1、摘要：本文以構(gòu)皮灘水電站右岸導(dǎo)流隧洞工程為例，對(duì)隧洞存在的地質(zhì)缺陷種類進(jìn)行了具體分析，并對(duì)其采取的處理對(duì)策作了簡要的介紹。關(guān)鍵詞：構(gòu)皮灘水電站；隧洞；地質(zhì)缺陷；處理對(duì)策中圖分類號(hào)：TV554文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A引言 在水利水電或其它工程建設(shè)中，由于地質(zhì)條件本身的原因，存在對(duì)工程具有一定或不可忽視影響的某種或一些缺陷，通常把此種或這些缺陷稱為地質(zhì)缺陷。一般來說，地質(zhì)缺陷是針對(duì)工程要求而言的，是一個(gè)相對(duì)概念，由此可見，它不能滿足工程要求，需要采取具體的工程措施對(duì)其予以處理，才能符合或滿足工程要求。本文擬以構(gòu)皮灘水電站右岸導(dǎo)流隧洞工程為例，對(duì)該隧洞工程實(shí)踐中存在的地質(zhì)缺陷種類進(jìn)行具體分析，并對(duì)采取的處理

2、對(duì)策加以簡要的介紹。1 右岸導(dǎo)流隧洞工程地質(zhì)概況構(gòu)皮灘水電站是國家“十五計(jì)劃”提出開工建設(shè)的大型水電站之一，是“西電東送”的龍頭電站，亦是“黔電送粵”的標(biāo)志性工程，為烏江上目前最大的水電站。施工導(dǎo)流隧洞是該水電站隧建設(shè)中的重大技術(shù)問題之一，布置方案是“左2右1、2低1高”（共3條），其中右岸導(dǎo)流隧洞是一條低洞，全長933m，進(jìn)出口底板高程分別為430m、429m，斷面形態(tài)采用平底馬蹄型，斷面凈尺寸最大跨度、高度分別為15.6m、17.7m，開挖尺寸最大跨度、高度分別為18.6m、19.7m。該隧洞于2002年10月份開工，2004年11月上旬基本完工。右岸導(dǎo)流隧洞自下而上穿越奧陶系中統(tǒng)（O2s

3、h+b）二迭系中統(tǒng)（P2W1-2）各組巖層，其中O2sh+b、S1sh1、P1q、P1m、P2W1組（層）以碳酸鹽巖類中灰?guī)r為主，S1l、S1sh2、S2h、P1l組（層）以碎屑巖類中砂巖、粘土巖、粉砂質(zhì)粘土巖為主，且為微新新鮮狀巖體，隧洞圍巖按水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范（GB5028799）分類屬類。斷層、層間錯(cuò)動(dòng)及裂隙是主要地質(zhì)構(gòu)造形跡。隧洞沿線斷層零星分布，主要為走向NWW及NW向，一般規(guī)模不大，寬度520cm，局部達(dá)1m，斷層帶主要由方解石或鈣質(zhì)膠結(jié)的角礫巖組成，少量由碎裂巖組成，沿其局部溶蝕；發(fā)育層間錯(cuò)動(dòng)規(guī)模較大的主要有Fb115、Fb63、Fb59、Fb54、Fb81、Fb93、Fb

4、88、Fb82、Fb112、Fb113、Fb114、Fb86、Fb91、Fb92，除Fb115層間錯(cuò)動(dòng)分布于P1L組及S2h1-2層頂部外，其余分布于P1q、P1m組巖層，層間錯(cuò)動(dòng)帶寬0.11.0m，多由片狀構(gòu)造巖、角礫巖組成，少量或部分局部由碎裂巖、糜棱巖組成，部分沿其局部溶蝕，F(xiàn)b115層間錯(cuò)動(dòng)帶局部泥化、軟化；裂隙發(fā)育有34組，主要為走向NWW、NW及NNW或部分NNENE向，平均線密度13條/m，局部密集處可達(dá)58條/m，長度312m為主，寬度15mm，少數(shù)810mm，充填物以鈣泥質(zhì)、方解石為主，部分溶蝕，充填粘土。隧洞穿越碳酸鹽巖類巖組主要屬較強(qiáng)強(qiáng)巖溶巖組，除發(fā)育W2、8號(hào)、6號(hào)巖溶

5、系統(tǒng)外，沿?cái)鄬踊驅(qū)娱g錯(cuò)動(dòng)局部還發(fā)育一定規(guī)模的溶洞、溶隙，大部分為粘土全充填，少量為粘土半充填或無充填。據(jù)開挖揭示，W2巖溶系統(tǒng)地下水枯水期流量35L/s，最大流量達(dá)90L/s；8號(hào)巖溶系統(tǒng)未見明顯的地下水流；6號(hào)巖溶系統(tǒng)地下水枯水期流量58L/s，最大流量大于120L/s。除巖溶系統(tǒng)地下水活動(dòng)外，其余地段地下水活動(dòng)較弱，局部見滴水或溶蝕部位微量滲水，雨后及汛期水量略增。2 右岸導(dǎo)流隧洞工程地質(zhì)缺陷種類右岸導(dǎo)流隧洞工程地質(zhì)缺陷按其存在形式，主要有軟巖、軟弱夾層、巖溶系統(tǒng)、溶洞和溶隙、地下水活動(dòng)五種類型，具體分析如下：2.1 軟巖根據(jù)業(yè)主提供的地質(zhì)資料和施工中揭露出的圍巖情況，可以看出，導(dǎo)流洞成洞

6、條件最差的洞段主要是S2h+P1l組粘土巖、粉砂質(zhì)粘土巖，其巖體完整性較差；自穩(wěn)能力差，按水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范（GB5028799）圍巖工程地質(zhì)分類屬軟-極軟巖。2.2 斷層破碎帶及軟弱夾層右岸導(dǎo)流洞施工中出現(xiàn)多處斷層破碎帶及層間錯(cuò)動(dòng)帶、粘土巖及頁巖夾層、風(fēng)化溶濾帶。破碎帶由于巖體破碎松散，整體結(jié)構(gòu)差，抗壓能力極低，是影響隧洞穩(wěn)定的關(guān)鍵所在。軟弱夾層一般規(guī)模不大，寬度520cm，局部達(dá)1m，充填物以鈣泥質(zhì)、方解石為主，部分溶蝕，充填粘土。斷層破碎帶及軟弱夾層的處理對(duì)地下洞室的圍巖穩(wěn)定與支護(hù)結(jié)構(gòu)安全起著決定性的作用。2.3 巖溶系統(tǒng)在隧洞開挖過程中，主要揭示出了6#巖溶系統(tǒng)、8#巖溶系統(tǒng)（K

7、8溶洞段）、W2巖溶系統(tǒng)。W2巖溶系統(tǒng)地下水枯水期流量35L/s，最大流量達(dá)90L/s；8號(hào)巖溶系統(tǒng)未見明顯的地下水流；6號(hào)巖溶系統(tǒng)地下水枯水期流量58L/s，最大流量大于120L/s。2.4 溶洞和溶隙溶洞和溶隙在碳酸鹽巖中發(fā)育，隧洞開挖過程中，共發(fā)現(xiàn)大小溶洞10多處，規(guī)模不等，其中最大的為k8溶洞，揭露直徑約3m，經(jīng)探明，溶洞呈漏斗狀，內(nèi)部充填料為黃褐色沙土，飽和面干狀。其余溶洞均為直徑2050cm不等，內(nèi)部為充填、半充填、無充填三種。2.5 地下水活動(dòng)右岸導(dǎo)流隧洞因開挖形成空腔，部分地下水在運(yùn)移過程中向該部位匯集，并產(chǎn)生滲流壓力等外水壓力，對(duì)隧洞穩(wěn)定和施工影響也較大。3 右岸導(dǎo)流隧洞工程

8、地質(zhì)缺陷處理對(duì)策根據(jù)上述地質(zhì)缺陷種類，下面對(duì)工程實(shí)踐中采取的處理對(duì)策分別加以簡要的介紹。3.1 軟巖施工導(dǎo)流隧洞軟巖段開挖斷面為16.8m20.5m，分三層進(jìn)行開挖，自上而下分層厚度分別為8.6m、8.4m和3.5m。上層開挖最初采用“核心土支撐法”進(jìn)行開挖，中下層開挖采用中部拉槽超前開挖，兩側(cè)預(yù)留3m保護(hù)層開挖相對(duì)滯后的施工方法。開挖遵循“短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、弱爆破、少擾動(dòng)、勤測量、緊封閉”的原則，以確保施工安全和圍巖穩(wěn)定。上層開挖前，采用直徑25mm，L=4.5m的超前錨桿進(jìn)行超前支護(hù)，極軟巖洞段采用直徑40mm，L=6.0m小導(dǎo)管注漿超前支護(hù)措施。開挖后暫不出渣，經(jīng)安全處理、平碴后，及時(shí)架設(shè)

9、鋼拱架（拱架與拱架之間采用鋼筋縱向連接），在鋼拱架背后掛鋼筋網(wǎng)，對(duì)局部超挖部位拱架與巖面之間采用塊石填充密實(shí)，同時(shí)進(jìn)行徑向鎖腳錨桿（長度4.5m，直徑25mm，環(huán)向間距2.0m）施工，鎖腳錨桿外露部分彎成“L”型，與鋼拱架焊接成整體，然后噴鋼纖維混凝土進(jìn)行封閉。為防止下層開挖時(shí)頂層支撐的失穩(wěn)，在頂層鋼拱架腳壁面實(shí)施兩排深孔緊固錨桿，長度9m，梅花形布置，間排距1.0m?？卓阡搲|板厚度2cm，直徑20cm，采用孔口螺帽旋扭進(jìn)行張拉緊固。由于鋼拱架背面與巖壁之間是塊石充填的，存在空隙，為了使鋼拱架與圍巖巖壁問緊密結(jié)合，提高充填塊石承載力，限制松軟圍巖產(chǎn)生過大變形，充分調(diào)動(dòng)圍巖自穩(wěn)能力，頂層開挖到一

10、定進(jìn)尺后，對(duì)鋼拱架與圍巖間充填塊石的空隙進(jìn)行及時(shí)回填灌漿。灌漿孔梅花型布置，問排距3m，灌漿壓力控制在0.20.3MPa?；靥罟酀{完成后，分段進(jìn)行花管錨桿施工，花管錨桿直徑50mm、長度6m、間排距1.5m1.5m，管內(nèi)插入直徑18mm鋼筋，并灌注水泥砂漿，替代系統(tǒng)錨桿。中下層中部拉槽超前開挖，兩側(cè)保護(hù)層先開挖一側(cè)，開挖完成后立即進(jìn)行支護(hù)，支護(hù)方法及程序除沒有超前錨桿外，其余與頂層支護(hù)相同，支護(hù)完成后再進(jìn)行另一側(cè)的開挖支護(hù)。成洞后及時(shí)埋設(shè)施工期臨時(shí)監(jiān)測設(shè)施，并進(jìn)行觀測，通過勤量測，及時(shí)反饋信息，指導(dǎo)開挖支護(hù)施工，通過變形觀測，如發(fā)現(xiàn)局部圍巖變形速率陡增，采取一次支護(hù)措施后尚不能滿足穩(wěn)定要求時(shí)，

11、立即進(jìn)行砼襯砌施工。二次混凝土結(jié)構(gòu)襯砌完成達(dá)到一定強(qiáng)度后，立即進(jìn)行系統(tǒng)固結(jié)灌漿施工。3.2 斷層破碎帶及軟弱夾層處理對(duì)于導(dǎo)流洞頂拱施工中出現(xiàn)的斷層破碎帶，在進(jìn)入破碎帶之前，在掌子面傾斜15打超前錨桿，待開挖揭露后，立即進(jìn)行噴漿，并在層間兩側(cè)的穩(wěn)定巖體打錨桿，然后用工字鋼，橫跨區(qū)間焊接，間距約50cm一根，中間用鋼筋連接后再噴混凝土封閉。對(duì)于寬度較大的破碎帶，用工字鋼制成弧拱，在洞壁打固定錨桿，并與拱架焊接，每排間距6080cm，然后排與排之間連成整體，并掛鋼筋網(wǎng)后噴漿封閉。邊墻上的斷層破碎帶采用噴漿封閉的方法使其膠結(jié)自持穩(wěn)定或挖掉破碎帶體后澆筑混凝土。對(duì)導(dǎo)流洞頂拱施工中出現(xiàn)的軟巖夾層，處理方法

12、與斷層破碎帶相同。邊墻上出現(xiàn)的軟弱夾層挖掉后，在完整的巖石兩側(cè)打錨桿再澆筑混凝土，增加側(cè)向抗推力。3.3 巖溶系統(tǒng)處理3.3.1 6#巖溶系統(tǒng)處理在導(dǎo)流洞上層開挖至K0+81K0+88洞段時(shí)，頂部巖石成塊狀分布，巖體裂隙滲水較大，在開挖過程中邊頂拱出現(xiàn)多次坍塌和掉塊。根據(jù)業(yè)主提供的地質(zhì)資料，經(jīng)探明，該段為6#巖溶系統(tǒng)分支。在進(jìn)入巖溶之前，通過滲水點(diǎn)確定了溶巖的確切方位，并通過超前鉆探查明，該溶巖系統(tǒng)屬溶隙發(fā)育巖層，首先打超前錨桿進(jìn)行超前支護(hù)，并根據(jù)用水量的大小，在涌水部位掏槽周圍回填混凝土，內(nèi)埋兩根直徑159mm的鋼管引接至排水坑，并配置充足的排水設(shè)備，以防涌水過大影響施工和造成人身財(cái)產(chǎn)損失。

13、在超前支護(hù)和滲水引排完成后，采取短進(jìn)尺，弱爆破的方法進(jìn)行邊頂拱開挖，開挖后對(duì)溶巖周圍巖石破碎帶打隨機(jī)錨桿、掛網(wǎng)噴混凝土、固結(jié)灌漿進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。該洞段的下挖是先在中部拉槽開挖，兩側(cè)各保留3m的巖體，然后對(duì)兩側(cè)邊墻巖體進(jìn)行固結(jié)灌漿和錨桿支護(hù)處理。3.3.2 W2巖溶系統(tǒng)處理W2巖溶系統(tǒng)揭露于上層右側(cè)壁，溶洞口呈不規(guī)則橢圓形，可見深度大于3m，寬0.40.6m，高4060cm，周圍巖壁完整，地下水枯水期實(shí)測流量為35L/s，雨季溶洞涌水量較大，最大可達(dá)90L/s，為保證洞室的正常施工，對(duì)溶洞進(jìn)行C25混凝土封堵，同時(shí)預(yù)埋直徑273mm鋼管引至洞外集水坑。3.3.3 8#巖溶系統(tǒng)處理2003年4月4日

14、在導(dǎo)流洞上半洞導(dǎo)洞開挖至0+340后，從0+368向上游開始擴(kuò)挖，開挖至0+356時(shí)發(fā)現(xiàn)右側(cè)拱頂出現(xiàn)一直徑3m的溶洞，內(nèi)部充填料為黃褐色沙土，飽和面干狀。經(jīng)參建各方現(xiàn)場勘察，決定將該段由原II類圍巖改定為V類，隨即采用超前管棚加工字鋼支撐向上游繼續(xù)開挖。隨著開挖進(jìn)行，在0+350處發(fā)現(xiàn)溶洞已經(jīng)超過洞頂向左側(cè)延伸，經(jīng)地質(zhì)雷達(dá)勘測，溶洞向上部發(fā)育，未測出高度，但上下游方向和左右測范圍基本可確定。定為K8溶洞。2003年7月5日，該段右側(cè)工字鋼嚴(yán)重變形，上游段可見到0+340處巖坎。初步確定加固方案為：將已經(jīng)處理完畢的工字鋼下部用圓木支撐，將變形部分用潛孔鉆打孔插入輕軌進(jìn)行加固。該方案實(shí)施后，施工進(jìn)

15、展順利。7月19日中午，在右側(cè)6榀工字鋼下接施工時(shí)，由于臨近標(biāo)段大噸位爆破震動(dòng)影響，0+3570+342段工字鋼完全垮塌。為了進(jìn)行塌方處理，經(jīng)各方研究，確定在塌方體超前灌漿的同時(shí)，從附近1#交通洞向塌方體打一條2x2m的探洞，并于9月22日鉆進(jìn)至導(dǎo)流洞上部K8溶洞，發(fā)現(xiàn)該溶洞呈漏斗狀，上部已成空腔。隧決定從將塌方材料外運(yùn)，在渣體上澆筑混凝土。在將回填混凝土澆筑超過洞頂7m后，重新從洞內(nèi)處理。期間下游側(cè)回填混凝土與溶洞邊壁之間又發(fā)生兩次塌方，后采取從洞內(nèi)將空腔用混凝土回填的方案，于2004年1月7日通過該洞段。3.4 溶洞和溶隙處理導(dǎo)流洞穿越的地層上段主要為灰?guī)r，屬溶洞、溶隙發(fā)育地層。在隧洞開挖過程中，根據(jù)具體情況，對(duì)溶洞、溶隙采用掏槽回填混凝土、灌漿等技術(shù)予以處理。導(dǎo)流洞中揭示出的K8大型溶洞處理上面已經(jīng)陳述，其余較小溶洞視發(fā)育規(guī)模對(duì)充填、半充填溶洞深度小于或等于1.5B3B（溶洞最大寬度）者，充填物全部清挖，深度大于深度1.5B3B者，充填物清挖深度1.5B3B，回填混凝土處理，對(duì)無充填溶洞回填