下坂地引水洞施工中的巖爆與地下水問題處理研究

韓 冬

(新疆下坂地水利樞紐工程建設管理局，新疆喀什844000)

下坂地水利工程在2011年完成建設，并投入運行，引水洞是引水建筑物的主要部分，洞長是4 584 m，進口底板高度是2 905 m，設計的最大流量是每秒89.56 m3，最大的埋藏深度是1 300 m左右。沿途穿越了地層巖性為元古界閃黑云二長片麻巖及華力西期的片麻狀黑云斜長花崗巖，整個山體都比較雄壯。由于引水洞洞線埋深比較大，因此經常容易發生巖爆，地下水問題也時有發生，排水困難，對于整個工程施工建造來說產生了很大的阻礙和影響。

1 工程區地質條件

下坂地水利工程是位于喀喇昆侖山的峽谷地區，工程旁邊的河流寬度大概是在200以上，河床的高度超過了2 700 m，兩岸的山峰高度也超過了4 000 m以上，這里地勢險峻，植物稀少。下坂地沿途穿越了地層巖性為元古界閃黑云二長片麻巖及華力西期的片麻狀黑云斜長花崗巖，整個山體都比較雄壯。在引水洞中，中段層不發育，斷層的寬度一般是在1～25 cm，最大的寬度竟然達到了150 cm左右，里面填充有裂巖石、巖石碎屑、泥沙等物質，但是總體結構還是比較嚴密的。在這里個別斷層的寬度甚至達到了十幾米左右，最大的一個斷層寬度為12.5 m。在下坂地施工過程中通過對引水洞進行施工挖掘，我們發現其中大小斷層有將近90個，其中規模比較大的就有3個，由于受到滲水的影響，因此段層的穩定性較差。

2 引水洞主要的工程地質問題

2.1 巖爆問題

2.1.1 前期勘察階段對巖爆的預測

引水洞發生巖爆主要和地應力有很大的關系，初期在勘察過程中，我們發下引水洞進口處的最大水平主應力是5.0～7.8 MPa，最小的水平主應力是3.5～4.0 MPa，隨著引水洞勘察深度的增加，應力強度就越大，出口段的最大水平主應力是8.0～10.0 MPa，最小的水平主應力是5.0～7.1 MPa，最大的主應力方位角度是 260°～300°，平均水平為269.2°。因此通過前期的勘測以后，發現引水洞的埋深超過55 0m的洞段時，就會產生輕度巖爆，而在局部洞段就可能產生嚴重的巖爆問題。

2.1.2 施工期的巖爆發生特點

在施工期，需要對引水洞的地質情況進行復查，開始施工以后，前期的檢測結果是正確的，巖爆的強度主要是中等巖爆，因此在施工過程中，由于挖掘深度的增加，那么發生巖爆的幾率就擴大，因此對于工程施工來說，巖爆的發生對工程施工造成的影響就比較深刻［1］。同時由于受到地形條件因素的影響，在施工過程中必須采用進出口兩個方面進行挖掘施工。下面我簡單對上下游段的巖爆強度和分布特點進行介紹。

下游開挖過程中，我們發現巖爆的發生地點和形態特征和上游的比較略有區別，下游的巖爆發生主要發生在右壁拱腳以上和洞軸線之間，巖爆塌落以后的坑底主要呈現人字形，施工過程中，巖爆發生的時間也比較快，通常在半天之內就會發生，但是后期施工過程中巖爆發生的情況減少。

巖爆發生的原因是多方面的，主要和洞段所處的應力有關，當然也和段內的巖性和巖石性質等有關系，巖爆發生時就會造成塌方，在施工過程中，發現巖脈的兩側有一條比較明顯的巖質變化帶，其性質不穩定，用手一捏就會碎掉，在開挖以后隨著巖爆的發生也會發生坍塌，這也是導致引水洞內部發生坍塌的又一個主要原因［2］。

2.2 地下水問題

引水洞內部的水流形態，通常是水滴狀態，經過我們的勘測以后，我們在施工過程中，滲水會隨著施工強度和深度的增加，從而減少，只有個別的還是比較急，而且在這里由于一年四季溫度相當，因此基本上沒有受到季節因素的影響，經過測算以后發現，洞內總的滲流量可以達到660 L/min。

引水洞中地下水是基層巖石裂縫產生的水流，主要是高山冰雪融化以后，通過裂縫進行滲流，以潛流的方式向河谷流入，經過我們前期和施工過程中的勘察以后，我們發現巖體質量越差時，那么取值就會越大，大的斷層部位取1.0，經過折減以后，外水壓力就會稍微高于或者是基本上和正常的內水壓力持平，因此內水一般不會出現滲漏。

3 下坂地引水洞施工中的巖爆與地下水問題處理措施

3.1 受到巖爆影響的支護

1)臨時支護，在施工之前，對于巖爆的發生提出相應的預防措施，比如加大裝藥量，通過采用超前錨桿的方式，可以有效地在部分洞段發揮預防作用，但是由于巖爆發生沒有固定的原因和洞段，因此這種方法在使用過程中還存在很大的不確定性。通常下游段的巖爆預防處理，就是在施工過程中采用系統錨固的方法來防止巖爆的發生。在施工的中間段時，這里是巖爆的多發地點，在這里巖爆的發生會對整個施工過程和施工進程產生非常不利的影響，因此決定采用臨時支護的方式，通過將用鋼拱架加掛鋼筋網并噴混凝土來實現臨時支護。在中間的一段施工過程中，由于巖爆次數較多，且發生叫頻繁，因此對于給施工過程中帶來了不安全影響很大，那么為了確保施工過程的有序開展，確保施工人員的安全保障，最終決定采用混凝土灌漿的方式將塌方地段進行封堵，再重新進行施工挖掘，在整個施工過程中，這一段的施工量增大了很多，耗費時間也比較久［3］。

2)永久支護，巖爆對于設計后的混凝土襯砌施工沒有造成很多的影響，問題的焦點主要表現在優化之后的噴錨支護方案施工過程中，因此對于不同的巖爆發生時，所采取的處理方式也不同，通常對巖石呈現碎片狀的崩落采用噴射混凝土澆筑的方式進行處理，而對于有比較大和厚的巖石崩落時，通常次啊用噴射混凝土澆筑的方式和錨桿來實現共同作用。

3.2 排水處理

在施工過程中，由于地下水的產生和滲漏，對施工造成了很大的影響，因此一定要做好地下水的排水施工處理，上游施工過程中，主要是通過抽排的方式進行處理，距離最長的一段排水施工，抽水管道加到平行的三條管道來進行排水施工，之后上下游之間貫通，那么下游的水得到排放之后，上游的地下水就得到了緩解。在施工過程中，一定要根據實際情況設置排水系統，對于斷層的出水點，通過采用軟式水管進行排水，從而避免顆粒的流失。

4 結語

在下坂地引水洞施工過程中，最明顯的兩個問題就是巖爆和地下水，因此對引水洞的地質條件進行準確的了解，對于巖爆和地下水發生原因進行準確的分析，從而做好巖爆和地下水的控制和預防，通過此次施工過程，能夠對巖爆和地下水的預防形成一定的處理措施，對于以后的引水洞施工過程中做好預防工作有著很重要的促進作用。

［1］張小輝.下坂地引水洞施工中的巖爆與地下水問題處理研究［J］.陜西水利，2012(11):103-104.

［2］余義華，巴合提瓦爾·馬蘇爾.淺論水利樞紐工程引水發電洞洞挖巖爆處理［J］.水利水電技術，2008，39(10):121-122.

［3］張弘.下坂地水利樞紐工程引水發電洞施工中巖爆特點及現場處理方案［J］.水利水電技術.2012(10):60-62.