下坂地引水洞施工中的巖爆與地下水問題處理研究

韓 冬

(新疆下坂地水利樞紐工程建設(shè)管理局，新疆喀什844000)

下坂地水利工程在2011年完成建設(shè)，并投入運(yùn)行，引水洞是引水建筑物的主要部分，洞長是4 584 m，進(jìn)口底板高度是2 905 m，設(shè)計(jì)的最大流量是每秒89.56 m3，最大的埋藏深度是1 300 m左右。沿途穿越了地層巖性為元古界閃黑云二長片麻巖及華力西期的片麻狀黑云斜長花崗巖，整個(gè)山體都比較雄壯。由于引水洞洞線埋深比較大，因此經(jīng)常容易發(fā)生巖爆，地下水問題也時(shí)有發(fā)生，排水困難，對(duì)于整個(gè)工程施工建造來說產(chǎn)生了很大的阻礙和影響。

1 工程區(qū)地質(zhì)條件

下坂地水利工程是位于喀喇昆侖山的峽谷地區(qū)，工程旁邊的河流寬度大概是在200以上，河床的高度超過了2 700 m，兩岸的山峰高度也超過了4 000 m以上，這里地勢(shì)險(xiǎn)峻，植物稀少。下坂地沿途穿越了地層巖性為元古界閃黑云二長片麻巖及華力西期的片麻狀黑云斜長花崗巖，整個(gè)山體都比較雄壯。在引水洞中，中段層不發(fā)育，斷層的寬度一般是在1～25 cm，最大的寬度竟然達(dá)到了150 cm左右，里面填充有裂巖石、巖石碎屑、泥沙等物質(zhì)，但是總體結(jié)構(gòu)還是比較嚴(yán)密的。在這里個(gè)別斷層的寬度甚至達(dá)到了十幾米左右，最大的一個(gè)斷層寬度為12.5 m。在下坂地施工過程中通過對(duì)引水洞進(jìn)行施工挖掘，我們發(fā)現(xiàn)其中大小斷層有將近90個(gè)，其中規(guī)模比較大的就有3個(gè)，由于受到滲水的影響，因此段層的穩(wěn)定性較差。

2 引水洞主要的工程地質(zhì)問題

2.1 巖爆問題

2.1.1 前期勘察階段對(duì)巖爆的預(yù)測(cè)

引水洞發(fā)生巖爆主要和地應(yīng)力有很大的關(guān)系，初期在勘察過程中，我們發(fā)下引水洞進(jìn)口處的最大水平主應(yīng)力是5.0～7.8 MPa，最小的水平主應(yīng)力是3.5～4.0 MPa，隨著引水洞勘察深度的增加，應(yīng)力強(qiáng)度就越大，出口段的最大水平主應(yīng)力是8.0～10.0 MPa，最小的水平主應(yīng)力是5.0～7.1 MPa，最大的主應(yīng)力方位角度是 260°～300°，平均水平為269.2°。因此通過前期的勘測(cè)以后，發(fā)現(xiàn)引水洞的埋深超過55 0m的洞段時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生輕度巖爆，而在局部洞段就可能產(chǎn)生嚴(yán)重的巖爆問題。

2.1.2 施工期的巖爆發(fā)生特點(diǎn)

在施工期，需要對(duì)引水洞的地質(zhì)情況進(jìn)行復(fù)查，開始施工以后，前期的檢測(cè)結(jié)果是正確的，巖爆的強(qiáng)度主要是中等巖爆，因此在施工過程中，由于挖掘深度的增加，那么發(fā)生巖爆的幾率就擴(kuò)大，因此對(duì)于工程施工來說，巖爆的發(fā)生對(duì)工程施工造成的影響就比較深刻［1］。同時(shí)由于受到地形條件因素的影響，在施工過程中必須采用進(jìn)出口兩個(gè)方面進(jìn)行挖掘施工。下面我簡單對(duì)上下游段的巖爆強(qiáng)度和分布特點(diǎn)進(jìn)行介紹。

下游開挖過程中，我們發(fā)現(xiàn)巖爆的發(fā)生地點(diǎn)和形態(tài)特征和上游的比較略有區(qū)別，下游的巖爆發(fā)生主要發(fā)生在右壁拱腳以上和洞軸線之間，巖爆塌落以后的坑底主要呈現(xiàn)人字形，施工過程中，巖爆發(fā)生的時(shí)間也比較快，通常在半天之內(nèi)就會(huì)發(fā)生，但是后期施工過程中巖爆發(fā)生的情況減少。

巖爆發(fā)生的原因是多方面的，主要和洞段所處的應(yīng)力有關(guān)，當(dāng)然也和段內(nèi)的巖性和巖石性質(zhì)等有關(guān)系，巖爆發(fā)生時(shí)就會(huì)造成塌方，在施工過程中，發(fā)現(xiàn)巖脈的兩側(cè)有一條比較明顯的巖質(zhì)變化帶，其性質(zhì)不穩(wěn)定，用手一捏就會(huì)碎掉，在開挖以后隨著巖爆的發(fā)生也會(huì)發(fā)生坍塌，這也是導(dǎo)致引水洞內(nèi)部發(fā)生坍塌的又一個(gè)主要原因［2］。

2.2 地下水問題

引水洞內(nèi)部的水流形態(tài)，通常是水滴狀態(tài)，經(jīng)過我們的勘測(cè)以后，我們?cè)谑┕み^程中，滲水會(huì)隨著施工強(qiáng)度和深度的增加，從而減少，只有個(gè)別的還是比較急，而且在這里由于一年四季溫度相當(dāng)，因此基本上沒有受到季節(jié)因素的影響，經(jīng)過測(cè)算以后發(fā)現(xiàn)，洞內(nèi)總的滲流量可以達(dá)到660 L/min。

引水洞中地下水是基層巖石裂縫產(chǎn)生的水流，主要是高山冰雪融化以后，通過裂縫進(jìn)行滲流，以潛流的方式向河谷流入，經(jīng)過我們前期和施工過程中的勘察以后，我們發(fā)現(xiàn)巖體質(zhì)量越差時(shí)，那么取值就會(huì)越大，大的斷層部位取1.0，經(jīng)過折減以后，外水壓力就會(huì)稍微高于或者是基本上和正常的內(nèi)水壓力持平，因此內(nèi)水一般不會(huì)出現(xiàn)滲漏。

3 下坂地引水洞施工中的巖爆與地下水問題處理措施

3.1 受到巖爆影響的支護(hù)

1)臨時(shí)支護(hù)，在施工之前，對(duì)于巖爆的發(fā)生提出相應(yīng)的預(yù)防措施，比如加大裝藥量，通過采用超前錨桿的方式，可以有效地在部分洞段發(fā)揮預(yù)防作用，但是由于巖爆發(fā)生沒有固定的原因和洞段，因此這種方法在使用過程中還存在很大的不確定性。通常下游段的巖爆預(yù)防處理，就是在施工過程中采用系統(tǒng)錨固的方法來防止巖爆的發(fā)生。在施工的中間段時(shí)，這里是巖爆的多發(fā)地點(diǎn)，在這里巖爆的發(fā)生會(huì)對(duì)整個(gè)施工過程和施工進(jìn)程產(chǎn)生非常不利的影響，因此決定采用臨時(shí)支護(hù)的方式，通過將用鋼拱架加掛鋼筋網(wǎng)并噴混凝土來實(shí)現(xiàn)臨時(shí)支護(hù)。在中間的一段施工過程中，由于巖爆次數(shù)較多，且發(fā)生叫頻繁，因此對(duì)于給施工過程中帶來了不安全影響很大，那么為了確保施工過程的有序開展，確保施工人員的安全保障，最終決定采用混凝土灌漿的方式將塌方地段進(jìn)行封堵，再重新進(jìn)行施工挖掘，在整個(gè)施工過程中，這一段的施工量增大了很多，耗費(fèi)時(shí)間也比較久［3］。

2)永久支護(hù)，巖爆對(duì)于設(shè)計(jì)后的混凝土襯砌施工沒有造成很多的影響，問題的焦點(diǎn)主要表現(xiàn)在優(yōu)化之后的噴錨支護(hù)方案施工過程中，因此對(duì)于不同的巖爆發(fā)生時(shí)，所采取的處理方式也不同，通常對(duì)巖石呈現(xiàn)碎片狀的崩落采用噴射混凝土澆筑的方式進(jìn)行處理，而對(duì)于有比較大和厚的巖石崩落時(shí)，通常次啊用噴射混凝土澆筑的方式和錨桿來實(shí)現(xiàn)共同作用。

3.2 排水處理

在施工過程中，由于地下水的產(chǎn)生和滲漏，對(duì)施工造成了很大的影響，因此一定要做好地下水的排水施工處理，上游施工過程中，主要是通過抽排的方式進(jìn)行處理，距離最長的一段排水施工，抽水管道加到平行的三條管道來進(jìn)行排水施工，之后上下游之間貫通，那么下游的水得到排放之后，上游的地下水就得到了緩解。在施工過程中，一定要根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置排水系統(tǒng)，對(duì)于斷層的出水點(diǎn)，通過采用軟式水管進(jìn)行排水，從而避免顆粒的流失。

4 結(jié)語

在下坂地引水洞施工過程中，最明顯的兩個(gè)問題就是巖爆和地下水，因此對(duì)引水洞的地質(zhì)條件進(jìn)行準(zhǔn)確的了解，對(duì)于巖爆和地下水發(fā)生原因進(jìn)行準(zhǔn)確的分析，從而做好巖爆和地下水的控制和預(yù)防，通過此次施工過程，能夠?qū)r爆和地下水的預(yù)防形成一定的處理措施，對(duì)于以后的引水洞施工過程中做好預(yù)防工作有著很重要的促進(jìn)作用。

［1］張小輝.下坂地引水洞施工中的巖爆與地下水問題處理研究［J］.陜西水利，2012(11):103-104.

［2］余義華，巴合提瓦爾·馬蘇爾.淺論水利樞紐工程引水發(fā)電洞洞挖巖爆處理［J］.水利水電技術(shù)，2008，39(10):121-122.

［3］張弘.下坂地水利樞紐工程引水發(fā)電洞施工中巖爆特點(diǎn)及現(xiàn)場處理方案［J］.水利水電技術(shù).2012(10):60-62.