下坂地引水洞施工中的岩爆与地下水问题处理研究

2014-04-02韩冬

黑龙江水利科技 2014年9期

韩冬

(新疆下坂地水利枢纽工程建设管理局，新疆喀什844000)

下坂地水利工程在2011年完成建设，并投入运行，引水洞是引水建筑物的主要部分，洞长是4 584 m，进口底板高度是2 905 m，设计的最大流量是每秒89.56 m3，最大的埋藏深度是1 300 m左右。沿途穿越了地层岩性为元古界闪黑云二长片麻岩及华力西期的片麻状黑云斜长花岗岩，整个山体都比较雄壮。由于引水洞洞线埋深比较大，因此经常容易发生岩爆，地下水问题也时有发生，排水困难，对于整个工程施工建造来说产生了很大的阻碍和影响。

1 工程区地质条件

下坂地水利工程是位于喀喇昆仑山的峡谷地区，工程旁边的河流宽度大概是在200以上，河床的高度超过了2 700 m，两岸的山峰高度也超过了4 000 m以上，这里地势险峻，植物稀少。下坂地沿途穿越了地层岩性为元古界闪黑云二长片麻岩及华力西期的片麻状黑云斜长花岗岩，整个山体都比较雄壮。在引水洞中，中段层不发育，断层的宽度一般是在1～25 cm，最大的宽度竟然达到了150 cm左右，里面填充有裂岩石、岩石碎屑、泥沙等物质，但是总体结构还是比较严密的。在这里个别断层的宽度甚至达到了十几米左右，最大的一个断层宽度为12.5 m。在下坂地施工过程中通过对引水洞进行施工挖掘，我们发现其中大小断层有将近90个，其中规模比较大的就有3个，由于受到渗水的影响，因此段层的稳定性较差。

2 引水洞主要的工程地质问题

2.1 岩爆问题

2.1.1 前期勘察阶段对岩爆的预测

引水洞发生岩爆主要和地应力有很大的关系，初期在勘察过程中，我们发下引水洞进口处的最大水平主应力是5.0～7.8 MPa，最小的水平主应力是3.5～4.0 MPa，随着引水洞勘察深度的增加，应力强度就越大，出口段的最大水平主应力是8.0～10.0 MPa，最小的水平主应力是5.0～7.1 MPa，最大的主应力方位角度是 260°～300°，平均水平为269.2°。因此通过前期的勘测以后，发现引水洞的埋深超过55 0m的洞段时，就会产生轻度岩爆，而在局部洞段就可能产生严重的岩爆问题。

2.1.2 施工期的岩爆发生特点

在施工期，需要对引水洞的地质情况进行复查，开始施工以后，前期的检测结果是正确的，岩爆的强度主要是中等岩爆，因此在施工过程中，由于挖掘深度的增加，那么发生岩爆的几率就扩大，因此对于工程施工来说，岩爆的发生对工程施工造成的影响就比较深刻［1］。同时由于受到地形条件因素的影响，在施工过程中必须采用进出口两个方面进行挖掘施工。下面我简单对上下游段的岩爆强度和分布特点进行介绍。

下游开挖过程中，我们发现岩爆的发生地点和形态特征和上游的比较略有区别，下游的岩爆发生主要发生在右壁拱脚以上和洞轴线之间，岩爆塌落以后的坑底主要呈现人字形，施工过程中，岩爆发生的时间也比较快，通常在半天之内就会发生，但是后期施工过程中岩爆发生的情况减少。

岩爆发生的原因是多方面的，主要和洞段所处的应力有关，当然也和段内的岩性和岩石性质等有关系，岩爆发生时就会造成塌方，在施工过程中，发现岩脉的两侧有一条比较明显的岩质变化带，其性质不稳定，用手一捏就会碎掉，在开挖以后随着岩爆的发生也会发生坍塌，这也是导致引水洞内部发生坍塌的又一个主要原因［2］。

2.2 地下水问题

引水洞内部的水流形态，通常是水滴状态，经过我们的勘测以后，我们在施工过程中，渗水会随着施工强度和深度的增加，从而减少，只有个别的还是比较急，而且在这里由于一年四季温度相当，因此基本上没有受到季节因素的影响，经过测算以后发现，洞内总的渗流量可以达到660 L/min。

引水洞中地下水是基层岩石裂缝产生的水流，主要是高山冰雪融化以后，通过裂缝进行渗流，以潜流的方式向河谷流入，经过我们前期和施工过程中的勘察以后，我们发现岩体质量越差时，那么取值就会越大，大的断层部位取1.0，经过折减以后，外水压力就会稍微高于或者是基本上和正常的内水压力持平，因此内水一般不会出现渗漏。

3 下坂地引水洞施工中的岩爆与地下水问题处理措施

3.1 受到岩爆影响的支护

1)临时支护，在施工之前，对于岩爆的发生提出相应的预防措施，比如加大装药量，通过采用超前锚杆的方式，可以有效地在部分洞段发挥预防作用，但是由于岩爆发生没有固定的原因和洞段，因此这种方法在使用过程中还存在很大的不确定性。通常下游段的岩爆预防处理，就是在施工过程中采用系统锚固的方法来防止岩爆的发生。在施工的中间段时，这里是岩爆的多发地点，在这里岩爆的发生会对整个施工过程和施工进程产生非常不利的影响，因此决定采用临时支护的方式，通过将用钢拱架加挂钢筋网并喷混凝土来实现临时支护。在中间的一段施工过程中，由于岩爆次数较多，且发生叫频繁，因此对于给施工过程中带来了不安全影响很大，那么为了确保施工过程的有序开展，确保施工人员的安全保障，最终决定采用混凝土灌浆的方式将塌方地段进行封堵，再重新进行施工挖掘，在整个施工过程中，这一段的施工量增大了很多，耗费时间也比较久［3］。

2)永久支护，岩爆对于设计后的混凝土衬砌施工没有造成很多的影响，问题的焦点主要表现在优化之后的喷锚支护方案施工过程中，因此对于不同的岩爆发生时，所采取的处理方式也不同，通常对岩石呈现碎片状的崩落采用喷射混凝土浇筑的方式进行处理，而对于有比较大和厚的岩石崩落时，通常次啊用喷射混凝土浇筑的方式和锚杆来实现共同作用。

3.2 排水处理

在施工过程中，由于地下水的产生和渗漏，对施工造成了很大的影响，因此一定要做好地下水的排水施工处理，上游施工过程中，主要是通过抽排的方式进行处理，距离最长的一段排水施工，抽水管道加到平行的三条管道来进行排水施工，之后上下游之间贯通，那么下游的水得到排放之后，上游的地下水就得到了缓解。在施工过程中，一定要根据实际情况设置排水系统，对于断层的出水点，通过采用软式水管进行排水，从而避免颗粒的流失。