水工隧洞围岩分类研究

王晓初，刘鹏飞

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080)

1 概 述

1.1 研究背景及必要性

前期勘察阶段相对准确地确定围岩类别，是水工隧洞勘察工作的重点和难点，特别是深埋隧洞及长隧洞，在缺乏勘探、测试及试验资料的情况下，难以取得隧洞围岩分类所需要的岩体结构特性和地下水特性等指标，如：结构面状态、主要结构面产状及地下水状态等。因此，在勘察阶段相对准确确定隧洞围岩类别，在施工阶段通过超前地质预报等手段修正勘察阶段围岩分类成果，为隧洞施工开挖和支护提供技术支撑，具有十分重要的意义[1]。

1.2 隧洞勘察方法

1)收集资料：收集工程区既有区域地质、工程地质、水文地质及地震资料。了解隧洞工程区区域地貌及主要特征，区域地层及侵入岩特性和分布，区域地质构造特征，区域水文地质条件等。了解不良地质作用的类型、分布、发育与活动特点等。了解历史地震情况和工程区地震动参数。

2)地质调查与测绘：通过遥感和野外地质测绘手段，掌握隧洞进出口和隧洞通过地段地形地貌、地层岩性和地质构造条件。

3)地质钻探：提取地下岩土体的岩芯，通过岩芯观测、钻进情况分析、试验工作来判断地下的地质条件。项目有地层、岩性、坚硬程度、完整性、风化程度、接触关系、地质构造、地下水等。

4)工程物探：对工程采取地质勘察采用的物探方法主要有地震勘探和电法勘探，在地下水发育区采用电法勘探为宜。通过勘察可以了解覆盖层厚度、各风化带厚度、地质构造、赋水情况等。由于物探的局限性和资料成果的多解性，应结合钻探、坑探、地调等资料，进行物理力学指标的测定和岩土体分层分带探测论证。

5)竖井平硐：确有需要时选择的勘探方法，通过隧洞进出口的勘探平硐，更直观的掌握地层、岩性、坚硬程度、完整性、风化程度、接触关系、地质构造、地下水资料等，根据成洞条件精准进行围岩分类。

2 研究目的、内容及目标

2.1 研究目的

1)应用地质测绘、地质钻探、硐探及物探等综合勘察手段，查明水工隧洞进出口及隧洞沿线工程地质和水文地质条件，基本确定水工隧洞围岩类别。

2)加强施工期水工隧洞超前地质预报，及时调整围岩类别，为水工隧洞设计、施工和安全运行提供可靠的技术支撑。

2.2 研究内容

1)结合已有工程，分析勘察期与施工期隧洞围岩分类存在差异的原因。

2)提出隧洞勘察工作布置原则、勘察手段和方法。

3)提出施工期隧洞超前地质预报方法。

2.3 研究目标

采用综合勘察手段进行水工隧洞勘察，充分考虑施工安全，相对准确地确定围岩类别，通过超前地质预报及时对围岩类别进行修正，做到围岩分类准确，为隧洞设计、施工提供技术支撑。

3 技术路线

1)收集省内已有工程前期勘察设计资料、施工地质资料和省外水工隧洞超前地质预报资料。

2)分析勘察期和施工期围岩分类存在差别的原因。

3)提出水工隧洞勘察工作布置原则、方法和手段。

4)提出水工隧洞施工期超前地质预报方法的实用性、应用条件和预报工作布置原则。

5)聘请资深专家进行技术咨询，听取专家意见，总结专家经验，达到科学数据分析和专家经验相结合相统一的目的。

6)提出具有实际应用价值的水工隧洞综合勘察方法和超前地质预报手段，做到准确确定围岩类别的目的。

4 勘察期与施工期围岩分类对比分析

4.1 收集到的技术资料

收集到的技术资料：水利水电工程地质勘察报告2项、水利水电工程竣工地质报告2项，收集到的技术资料一览表，见表1。

表1 收集到的技术资料一览表

4.2 勘察期与施工期围岩分类对比分析

4.2.1 伊春市西山水库

黑龙江省伊春市西山水库坝址位于伊春市翠峦区西北1.5km处，是一座以防洪、供水为主，兼顾发电、灌溉的大Ⅱ型水利枢纽工程。挡水建筑物为黏土心墙堆石坝，坝顶高程290.50m，大坝总长961.35m，水库总库容1.45×108m3，正常蓄水位284.70m。工程等级属二等。

枢纽工程主要由拦河坝、右岸式溢洪道、引水隧洞、电站厂房等组成。引水隧洞长约360m，洞径5m。勘察期间在隧洞进口及稳压井各一孔，孔深分别为24m、43m。

伊春市西山水库引水隧洞围岩分类对比表，见表2。

表2 伊春市西山水库引水隧洞围岩分类对比表

4.2.2 穆棱市奋斗水库

奋斗水库行政区划属于黑龙江省穆棱市，距穆棱镇东南14.1km的穆棱河干流上游，是一座以供水为主，兼顾防洪、发电、灌溉等综合利用水库。水库正常蓄水位高程为382.0m，相应库容1.45×108m3，库长约7km[2]。

枢纽工程主要由拦河坝、左岸导流洞、左岸电站厂房、溢流坝等组成，拦河坝采用全断面碾压混凝土重力坝，坝顶高程385.90m，坝轴线全长406m。左岸导流洞长约412.2m，洞径6.44m。勘察期间在进口、洞身中点及出口各一孔，孔深分别为25m、50m、30m。

伊春市西山水库引水隧洞围岩分类百分比饼图，见图1；穆棱市奋斗水库左岸导流洞围岩分类百分比饼图，见图2；穆棱市奋斗水库左岸导流洞围岩分类对比表，见表3。

图1 伊春市西山水库引水隧洞围岩分类百分比饼图

图2 穆棱市奋斗水库左岸导流洞围岩分类百分比饼图

表3 穆棱市奋斗水库左岸导流洞围岩分类对比表

4.2.7 围岩分类存在差异原因分析

由于隧洞属于重大隐蔽工程，目前黑龙江水利设计院勘察手段有限，有很多未知和不确定因素，致使勘察期围岩分类与施工期围岩分类出入较大，经分析有以下原因：

1)勘察精度：①受勘察预算限制，隧洞洞身沿线不可能与大坝等建筑物做到一样的勘察精度进行钻探；②大部分隧洞洞身埋深较深，致使物探解译精度下降；③隧洞洞身通过地段大多分布残坡积层，通过地质测绘手段难以掌握隧洞沿线岩体的岩性、节理裂隙发育情况及特征；④由于钻探孔数不足，再加上孔内摄影等新技术未得到使用，致使对隧洞洞身岩体结构面组数、产状、充填情况及地下水等特征掌握不足，影响围岩分类准确性。

2)勘察手段：隧洞勘察手段有工程物探、地质钻探、坑探和取样试验。缺少平硐、孔内摄影和孔内声波测试等手段。

3)实践经验：①由于地质经验等原因，不同人对围岩分类有差异；②对于物探成果，经验不同的人分析解译差异较大；③由于隧洞施工责任重大，直接关系到施工人员的生命安全，为了安全起见加强了支护措施，施工期间人为地降低了围岩等级。

4)施工影响：①隧洞施工工期长，多数跨越一年四季，施工期地下水位及水量变化较大，丰水期地下涌水量大，节理裂隙工程地质条件变差，降低围岩等级；②隧洞施工多采用爆破，对洞径外原始围岩结构强度有一定的破坏作用，降低围岩等级；③施工方法、施工工艺、人力资源配置、机械配置、材料的选用，施工方案的制定等不同，对围岩支护措施不同，进而调整围岩等级。

4.3 提高围岩分类准确性的措施

1)提高勘察精度：①对长隧洞适当增加钻探工作；②勘察期间加强工程地质测绘，适当增加坑探；③洞身补充物探工作，增加物探精度；④对地质测绘及物探解译不利地段(如破碎带、鞍部、古河道、坑塘等)适当补充地质钻探工作。

2)丰富勘察手段：在工程物探、地质钻探、坑探和取样试验的基础上，增加平硐、孔内声波测试及孔内摄影等技术手段。

3)考虑施工安全：由于勘察期很难全面揭露围岩类型，施工期为了安全起见，建议勘察期围适当降低围岩类别。

4)加强超前预报：准确的超前地质预报成果，能够及时修正勘察期围岩确定的类别，使之更加符合实际情况。