隧洞開挖中斷層和透水層的處理方法

張雪花

（新疆匯通水利電力工程建設有限公司，烏魯木齊 830000）

某二級水電站工程位于新疆維吾爾自治區沙灣縣境內，裝機容量24MW。主要由引水渠首、引水隧洞、調壓井、壓力管道、電站廠房和尾水渠組成，為小（1）型IV等工程，其中發電引水隧洞為4級建筑物。發電引水隧洞全長 5.583km，發電引水隧洞地處金溝河左岸，從攔河引水渠首進水閘引水，經過42.5m長矩形槽、排沙漏斗、進水池、事故閘進入發電引水隧洞。

隧洞走向北偏西，為有壓隧洞，隧洞縱坡1/500，圓形斷面D=3.6m，設計流量18.2m3/s。在引水洞末端設置調壓井，型式為阻抗式，底高程1534.872m，頂高程1568.00m，阻抗孔為圓形斷面，直徑為 1.8m，調壓井直徑為 7m，調壓井最高涌浪水位1566.32m，最低涌浪水位1540.786m。

以引水隧洞1+055-3+255段隧洞開挖、襯砌為例。隧洞開挖、支護及襯砌視圍巖情況確定，Ⅳ類圍巖橫斷面情況如圖1所示。為確保施工進度，在引水隧洞 2+061.898 處設置了 1＃施工支洞。支洞長 380m，斷面形式為城門洞形，斷面開挖面積為11.58m2。在 1#支洞施工過程中遭遇了兩個 30m的大斷層和一個50多米厚的有壓透水層。

1 地質簡況

1#施工支洞（引水隧道+062）沒有進行實質性地質勘探工作，引水隧洞地質情況如圖 2。1#支洞與洞軸線夾角45°。引水隧道1+450～2+250段地質情況如下：洞軸走向1+935處由350°轉為13°，洞室上覆巖體厚度100～170m,巖性為凝灰質砂巖、凝灰質粗砂角礫巖。

該段通過斷層有：1+530處 f9破碎帶寬約0.5m，與洞軸線夾角約 35°，1+770處F5破碎帶寬約10m，與軸線夾角約40°，2+190處f10破碎帶寬約3m，與洞軸線夾角約60°，傾角均大于65°，帶內主要為擠壓破碎巖，斷層通過處巖體較破碎，容易匯積基巖裂隙水并可能掉塊，需即時支護。

受斷層影響，本段節理發育，主要有3組，產狀分別為：①290°～300°SW∠65；②350NE°∠～30～35°；③60°～80°NE∠35°～45°；圍巖穩定性主要受巖體結構面的控制，大多為碎裂結構或鑲嵌碎裂結構。2+000～2+050處地表為II號溝，溝底沖積有厚達18m的漂卵礫石層，溝內常年流水，洞頂有地表入滲水的影響。

圖1 隧洞典型斷面開挖、支護、襯砌圖

2 實際地質情況及出現的問題

1#施工支洞實際開挖過程中遭遇二個斷層和一個透水層（如表1）。

經過地質勘察設計人員跟蹤認定：二個斷層處于復雜的地質中,所開挖的圍巖是由擠壓而形成的扭曲和揉碎所組成的斷層帶，且其中0+183～0+223的斷層界面與左側設計開挖線平行；層間水是與緊鄰洞軸線且洞頂覆蓋層140m多2號溝中的溪間流水屬同一水源，由于節理發育 0+268～0+320間的開挖頂部已是蓄滿水的大面積水庫。

圖2 1#施工支洞區間隧洞地質情況圖

表1：1#施工支洞斷層統計表

3 施工組織和施工措施

具體施工中由于前期地質沒有反映二段擠壓而形成的扭曲、揉碎斷層帶和一段層間涌水資料。對此突發事件我標段立即全方位的組織，打破各工種界限和管理層與施工層的界限，調動各工種的積極性。當天迅速調集材料和組織起由管理層與施工層混合的臨時支護班組。進行超前支護、短進尺、快速立拱、鉆設錨桿、噴射混凝土的初期支護。

地下工程的突發事件要果斷和迅速，因為斷層圍巖的變化由穩定到開挖后的不穩定必須快速的使其穩定，向上反映等待方案不僅給施工單位帶來一定信譽度及其他的損失，更主要的是給業主造成投資上的損失。

對于擠壓而形成的扭曲、揉碎斷層帶的施工：每循環首先進行鋼支撐的支立，隨后進行超前小導管和系統錨桿的鉆設，最后進行鋼筋網片及噴射混凝土的初期支護。

根據現有11.58m2小斷面的設計開挖，每循環的初期支護如圖4所示：鋼支撐選用￠22羅紋鋼為主筋的格柵拱架，拱架為三角形邊長 0.25m、拱架間距為 0.8m、拱架之間用￠22羅紋鋼進行連接，連接筋的間距為1m。超前小導管是在緊靠開挖斷面支立好第一榀拱架后立即進行 3.5m長、間距為0.35m、搭接1m的拱部鉆設。系統錨桿此時要從格柵拱架間鉆設并與格柵拱架焊接, 環向錨桿間距為1.5m。噴射C25混凝土、厚度為0.35m。

對于斷層扭曲、揉碎圍巖的鉆爆，常規不超過1.5 m。在工期緊和施工進度與成本成反比的首要前提下，在扭曲、揉碎圍巖的布眼裝藥鉆爆中，2.5m的鉆孔僅能爆出 0.6～0.7m。在上述初期支護的前提下對于這樣的進尺根本不能滿足工期要求和實際成本要求。

經過幾個循環的實驗，根據隧道鉆爆中掏心創造臨空面的基本原理，在12.5m2的開挖斷面積中采取八字掏心法（如圖 3所示），并增加掏心孔，每排5個孔計8排，且每個孔炸藥量增加三分之一，成功的達到了每循環 2.3m的進尺要求，同時也滿足了每天2個循環4.6m的進度與成本要求。

在層間涌水段的施工中,對于突發鉆爆后的涌水所造成的損失及鉆成孔中的涌水, 導致開挖斷面每個鉆孔均有水涌現,其中三分之一鉆孔的涌水能把插入的鉆桿沖出。斷面水量用浮標法測得120m3/h。對此采取5m超前鉆孔排水的方法，避免了再次爆后涌水造成的再次損失。鉆孔涌水的炸藥選用提前包裝、并防水的巖石硝胺炸藥。裝藥采取￠10鋼筋捆綁炸藥再加雙雷管的方法。在拱頂如大雨的情況下，采取后勤的飲食、醫療、勞保的保證和增加開挖人員及進尺與報酬掛鉤的組織和措施, 在層間涌水段的施工中每天保持著2.5個循環且每循環2.2m的進度。

圖3 1#施工支洞鉆爆布孔圖

圖4 1#施工支洞初期支護示意圖

4 結 論

該隧洞穿過的二條斷層及層間水地段，其施工難度取決于突發事件后的果斷決策和組織、斷層的性質、斷層破碎帶的寬度、填充物、含水性和斷層活動性以及隧洞軸線和斷層構造線方向的組合關系（正交、斜交或平行）。此外，與施工過程中圍巖自身的承載能力給開挖后圍巖自身的破壞程度、工序銜接的快慢、施工技術措施是否得當及施工作業面狹寬大小等，均有很大的關系。

只要決策果斷、組織得力、勤細觀察、措施正確、分工明確、責任到人、獎罰及時和分明，穿越不同斷面積及不同性質的斷層及有水巖層都可克服并能順利通過。

雖說不可遇見的在 11.5 m2小開挖斷面有如此長且如此復雜的地質狀況，在二段扭曲、揉碎圍巖的施工中,使原工期計劃每天 5.5m的進尺要74.4m/5.5m計 13.5天完成, 實際 74.4m/4.6m計16.2m僅延期了2.7天。原計劃每天不變成本4650元增加至5650元成本共計增加2700元，但是產值增加了 30多萬。同時由于及時處理沒有出現塌方和冒頂的事故,給業主減少了投資損失。更主要的是我們鍛煉了隊伍取得了一定寶貴的經驗,同時在信譽程度上得到了業主及其他方面的認可和好評。