引水隧洞施工中的不良地質(zhì)段處理要點分析

黃振興

(福建省建江水利水電設(shè)計咨詢有限公司，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，具有較強的便民現(xiàn)實性。然而，正是因其價值作用的獨特性，對施工單位工程作業(yè)展現(xiàn)出的施工效果要求、標準較為嚴苛。在隧洞工程正式施工中，因隧洞作業(yè)較易受到大量內(nèi)、外環(huán)境中的消極因素干擾，若隨工程進度推進遭遇特殊不良地質(zhì)段加之未得到施工單位采取恰當應(yīng)對手段對其開展及時、準確處理，將會在無形中埋下隧洞工程塌方等問題的隱患風險，對項目施工進程、作業(yè)效率、人員安全帶來反面影響[1]。所以，施工單位需根據(jù)隧洞工程、不良地段等各項實況，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。精確性評估、判斷不良地質(zhì)段時下實情形態(tài)，科學(xué)、針對性的設(shè)計規(guī)劃應(yīng)對措施，保證工程質(zhì)量[2]。

1 研究區(qū)概況

福清東張水庫高干渠福清西站段遷移改線工程總長約2.5 km，其中隧洞洞線2.0 km，管渠線0.5 km，設(shè)計流量為20 m3/s，工程等別為Ⅲ等，建筑物等級為3級。施工方案線路總體上由北西至南東向。具體分為進口段、上段隧洞段、沃底倒虹吸段、下段隧洞段、出口明渠段共計五段。

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

圖1 塌方最嚴重的處(樁號0+820處)橫剖面示意圖

2 工程水文地質(zhì)

地下水類型主要是基巖裂隙水。地下水位埋深約5.0～7.0 m。主要賦存于全風化～強風化巖體中。透水、富水性一般，水量較一般。由于全、強風化巖層中的孔隙、裂隙水由于風化差異、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給以及山體側(cè)向地下水補給，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

本方案隧洞洞線總體上由北西至南東向。上段隧洞進口位于沃底渡槽前,隧洞長810 m，隧洞進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1 176 m的下段隧洞，下段隧洞進口至隧洞出口高程為35.307～34.648 m，出洞后采用長339 m的渠道接入高干樁號約5+420處。開挖洞徑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，通過地質(zhì)測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化層總體上較薄，一般在5.0～12.0 m以內(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化下部～微風化巖體。圍巖類別以Ⅱ、Ⅲ類為主。隧洞進出口段以強風化巖為主。

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)計沿斷層處地下水活動狀態(tài)以嚴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。地下水活動程度以輕微～中等為主。

隧洞沿線地下水水質(zhì)對水源水有重要影響。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)有待施工中及時采集水樣化驗分析、有不符合飲用水水源水的地下水分布洞段需進行全襯砌、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)造運動產(chǎn)生的構(gòu)造應(yīng)力組成，通過分析隧洞巖體巖性、區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場分布規(guī)律、山體淺層應(yīng)力場等，類比福清已有隧洞的開挖施工經(jīng)驗，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)力級別為低地應(yīng)力，隧洞山體厚度較為適中，在施工過程中，一般不會產(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支護措施。

4 不良地質(zhì)段處理要點

剖析本文案例實況，可歸納出以下幾點遭遇不良地質(zhì)段的處理策略：

4.1 前期調(diào)研

引水隧洞在工程準備階段中，施工單位應(yīng)將前期調(diào)研工作有力落實，多角度對工區(qū)環(huán)境、周邊地質(zhì)、地下水體、土層土壤等各類別因素情況逐一獲知。精確捕捉到施工作業(yè)中可能遭遇的危機隱患與作業(yè)障礙，按照施工現(xiàn)場各項已有資源，如機械儀器、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)各方面均可達到工程整體、我國下發(fā)的統(tǒng)一性建設(shè)標準、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

引水隧洞工程掘進至不良地質(zhì)段時，施工單位應(yīng)立足工區(qū)實際情況，著眼制定科學(xué)處理措施。即在工程進度初期，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)場地質(zhì)狀況，深度掌握工區(qū)場地不良地質(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)的各種情況專項設(shè)計處理計劃，保障工程、社會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中，發(fā)生塌方、涌泥等突發(fā)狀況時，除及時進行正確性應(yīng)急措施外，還需對圍繞圍巖組織展開科學(xué)、專業(yè)的實時觀測。建議工作人員對施工隧洞拱頂下沉區(qū)域、鄰近收斂處增設(shè)動態(tài)監(jiān)測設(shè)備儀器，在相隔5 m處部位添加監(jiān)測斷面，在此基礎(chǔ)上加設(shè)3個布控監(jiān)測點，保證監(jiān)測精確性。

4.3 支護施工

在不良地質(zhì)段進行引水隧道施工，應(yīng)注重引進支護設(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，維護施工有序性。應(yīng)依托工程需要，擇取正確性支護設(shè)備材料、安裝工藝，在確保安全的同時，考量經(jīng)濟性成本支出。如該工程實例中，因隧洞存在塌方隱患，簡易、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。這時施工單位可選擇剛性、強度較高的鋼結(jié)構(gòu)支護裝置，完成工區(qū)保護任務(wù)；而隧洞性質(zhì)的施工作業(yè)因施工現(xiàn)場環(huán)境構(gòu)造復(fù)雜、需時刻監(jiān)測、考察周邊各項隱患因素，致使開挖速度緩慢、作業(yè)進程滯后。對此，施工單位可通過謹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。減少增添掘進難度的元素條件，節(jié)省支護設(shè)備安置負荷量，降低作業(yè)成本開銷；二則，因不良地質(zhì)段在短時間內(nèi)施工單位無法將其各項情況悉數(shù)把控，為開挖掘進直接增添了作業(yè)困擾，且其中不乏危險性危害因素。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，可將施工進度復(fù)原為正常狀態(tài)。而當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，工作人員可使用“超前注漿小管棚”工藝(見圖2)，對該區(qū)域內(nèi)圍巖開展注漿處理，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。當工程無法徹底規(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)劃開展掘進作業(yè)，而其半徑、轉(zhuǎn)角的合理設(shè)計可通過水工專用模型反復(fù)演示、調(diào)整、確定[4-5]。

5 結(jié)語

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