隧洞开挖中断层和透水层的处理方法

张雪花

（新疆汇通水利电力工程建设有限公司，乌鲁木齐 830000）

某二级水电站工程位于新疆维吾尔自治区沙湾县境内，装机容量24MW。主要由引水渠首、引水隧洞、调压井、压力管道、电站厂房和尾水渠组成，为小（1）型IV等工程，其中发电引水隧洞为4级建筑物。发电引水隧洞全长 5.583km，发电引水隧洞地处金沟河左岸，从拦河引水渠首进水闸引水，经过42.5m长矩形槽、排沙漏斗、进水池、事故闸进入发电引水隧洞。

隧洞走向北偏西，为有压隧洞，隧洞纵坡1/500，圆形断面D=3.6m，设计流量18.2m3/s。在引水洞末端设置调压井，型式为阻抗式，底高程1534.872m，顶高程1568.00m，阻抗孔为圆形断面，直径为 1.8m，调压井直径为 7m，调压井最高涌浪水位1566.32m，最低涌浪水位1540.786m。

以引水隧洞1+055-3+255段隧洞开挖、衬砌为例。隧洞开挖、支护及衬砌视围岩情况确定，Ⅳ类围岩横断面情况如图1所示。为确保施工进度，在引水隧洞 2+061.898 处设置了 1＃施工支洞。支洞长 380m，断面形式为城门洞形，断面开挖面积为11.58m2。在 1#支洞施工过程中遭遇了两个 30m的大断层和一个50多米厚的有压透水层。

1 地质简况

1#施工支洞（引水隧道+062）没有进行实质性地质勘探工作，引水隧洞地质情况如图 2。1#支洞与洞轴线夹角45°。引水隧道1+450～2+250段地质情况如下：洞轴走向1+935处由350°转为13°，洞室上覆岩体厚度100～170m,岩性为凝灰质砂岩、凝灰质粗砂角砾岩。

该段通过断层有：1+530处 f9破碎带宽约0.5m，与洞轴线夹角约 35°，1+770处F5破碎带宽约10m，与轴线夹角约40°，2+190处f10破碎带宽约3m，与洞轴线夹角约60°，倾角均大于65°，带内主要为挤压破碎岩，断层通过处岩体较破碎，容易汇积基岩裂隙水并可能掉块，需即时支护。

受断层影响，本段节理发育，主要有3组，产状分别为：①290°～300°SW∠65；②350NE°∠～30～35°；③60°～80°NE∠35°～45°；围岩稳定性主要受岩体结构面的控制，大多为碎裂结构或镶嵌碎裂结构。2+000～2+050处地表为II号沟，沟底冲积有厚达18m的漂卵砾石层，沟内常年流水，洞顶有地表入渗水的影响。

图1 隧洞典型断面开挖、支护、衬砌图

2 实际地质情况及出现的问题

1#施工支洞实际开挖过程中遭遇二个断层和一个透水层（如表1）。

经过地质勘察设计人员跟踪认定：二个断层处于复杂的地质中,所开挖的围岩是由挤压而形成的扭曲和揉碎所组成的断层带，且其中0+183～0+223的断层界面与左侧设计开挖线平行；层间水是与紧邻洞轴线且洞顶覆盖层140m多2号沟中的溪间流水属同一水源，由于节理发育 0+268～0+320间的开挖顶部已是蓄满水的大面积水库。

图2 1#施工支洞区间隧洞地质情况图

表1：1#施工支洞断层统计表

3 施工组织和施工措施

具体施工中由于前期地质没有反映二段挤压而形成的扭曲、揉碎断层带和一段层间涌水资料。对此突发事件我标段立即全方位的组织，打破各工种界限和管理层与施工层的界限，调动各工种的积极性。当天迅速调集材料和组织起由管理层与施工层混合的临时支护班组。进行超前支护、短进尺、快速立拱、钻设锚杆、喷射混凝土的初期支护。

地下工程的突发事件要果断和迅速，因为断层围岩的变化由稳定到开挖后的不稳定必须快速的使其稳定，向上反映等待方案不仅给施工单位带来一定信誉度及其他的损失，更主要的是给业主造成投资上的损失。

对于挤压而形成的扭曲、揉碎断层带的施工：每循环首先进行钢支撑的支立，随后进行超前小导管和系统锚杆的钻设，最后进行钢筋网片及喷射混凝土的初期支护。

根据现有11.58m2小断面的设计开挖，每循环的初期支护如图4所示：钢支撑选用￠22罗纹钢为主筋的格栅拱架，拱架为三角形边长 0.25m、拱架间距为 0.8m、拱架之间用￠22罗纹钢进行连接，连接筋的间距为1m。超前小导管是在紧靠开挖断面支立好第一榀拱架后立即进行 3.5m长、间距为0.35m、搭接1m的拱部钻设。系统锚杆此时要从格栅拱架间钻设并与格栅拱架焊接, 环向锚杆间距为1.5m。喷射C25混凝土、厚度为0.35m。

对于断层扭曲、揉碎围岩的钻爆，常规不超过1.5 m。在工期紧和施工进度与成本成反比的首要前提下，在扭曲、揉碎围岩的布眼装药钻爆中，2.5m的钻孔仅能爆出 0.6～0.7m。在上述初期支护的前提下对于这样的进尺根本不能满足工期要求和实际成本要求。

经过几个循环的实验，根据隧道钻爆中掏心创造临空面的基本原理，在12.5m2的开挖断面积中采取八字掏心法（如图 3所示），并增加掏心孔，每排5个孔计8排，且每个孔炸药量增加三分之一，成功的达到了每循环 2.3m的进尺要求，同时也满足了每天2个循环4.6m的进度与成本要求。

在层间涌水段的施工中,对于突发钻爆后的涌水所造成的损失及钻成孔中的涌水, 导致开挖断面每个钻孔均有水涌现,其中三分之一钻孔的涌水能把插入的钻杆冲出。断面水量用浮标法测得120m3/h。对此采取5m超前钻孔排水的方法，避免了再次爆后涌水造成的再次损失。钻孔涌水的炸药选用提前包装、并防水的岩石硝胺炸药。装药采取￠10钢筋捆绑炸药再加双雷管的方法。在拱顶如大雨的情况下，采取后勤的饮食、医疗、劳保的保证和增加开挖人员及进尺与报酬挂钩的组织和措施, 在层间涌水段的施工中每天保持着2.5个循环且每循环2.2m的进度。

图3 1#施工支洞钻爆布孔图

图4 1#施工支洞初期支护示意图

4 结 论

该隧洞穿过的二条断层及层间水地段，其施工难度取决于突发事件后的果断决策和组织、断层的性质、断层破碎带的宽度、填充物、含水性和断层活动性以及隧洞轴线和断层构造线方向的组合关系（正交、斜交或平行）。此外，与施工过程中围岩自身的承载能力给开挖后围岩自身的破坏程度、工序衔接的快慢、施工技术措施是否得当及施工作业面狭宽大小等，均有很大的关系。

只要决策果断、组织得力、勤细观察、措施正确、分工明确、责任到人、奖罚及时和分明，穿越不同断面积及不同性质的断层及有水岩层都可克服并能顺利通过。

虽说不可遇见的在 11.5 m2小开挖断面有如此长且如此复杂的地质状况，在二段扭曲、揉碎围岩的施工中,使原工期计划每天 5.5m的进尺要74.4m/5.5m计 13.5天完成, 实际 74.4m/4.6m计16.2m仅延期了2.7天。原计划每天不变成本4650元增加至5650元成本共计增加2700元，但是产值增加了 30多万。同时由于及时处理没有出现塌方和冒顶的事故,给业主减少了投资损失。更主要的是我们锻炼了队伍取得了一定宝贵的经验,同时在信誉程度上得到了业主及其他方面的认可和好评。