张红纲

(浙江省水利水电勘测设计院,浙江 杭州 310002)

1 问题的提出

某引水工程位于浙东地区,工程从上虞某水库取水引至慈溪中西部地区,被列入省级重点建设项目。该工程勘察等级为甲级,工程引水线路全长近65 km,沿线输水建筑物有管道和隧洞,输水隧洞为有压隧洞,开挖洞径3.0 m,衬后洞径2.2m,输水管道管径1.6 m。该工程已于2007年8月竣工试运行,2007年10月正式交付使用,至今已安全运行超过3 a。以下结合工程对长距离引调水隧洞、管道勘察和施工中遇到的主要工程地质问题进行阐述。

2 前期勘察主要地质问题

2.1 输水隧洞勘察中的主要工程地质问题

该工程输水隧洞地貌形态上为中低山丘陵区。隧洞沿线地层岩性较复杂,主要通过地层有前震旦系陈蔡群变质岩系、侏罗系上统磨石山群酸性火山碎屑岩夹沉积岩以及第三系上新统玄武岩等。工程区位于扬子准地台钱塘江台褶带中常山～诸暨拱褶带的衢州～浦江拗褶断束东部,江山～绍兴深断裂和丽水～余姚深断裂之间,区内构造以断裂为主,褶皱不发育。工程区内出露的断层主要受江山～绍兴深断裂和丽水～余姚深断裂的控制。该工程共有8条隧洞,勘察中合理运用地质测绘、钻探、槽探等多种手段,查明了隧洞工程地质条件,为设计提供了详实的基础地质资料。

该工程隧洞的工程地质勘察工作:首先收集分析区域地质资料、结合线路踏勘进行初步地质测绘,大致掌握了引水线路总体工程地质条件;在此基础上,有针对性地合理布置勘探工作量。隧洞工程地质勘察的重点在于查明隧洞进出口、隧洞轴线特别是洞线穿越垭口、沟谷等不良地质洞段的工程地质条件,分析预测施工中可能发生塌方等不良地质洞段的分布。

通常情况下,选择洞线时,应尽量避开盆地、山谷等不良地形和砂卵石、溶洞、不稳定堆积体、地下水丰富以及软弱破碎带等不良地质条件地段。实际工程中,受其它外部因素的制约,隧洞无法避免某些工程地质条件差的不利地段,此时应提供合理的施工措施建议以确保施工安全和进度。具体到该工程,主要是2、5号隧洞工程地质条件复杂,2号隧洞须穿越上覆岩土体单薄的第三系上新统风化剧烈的玄武岩夹砂砾石层;5号隧洞沿线发育有横塘山字型构造带,该构造带由一系列弧形压性断裂和与其垂直张性断裂构成,断层带主要由断层角砾岩、挤压透镜体组成,且该构造带与洞线交角不大,一般为30～50°。2、5号隧洞工程地质条件差,隧洞施工难度大,但从工程总体布局上分析,该2段隧洞是最经济合理的选择。经过缜密的勘察工作和分析研究,认为这2处隧洞虽然工程地质条件不利于施工,但只要施工地质工作详细及时、施工临时支护措施准备得当,不会造成严重影响施工安全、进度的大坍方,隧洞从这2处通过方案可行。

2.2 管道勘察中的主要工程地质问题

该工程输水管道地貌形态上为山间丘陵区或冲海积平原。山间丘陵区管道地基土层一般以残坡积或坡洪积的中低压缩性土层为主,工程地质条件好,一般均可作为管道的天然地基持力层,平原区管道地基土均为高压缩性的软土,物理力学性质相对较差,需经过适当的处理后方可埋设管道。

该工程管道沿线河网密布、公路众多,管道通过河流或公路设计多采用管桥跨越或顶管、倒虹吸穿越,因此该工程管道勘察的重点是查明上述管道与河流、公路交叉地段的工程地质条件;勘察手段以钻探结合静力触探为主。

3 施工中的主要工程地质问题

3.1 隧洞施工中的主要工程地质问题

由于客观地质环境的复杂性与受当前勘察技术水平和有限的勘察工作的制约,前期地质勘察资料与工程实际地质条件难免有所出入。因此,相对于管道施工而言,隧洞施工的不可预见的地质风险及由此带来的施工难度和工期都有很大的不确定性,隧洞施工无疑是长距离引调水工程的重点环节。为确保隧洞施工顺利开展,要求隧洞施工阶段应特别重视施工地质工作,加强隧洞施工中的地质超前预报,指导施工单位采取合理及时的支护措施。

目前隧洞施工中的地质超前预报方法很多,主要有掌子面地质素描法、超前平行导洞法、超前钻孔法、地质雷达勘探法、TSP法等,受各种条件的限制,不同的地质超前预报方法有各自的优缺点。掌子面地质素描法是施工时及时对掌子面揭露的地质情况进行现场地质编录,依据编录的地质成果结合前期勘察资料,综合分析推断掌子面前方的地质条件。相对于其它几种方法,掌子面地质素描法获取的地质信息真实可靠,基本不占用隧洞施工工期,不干扰施工,设备简单,成本小,预报效果好,能为整个隧洞提供完整的地质资料。该方法也是浙江省目前隧洞施工地质工作中比较常用的超前地质预报方法。该工程亦采用此方法指导施工。

该工程地质条件复杂的2、5号隧洞是施工的难点洞段。实际施工中,2号隧洞围岩为风化剧烈的玄武岩夹砂砾石层,且洞顶上覆岩土体厚度只有10～20 m,隧洞施工中采取了洞顶地面排水,消除地表水对洞身的不良影响,洞内弱爆破短进尺开挖,开挖循环进尺控制在0.8～1.0 m,开挖结束后,立即喷5 cm厚的C25混凝土封闭洞身岩面,作为临时支护;之后采用格栅拱架加系统锚网喷的支护方法。5号隧洞受横塘山字型构造带影响,发育一系列断层破碎带,施工中遇到断层时,严格采用 “短进尺、弱爆破、强支护、多循环”的施工方式,成功地解决了穿越断层时可能出现的大范围坍塌、冒顶等大变形问题。

3.2 管道施工中的主要工程地质问题

相对于引水隧洞施工,管道施工相对难度不大,施工工期也容易控制,管道施工的重点难点环节主要体现在跨越河道或公路地段。

该工程施工中,在管道穿越湖、塘、江时由于施工单位前期不重视对场地地质条件的分析,导致采取的施工工艺、措施考虑不完备,给施工造成了一些不必要的返工现象。湖塘江河道宽约30 m,设计采用顶管方式穿越。该处地层从上到下大致分为粉质黏土、淤泥质土、砂砾石,其中淤泥质土中夹有1层厚度5 m左右的粉土层,设计两侧顶管工作沉井及顶管位置均在该粉土层中。沉井施工时,施工单位盲目赶工期,沉井冲水下沉速度过快,导致沉井底部粉土层发生管涌,沉井沉到设计底高程后发生倾斜。经现场综合分析研究,采用了对该层粉土先注浆加固,而后再进行沉井纠偏、顶管的施工方案。实施后,施工进展顺利。

4 结 语

长距离引调水工程隧洞的勘察工作应该在收集分析区域地质条件的基础上,有针对性地合理布置勘探工作量。重点查明隧洞进出口、隧洞轴线特别是洞线穿越垭口、沟谷等不良地质洞段的工程地质条件,为设计方案的选择以及后期施工顺利开展提供重要的基础参考资料。管线勘察的重点环节在于管线穿越江河、公路地段的地质条件探测研究。

在隧洞施工时应高度重视施工地质工作,对勘测设计资料进行全面研究,并随时加以验证和补充。该工程采用掌子面地质素描法进行隧洞超前地质预报,实践证明该方法取得的地质信息真实可靠。该工程实践表明,不良地质洞段施工时,在加强施工地质工作的基础上,只有采取合理的开挖工序和及时的支护措施,才能达到预期的效果。

跨越河道或公路地段复杂地质条件下管线施工时,施工方案的制定应该充分考虑实际工程地质条件,切不可盲目施工。