引洮總干7#洞含水疏松砂巖的工程地質性質研究

【摘 要】引洮總干7#洞全長17.28Km，設計洞徑4.95m。7#隧洞設計采用單護盾TBM施工，2009年12月19日TBM進點施工，截止2013年4月5日隧洞開挖16.7Km，其中TBM掘進13.528Km，人工開挖3.752Km，剩余兩段（57+835～58+374.5、60+878～60+918）長度580m沒有貫通。2012年4月30日TBM開挖至隧洞樁號57+835因掌子面發(fā)生涌砂受困于含水疏松砂巖段，至今TBM無法解困。為加快7#洞施工進程、實現(xiàn)TBM早日解困，確保引洮供水一期2013年通水暨定目標。準確查明該洞段含水疏松砂巖在圍巖中分布及其地下水活動情況，分析出含水疏松砂巖的工程地質性質，為設計及施工方案提供準確的地質資料。

【關鍵詞】含水；疏松；砂巖；圍巖

1 疏松砂巖層分布特征

勘察段地表至隧洞底板分布疏松砂巖層兩層，分布見表1。

表1 勘察段疏松砂巖分布一覽表

序次頂界面出露高程底界面出露高程洞線鉛直厚度地下水與工程關系

mmm

第一層2184～22962163～227420～22水位標高2264～2267m。構成1#、2#冷凍井部分段圍巖

第二層2171～2095勘察孔沒有揭示到底界面。推測厚度大于70m水位標高2202m，ZD4鉆孔水頭高出洞頂74m。構成1#、2#冷凍井部分段圍巖及隧洞57+835～58+176.5段圍巖

2 疏松砂巖顆粒組成

疏松砂巖顆粒組成見表2：

表2 疏松砂巖顆粒組成試驗成果分析表

取樣

位置取樣高程顆粒組成﹝mm﹞不均勻系數曲率 系數級配優(yōu)劣巖石 定名

2～0.50.5～0.250.25～0.075<0.075

m%Cucc

第一層2215-22360.5-33-13.582-90.51.5-6.02-2.40.8-0.84不良細砂巖

第二層2113-21211 -324-2663.-666.5-102.4-2.50.793不良細砂巖

根據上表，疏松砂巖顆粒均勻，級配差，粘粉粒含量很少，具細粒碎屑結構，這些是其膠結不良的基礎。

3疏松砂巖密實性

疏松砂巖主要物理指標見下表3。

表3 疏松砂巖物理性質試驗成果分析表

取樣位置取樣高程比重含水量天然密度干密度孔隙率備 注

m %g/cm3g/cm3%

第一層（鉆孔試樣）2215～22362.7-2.7111.8-13.52.11-2.31.97-2.0324.7-27.3鉆孔試樣受鉆進工藝影響，其含水量較支洞試樣偏大1-2個百分點。

第二層（鉆孔試樣）2113～21212.71-2.7210.8-13.92.18-2.261.94-1.9726.6-28

第二層（斜支洞試樣）0+40.7～0+111（斜支洞樁號）2.7111.5-13.92.32.0923-24.1

根據上表，疏松砂巖相對于一般巖石，具有孔隙率大，密實性差的特點。

3 疏松砂巖水理性質

疏松砂巖水理性質指標見表4。

表4 疏松砂巖水理性質室內試驗成果分析表

取樣位置取樣高程吸水率飽和吸水率飽和度滲透系數崩解

m%%%×10-6cm/s

第一層（鉆孔試樣）2215～223612.713.280-85 完全崩解

第二層（鉆孔試樣）2113～212114.3-16.815.9-19.175-1001.98-7.56完全崩解

從上表看，疏松砂巖基本處于飽和狀態(tài)，水理性質極差，具極易崩解的特性。由鉆孔提水水位觀測資料分析，疏松砂巖具弱透水性。

4 工程地質問題分析

從本次勘察ZD3、ZD4、ZD5鉆孔巖芯采取率、巖芯形狀及孔內提水水位觀測資料看：疏松砂巖具一定強度，鉆孔巖芯采取率達95%以上，巖芯多呈長柱狀，具透水性，其層中地下水滲流緩慢，因受其儲水構造限制，層間地下水具承壓性，且水頭較高。

根據上述物理力學指標分析：疏松砂巖含水量高，處接近或達到飽和狀態(tài)，強度極低，天然單軸抗壓強度1.9～2.3 Mpa，力學性質隨含水量增加呈惡化態(tài)勢，水理性質差，浸水崩解，工程性質極差。

7#洞含水疏松砂巖段施工實踐表明：隧洞的開挖改變其地層地下水滲流狀態(tài)，臨空面的形成為地下水提供了匯集運移通道。施工中的機械、放炮的振動、擾動導致其巖石結構發(fā)生變化，孔隙中的重力水析出，使其濕度增加可能產生液化，性態(tài)惡化，強度急劇衰減，通常含水量>14%時，在上覆山巖壓力及地下水高水頭滲壓下，易出現(xiàn)圍巖坍塌、涌砂現(xiàn)象。若藕合施工中圍巖支護不及時或施工停頓圍巖暴露時間過長因素，則極易出現(xiàn)掌子面圍巖坍塌、掌子面涌砂現(xiàn)象。

5 結論及幾點認識

綜合以上事實與分析上第三系疏松砂巖屬隧洞不良圍巖，現(xiàn)場測試疏松砂巖含水量11%～14%。據鉆孔地下水觀測及提水資料，疏松砂巖中重力水析出緩慢，但具承壓性，ZD4鉆孔中地下水承壓水頭高出洞頂約74m。建議含水疏松砂巖洞段施工時，應連續(xù)作業(yè)且及時支護，遵循短進尺、快循環(huán)，少擾動，超前加固圍巖的原則。加強洞內排水，對圍巖含水量變化實施連續(xù)監(jiān)測與預報，當圍巖含水量大于14%時，應及時封閉掌子面加強超前加固措施。

參考文獻：

[1]甘肅省水利水電勘測設計研究院. 甘肅引洮供水一期工程總干渠7#隧洞57+835～58+408.7凍結施工段工程地質勘察報告.蘭州：甘肅省水利水電勘測設計研究院，2013.

[2]甘肅省水利水電勘測設計研究院. 甘肅引洮供水一期工程總干渠工程地質勘察報告[R].蘭州：甘肅省水利水電勘測設計研究院，2003.

作者簡介：

邢志龍（1984—），男，甘肅寧縣人，助理工程師，學士，主要從事水文地質、工程地質勘察工作。