diào)整隧洞開挖、支護方案；按照確定的隧洞開挖、支護方案，開展隧洞施工工作；加強洞身變形監(jiān)測，根據(jù)施工揭露的地質(zhì)情況及時進行設(shè)計變更。

5.1 應(yīng)用“精細化”工程技術(shù)理念，制定經(jīng)濟合理、技術(shù)可行的隧洞開挖、支護方案

針對竹山斷裂的地質(zhì)缺陷，應(yīng)用“精細化”工程技術(shù)理念，制定經(jīng)濟合理、技術(shù)可行的隧洞開挖、支護方案，并組織有經(jīng)驗的專家對方案的可行性進行論證：

(1) 預(yù)先配置相應(yīng)抽水能力的抽水設(shè)備，應(yīng)對可能出現(xiàn)的涌水問題。

(2) 開挖前實施超前支護，對不同的圍巖條件采取不同的超前支護措施，即實施精細化超前支護：對地質(zhì)條件相對較差的以斷層泥為主的洞段，采用管棚[21]進行超前支護，管棚間距可適當加密；對于地質(zhì)條件相對較好的以破碎巖體為主的洞段，可采用超前注漿小導(dǎo)管[22]進行超前支護。

(3) 洞內(nèi)開挖采用機械開挖方式，不宜采用鉆爆法。

(4) 洞內(nèi)初期支護采用系統(tǒng)錨桿+鋼筋網(wǎng)+鋼拱架+噴射混凝土進行強支護[23]。鋼拱架間距根據(jù)圍巖情況確定，力求精細化，一般為0.5～0.8 m，比原設(shè)計鋼拱架間距有所縮小；圍巖地質(zhì)條件相對較差的洞段，即以斷層泥為主的洞段，鋼拱架間距取小值，以破碎巖體為主的洞段，鋼拱架間距取大值。

(5) 二襯采用鋼筋混凝土進行強支護。

5.2 采用綜合勘察手段，開展精細化超前地質(zhì)預(yù)報工作

受到地下巖體地質(zhì)條件復(fù)雜性和相對不均一性的限制，以及受到經(jīng)濟、技術(shù)局限性制約，前期勘察工作很難查清地下微觀巖體地質(zhì)條件，甚至局部宏觀巖體地質(zhì)條件亦難以查清。而隧洞工程對微觀巖體地質(zhì)條件十分敏感，要求查清掌子面前方每一處的工程地質(zhì)條件，即進行精細化勘察，及時對圍巖的穩(wěn)定性及圍巖類型進行判斷，并對掌子面前方的圍巖地質(zhì)條件進行分段，以便及時對不同性質(zhì)、不同規(guī)模、不同程度[24]的工程地質(zhì)問題采取相應(yīng)的處理措施，使工程處理精細化，避免大的地質(zhì)災(zāi)害的產(chǎn)生。

竹山斷裂具有3大地質(zhì)缺陷：斷層及其影響帶物質(zhì)組成復(fù)雜，物質(zhì)軟弱、破碎，且為富水地質(zhì)體，其所在洞段地質(zhì)條件極其復(fù)雜和不均一，為了詳細查清隧洞掌子面前方的地質(zhì)條件，可采用綜合勘察手段(包括地質(zhì)分析法、超前物探法和超前水平鉆孔法)，開展精細化超前地質(zhì)預(yù)報工作[25]。首先采用超前物探法大致探查出掌子面前方的物性異常情況，初步預(yù)測竹山斷裂的分布位置及物質(zhì)組成，以及地下水情況，再在超前物探的基礎(chǔ)上采用超前水平鉆孔法[26]，精準探查出掌子面前方的地質(zhì)情況。及時收集分析前期及施工期地質(zhì)資料，包括前期勘察成果、物探成果、試驗成果和施工期地表調(diào)查、洞內(nèi)地質(zhì)勘查、地質(zhì)編錄、風鉆孔探測等資料，了解掌子面前方洞段的地質(zhì)條件。超前物探法可采用地震波法(適用于長距離探測，常用的有TSP)、地質(zhì)雷達法[27](適用于短距離探測)和紅外線探水儀法，實際超前探測中可采用長距離和短距離探測相結(jié)合進行，大致探測掌子面前方洞段的地質(zhì)條件；超前水平鉆孔法系通過鉆取掌子面前方地質(zhì)體的巖芯，直接地、準確地探測掌子面前方地質(zhì)情況。通過采取綜合勘察手段進行超前勘查，對竹山斷裂所在洞段進行實時超前地質(zhì)預(yù)報，并提出精細化工程處理措施建議。

5.3 研究精細化施工處理措施，及時調(diào)整隧洞開挖、支護方案

應(yīng)充分利用超前地質(zhì)預(yù)報成果，研究精細化施工處理措施，及時調(diào)整隧洞開挖、支護方案，以使施工方案更加經(jīng)濟、合理、安全。調(diào)整方案需做好以下幾點：

(1) 就前期對掌子面前方圍巖工程地質(zhì)分段的預(yù)判進行調(diào)整，使工程地質(zhì)分段更加精細化。圍巖工程地質(zhì)分段的預(yù)判包括分段的段數(shù)、分段的范圍，以及分段的圍巖地質(zhì)特征、主要工程地質(zhì)問題和類別。

(2) 根據(jù)調(diào)整后的掌子面前方圍巖工程地質(zhì)分段的預(yù)判結(jié)果，研究精細化工程處理措施，相應(yīng)對掌子面前方圍巖的工程處理措施進行調(diào)整。對工程處理進行精細化分段，應(yīng)確定分段的段數(shù)，每個分段的范圍和對每個分段圍巖需采取的具體的工程處理措施。

(3) 進一步對與工程處理措施相關(guān)的工藝、工序、工法和施工組織進行相應(yīng)調(diào)整。

(4) 工程處理措施的調(diào)整應(yīng)符合設(shè)計要求。

5.4 按照確定的隧洞開挖、支護方案，開展隧洞施工工作

在對竹山斷裂所在洞段進行掘進施工時，應(yīng)按照確定的隧洞開挖、支護方案，開展隧洞施工工作，杜絕馬虎大意和偷工減料。施工單位應(yīng)該安排工法熟練、有經(jīng)驗的施工隊伍，配備經(jīng)驗豐富的專業(yè)技術(shù)人員和充足的設(shè)備、器材；監(jiān)理單位應(yīng)認真履行自己的監(jiān)督管理職責；業(yè)主單位應(yīng)從資金、物質(zhì)、協(xié)調(diào)等方面大力給與支持。施工時需注意如下幾點：

(1) 隧洞開挖后及時進行支護，開挖一個循環(huán)進尺就支護一個循環(huán)進尺，禁止連續(xù)開挖兩個及以上的循環(huán)進尺再進行支護。

(2) 管棚施工中應(yīng)按從試驗注漿獲取的施工參數(shù)(包括水泥漿的水灰比、注漿壓力等)進行注漿施工。

(3) 做好施工記錄。

(4) 如果施工中出現(xiàn)異常情況，如施工前預(yù)測的掌子面前方的地質(zhì)情況與實際開挖揭露的有一定出入、一些支護措施未達到預(yù)期效果等，應(yīng)及時分析研究，可對施工方案進行微調(diào)，以使施工效果達到最佳。

5.5 加強洞身變形監(jiān)測

變形監(jiān)測是工程建設(shè)必不可少的重要環(huán)節(jié)。變形監(jiān)測是工程的“眼睛”，洞身收斂變形量及變形趨勢一般是肉眼看不出來的，但可通過專業(yè)的變形監(jiān)測設(shè)備定期進行測量得出。竹山斷裂所在洞段地質(zhì)條件復(fù)雜，為地質(zhì)災(zāi)害風險極高的地段，應(yīng)加強洞身的收斂變形監(jiān)測，特別是斷層泥條帶、團塊分布較多的洞段，應(yīng)加密變形監(jiān)測點或斷面，以起到檢驗工程處理的效果和安全預(yù)防作用。

6 結(jié) 語

通過對竹山斷裂地質(zhì)缺陷的深入分析，并借鑒已完工的穿越竹山斷裂的隧洞工程建設(shè)經(jīng)驗，總結(jié)出有針對性的隧洞穿越竹山斷裂的工程應(yīng)對策略。在分析研究過程中，充分利用施工期間揭露出的地質(zhì)情況，不斷修正和完善前期地質(zhì)勘察成果，為竹山斷裂地質(zhì)缺陷的分析提供了可靠的依據(jù)；已完工隧洞的工程建設(shè)經(jīng)驗為隧洞穿越斷裂的工程應(yīng)對策略的制定提供了強有力的技術(shù)保障。在工程應(yīng)對策略中，創(chuàng)新性提出了精細化勘察、精細化工程處理等“精細化”工程技術(shù)理念。本文分析研究的過程和成果，特別是“精細化”工程技術(shù)理念，對類似工程的建設(shè)有很好的借鑒參考作用，對其他一般工程建設(shè)也有一定啟發(fā)作用。