圍巖穩(wěn)定性調(diào)查分析在某鐵礦尾礦庫(kù)排水隧洞的應(yīng)用

付茂盛

（華北地質(zhì)勘查局五一四地質(zhì)大隊(duì)，河北承德067000）

圍巖穩(wěn)定性調(diào)查分析在某鐵礦尾礦庫(kù)排水隧洞的應(yīng)用

付茂盛*

（華北地質(zhì)勘查局五一四地質(zhì)大隊(duì)，河北承德067000）

隨著我國(guó)加大對(duì)尾礦庫(kù)安全的重視，越來(lái)越多的尾礦庫(kù)排洪系統(tǒng)采用以排水隧洞為主來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的以排水斜槽為主的排洪方式，減小了因排洪系統(tǒng)崩潰而帶來(lái)的潰壩的可能性。為保障隧洞的安全和正常使用，對(duì)其進(jìn)行圍巖穩(wěn)定性的調(diào)查分析就顯得非常重要，以實(shí)際工程為背景，總結(jié)圍巖穩(wěn)定性調(diào)查分析中的技術(shù)要點(diǎn)。

排水隧洞；圍巖；穩(wěn)定性；調(diào)查

1 工程概況

某尾礦庫(kù)位于河北省承德市平泉縣王土房鄉(xiāng)干橋子溝內(nèi)，有鄉(xiāng)村公路相通，交通較便利。新建排水隧洞裸洞斷面2.1m×2.4m，鋪設(shè)坡度0.4%，采用以爆破為主的分段作業(yè)施工（詳見(jiàn)圖1）。

2 技術(shù)要求及調(diào)查分析工作方式

圖1 排水隧洞平面位置圖

排水隧洞圍巖的地質(zhì)構(gòu)造、巖層結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀和厚度、節(jié)理和裂隙構(gòu)造發(fā)育情況、有無(wú)破碎帶，主要結(jié)構(gòu)面走向與洞線走向的關(guān)系，劃分圍巖等級(jí)。本次隧洞線路地質(zhì)調(diào)查，依據(jù)業(yè)主提供的平泉縣安利鐵礦有限公司尾礦庫(kù)現(xiàn)狀平面圖一份（電子版，比例尺1∶2000），以隧洞內(nèi)調(diào)查、分段素描、皮尺量距為基本工作方式。

3 氣象

本區(qū)屬大陸季風(fēng)氣候,冬長(zhǎng)而寒冷，夏短而炎熱，多年平均氣溫7.4°C，最大日溫差26.5°C，歷年最多風(fēng)向靜風(fēng)、南南西—南西，歷年最大降水量813.3mm，歷年最大積雪深度24cm。

4 地形地貌

本區(qū)地處燕山山脈中段，低山區(qū)，山坡植被發(fā)育，圖幅內(nèi)海拔高程在818.0～918.0m之間，場(chǎng)區(qū)地貌類型為構(gòu)造剝蝕低山及溝谷地貌。

已建排水隧洞走向及位置如圖1所示，所在場(chǎng)區(qū)內(nèi)山巒起伏，溝谷較發(fā)育，山頂基巖部分裸露，其天然坡角約為30°～40°，排水隧洞兩側(cè)基巖為晚古生代花崗巖（γ34），巖石長(zhǎng)期受風(fēng)化剝蝕作用，巖體表層風(fēng)化裂隙很發(fā)育。

5 地層巖性

根據(jù)尾礦庫(kù)勘察資料及調(diào)查結(jié)果，勘察線路范圍內(nèi)出露地層主要為晚古生代花崗巖（γ34）和第四系全新統(tǒng)殘坡積層（Qdl+el4)：

花崗巖（γ34）：淺肉紅色，中粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，為該區(qū)主要出露基巖，分布于山頂及兩側(cè)山坡坡面，強(qiáng)風(fēng)化厚度約為2.0m，向下漸為中風(fēng)化及新鮮巖石。

第四系全新統(tǒng)（Qdl+el4)：該層主要為殘坡積碎石土層，厚度約1.5～2.5m。主要分布于排水隧洞兩側(cè)坡麓地帶。

6 地質(zhì)構(gòu)造與區(qū)域穩(wěn)定性

大地構(gòu)造單元處于中朝準(zhǔn)地臺(tái)（Ⅰ2），燕山臺(tái)褶帶（Ⅱ22），承德拱斷束（Ⅲ62），大廟穹斷束（Ⅳ202）；場(chǎng)區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造簡(jiǎn)單，未發(fā)現(xiàn)活動(dòng)性斷裂通過(guò)本區(qū)，該區(qū)域地殼相對(duì)穩(wěn)定。

建設(shè)排水隧洞場(chǎng)區(qū)及附近地區(qū)屬華北地震區(qū)，在近代歷史上本地區(qū)未發(fā)生源發(fā)性地震，是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定地區(qū)。查閱《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2001）建設(shè)排水隧洞場(chǎng)區(qū)設(shè)計(jì)地震分組為第三組，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.05g，設(shè)計(jì)特征周期值為0.35s，抗震設(shè)防烈度為Ⅵ度。根據(jù)野外地質(zhì)調(diào)查，排水隧洞范圍內(nèi)工程地質(zhì)條件相對(duì)簡(jiǎn)單，巖性以花崗巖為主，隧洞所在山體坡度30°～40°。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查未發(fā)現(xiàn)有新近構(gòu)造活動(dòng)痕跡，場(chǎng)區(qū)及其附近無(wú)活動(dòng)斷裂通過(guò)，不存在大規(guī)模的崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生條件。

7 排水隧洞進(jìn)、出口及硐室圍巖現(xiàn)狀評(píng)價(jià)

由于篇幅有限，僅選取代表性地段的硐室圍巖進(jìn)行現(xiàn)狀評(píng)價(jià)，實(shí)際工程中，應(yīng)對(duì)全長(zhǎng)硐室圍巖進(jìn)行現(xiàn)狀評(píng)價(jià)。

排水隧洞進(jìn)口洞室走向227°，以實(shí)際的排水隧洞進(jìn)口位置為0點(diǎn)，進(jìn)行硐室素描。

距隧洞進(jìn)口0～32.2m：花崗巖，淺黃色—淺肉紅色，中粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，弱風(fēng)化夾強(qiáng)風(fēng)化，屬中硬巖，巖體較破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，無(wú)規(guī)則，每米可見(jiàn)裂隙大于10條，層面和其他結(jié)構(gòu)面易構(gòu)成不穩(wěn)定塊體，巖壁潮濕。

距隧洞進(jìn)口53.7～55.5m：花崗巖，灰黑色—肉紅色，中粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，微風(fēng)化夾弱風(fēng)化，屬中硬巖，巖體完整性差，有貫穿性軟弱結(jié)構(gòu)面，夾層破碎，較軟，乳白色，最大寬度27cm，產(chǎn)狀30°∠64°，長(zhǎng)期暴露大氣和濕水后，強(qiáng)度降低較快，沿結(jié)構(gòu)面有滲水。

距隧洞進(jìn)口230.5～237.5m：花崗巖，肉紅色，頂板巖體局部為黃色，中粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，微風(fēng)化夾弱風(fēng)化，屬較軟巖，巖體破碎，節(jié)理發(fā)育，不規(guī)則，張開(kāi)無(wú)充填，暴露大氣和濕水后，強(qiáng)度降低較快，231m處，存在一節(jié)理，產(chǎn)狀81°∠75°，沿結(jié)構(gòu)面有大量滴水。

距隧洞進(jìn)口244.7～257.3m：花崗巖，肉紅色，中粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，微風(fēng)化夾弱風(fēng)化，屬較軟巖，巖體破碎，節(jié)理發(fā)育，不規(guī)則，張開(kāi)無(wú)充填，巖體抗風(fēng)化能力低，暴露大氣和濕水后，強(qiáng)度降低較快，手可掰落，251.7m處，存在一節(jié)理夾層，產(chǎn)狀104°∠75°，最大寬度20cm，軟化，沿結(jié)構(gòu)面有滲水，巖壁潮濕。

距隧洞進(jìn)口304.6～372.0m：花崗巖，淺黃色，中粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，弱風(fēng)化夾強(qiáng)風(fēng)化，屬較軟巖，巖壁受潮濕及震動(dòng)影響嚴(yán)重，拱頂常有坍落，邊墻存在失穩(wěn)現(xiàn)象，施工過(guò)程已進(jìn)行工字鋼臨時(shí)支護(hù)，巖壁潮濕。

8 硐室圍巖分級(jí)

根據(jù)巖層厚度、巖石節(jié)理裂隙、斷層、軟弱夾層等進(jìn)行排水隧洞的圍巖分級(jí)，在進(jìn)行野外工程地質(zhì)測(cè)繪的基礎(chǔ)上，結(jié)合圍巖物理力學(xué)性質(zhì)一般經(jīng)驗(yàn)值，為本排水隧洞的設(shè)計(jì)提供較為可靠的隧道圍巖分級(jí)依據(jù)。

（1）距排水隧洞進(jìn)口39.5～53.7m（巖脈，灰黑色）、55.5～123.2m、138.2～158.7m、200.0～219.1m段圍巖為花崗巖，淺肉紅色，中粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，微風(fēng)化，屬中硬巖，巖體呈整體結(jié)構(gòu)，巖體較完整，無(wú)不利結(jié)構(gòu)面組合，節(jié)理裂隙較發(fā)育，節(jié)理平均間距0.8～1.5m，無(wú)軟弱夾層，沿結(jié)構(gòu)面有滲水。圍巖基本穩(wěn)定，圍巖整體能維持較長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定，圍巖等級(jí)為Ⅱ級(jí)。

（2）距排水隧洞進(jìn)口32.2～39.5m、53.7～55.5m、123.2～138.2m、158.7～160.2m、165.5～182.0m、187.5～200.0m、219.1～221.1m、224.4～230.5m、237.5～244.7m、257.3～274m、276.2～281.2m段圍巖為花崗巖，肉紅色，中粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，微風(fēng)化，屬中硬巖，中厚層，巖體完整性差，節(jié)理裂隙發(fā)育—較發(fā)育，節(jié)理平均間距0.4～0.8m，長(zhǎng)期暴露大氣和濕水后，強(qiáng)度降低較快，沿結(jié)構(gòu)面有滲水，巖壁潮濕。圍巖穩(wěn)定受軟弱結(jié)構(gòu)面組合控制，可短期穩(wěn)定，圍巖等級(jí)為Ⅲ級(jí)，應(yīng)采取措施防止風(fēng)化及水作用的影響，局部可進(jìn)行加固。

（3）距排水隧洞進(jìn)口0～32.2m、160.2～165.5m、182.0～187.5m、221.1～224.4m、230.5～237.5m、244.7～257.3m、274.0～276.2m、281.2～304.6m段圍巖為花崗巖，淺肉紅色，中粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，微風(fēng)化夾弱風(fēng)化—弱風(fēng)化為主，屬較軟巖，手可掰落，節(jié)理裂隙發(fā)育，層間錯(cuò)動(dòng)常見(jiàn)，節(jié)理間距0.4m，規(guī)則裂隙多于3組，延伸長(zhǎng)短不均，有軟弱結(jié)構(gòu)面，暴露大氣和濕水后，強(qiáng)度降低較快，局部邊墻有失穩(wěn)現(xiàn)象，巖壁潮濕—滴水。圍巖不能長(zhǎng)期穩(wěn)定，圍巖等級(jí)為Ⅳ級(jí)，應(yīng)采取支護(hù)措施保證圍巖長(zhǎng)期穩(wěn)定。

（4）距排水隧洞進(jìn)口304.6～416.0m段，圍巖已進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，由于圍巖難于自穩(wěn)，局部圍巖自穩(wěn)時(shí)間很短，邊墻和拱項(xiàng)易坍塌，施工過(guò)程中，已經(jīng)緊跟臨時(shí)支護(hù)，圍巖等級(jí)為Ⅴ級(jí)。

9 素描圖

選取某一段排水隧洞硐室圍巖的素描圖，實(shí)際工程中，應(yīng)對(duì)全長(zhǎng)硐室圍巖進(jìn)行素描（詳見(jiàn)圖2）。

圖2 局部硐室圍巖的素描圖及圖例

10 結(jié)論與建議

（1）建議對(duì)排水隧洞實(shí)際的掘進(jìn)掌子面地質(zhì)情況多加監(jiān)測(cè)，如側(cè)壁及頂板出現(xiàn)圍巖位移過(guò)大，及時(shí)與勘察設(shè)計(jì)單位溝通，根據(jù)實(shí)際情況變更設(shè)計(jì)方案。

（2）對(duì)隧洞底板進(jìn)行適當(dāng)?shù)那謇砉ぷ鳎ＷC順利排水，將受隧洞開(kāi)挖施工過(guò)程中影響松動(dòng)、松軟的圍巖打掉并清理，以免圍巖長(zhǎng)期在濕潤(rùn)的環(huán)境下，發(fā)生脫落現(xiàn)象，阻礙排水。

（3）明洞施工后，排水隧洞進(jìn)、出口處邊坡穩(wěn)定狀態(tài)受到破壞，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，并采取護(hù)坡措施，以防止因邊坡側(cè)移影響鄰近已建的排水設(shè)施安全。

[1]《工程地質(zhì)手冊(cè)》編委會(huì)編.工程地質(zhì)手冊(cè)[M].4版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007.

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[7]水利部湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院.SL 55-2005中小型水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S].北京：中國(guó)水利水電出版社，2005.

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U456.3

B

1004-5716(2015)05-0170-03

2014-04-22

2014-04-29

付茂盛（1981-），男（漢族），黑龍江青岡人，工程師，現(xiàn)從事巖土工程技術(shù)工作。