白鹤滩水电站隧洞施工地质工作探讨

孙广辉 王 鹏 洪望兵

（浙江华东建设工程有限公司，浙江杭州 310014）

白鹤滩水电站隧洞施工地质工作探讨

孙广辉 王 鹏 洪望兵

（浙江华东建设工程有限公司，浙江杭州 310014）

本文结合白鹤滩水电站隧洞施工地质工作和主要工程地质问题，探讨了施工地质工作思路与工作流程。梳理总结了地质巡视与观测、地质编录与测绘、地质预报与建议、取样与专项勘探、内业整理等地质工作主要方法。介绍了施工地质工作的技巧，包括合理利用地质记录卡片、引入管理思维、巧用手电筒、利用Excel和GeoStation等工具进行分析、内业工作的合理分类与编码等。供隧洞施工地质从业者参考。

施工地质；工作思路；工作流程；工作方法；工作技巧

施工地质是一种增值服务，对消除地质隐患、优化设计、选择合理的施工方法、保证工期、控制投资和保证工程正常运行具有重要意义［1］。施工地质是检验前期勘查成果、深化对工程地质条件和问题的认识过程，也是发现问题、分析问题、解决问题的过程。水电施工地质自工程筹建施工起至竣工验收止，贯穿于工程施工全过程［2］。工作周期长，内容繁杂，为了有效、快速地开展工作，应在相关规范的基础上形成一套完备且适应工程自身情况的流程和标准。

1 工程概况

白鹤滩水电站位于金沙江下游河段，为四个梯级水电站中的第二级，工程规模为大（1）型。电站地下洞室异常复杂庞大，包括主厂房、主变洞、尾闸室、尾调室4大地下洞室，导流洞、泄洪洞、引水洞、尾水洞等水工隧洞，交通洞、施工支洞、灌排洞、锚固观测洞、出线竖井及平洞、通风竖井及平洞等辅助洞室，大大小小的地下洞室上百条。地下洞室高度最大为116m（尾水调压室），最小为3.75m，宽度最大为49m（尾水调压室），最小为3m。断面形状以城门洞形为主，交通洞以三心圆形为主。

施工地质规范中明确了施工地质工作的主要内容，包括地质巡视、地质编录、试验和测试、地质预报、围岩评价、支护措施建议、围岩验收等［1-2］。

白鹤滩水电站地质条件复杂，工作面多，工作内容多，为切实有效地开展工作，自项目筹建以来，在人员管理、标准化流程、沟通交流制度等方面形成了一套相对有效的工作体系，满足了工程建设的需要。

2 隧洞主要工程地质问题

白鹤滩水电站属于中山峡谷地貌，岩层为单斜地层，地下洞室遇到了围岩变形、围岩破坏和渗水三大主要地质问题。

围岩变形是洞室开挖后由于应力释放，在洞室顶板、边墙产生弹性及塑性变形，如果应力超过强度，则会产生塑性变形。高边墙部位产生的变形要大于顶拱的变形。此类问题主要在深埋隧洞中，地下厂房区4大洞室及尾水洞、导流洞中围岩变形现象比较突出。

围岩破坏可以细分为应力控制型和结构面控制型。其中应力控制型破坏包括岩爆、片帮、破裂破坏、松弛垮塌，主要发育在深埋隧洞中，破坏后果严重；结构面控制型破坏包括块体破坏、沿结构面塌落等，分布广泛，最为常见，各类洞室内均有发育。

渗水问题也是隧洞中普遍存在的问题。主要沿断层和层间、层内错动带等结构面发育。表现为股状涌水、线状流水，以及渗、滴水等。

3 施工地质工作思路

地质工作是从点到线再到面，利用已知条件推导未知条件，从局部推整体，将今论古的过程。施工地质工作的核心思想是发现问题、消除地质隐患。按地质的归纳推理思维方式，结合定量计算的演绎推理思维方式，找出其科学的规律性［3］。在收集前期勘查资料的基础上，根据隧洞实际揭露的各种地质现象，辅以其他勘探手段，评价隧洞的围岩类别，分析可能发生的地质问题，与工程各参与方协商沟通，确保工程顺利开展。

施工地质工作过程中可以利用Excel表快速进行围岩类别的复核，采用地质三维软件（GeoStation）分析结构面的出露位置，引入管理思维，组建QC工作小组，解决工作中的问题，实施周例会制度，协商处理工程问题。

4 施工地质工作流程

规范［1］中规定施工地质工作遵循的基本流程如下：编制施工地质工作大纲，地质巡视，地质编录或测绘，地质观测、取样、试验及专项勘查，编写施工地质简报，提出地质预报与建议，参加地基、围岩、边坡处理方案及与地质条件相关的安全监测方案的研究，参加与地质有关的验收，资料整编与技术成果编制。

根据白鹤滩水电站的特点，施工地质工作增加周例会和技术交流工作。修改了规范［1］中施工地质工作流程图，见下页图。

施工地质工作流程可以在整个工程内循环，也可在单项工程或施工中某一部位，针对某一问题进行循环、反复进行［2］。

在编制施工地质工作大纲前，应收集可研阶段勘查资料，熟悉建筑物的布置、类型、功能等，针对可能出现的工程地质问题，提出重点工作方法和应对策略。

施工地质工作流程图

工程（技术）负责人召集有关人员根据工作大纲内容，选取代表性样本进行学习，统一认识，制定适合该工程的各类地质卡片、标准化图件等，统一工作流程以及内外业工作内容等；现场工作前需做好准备工作，检查各类工具是否齐全，包括地质锤、地质罗盘、放大镜、手电筒、相机、纸笔、巡视卡以及其他检测设备等。

5 施工地质工作方法

白鹤滩水电站隧洞施工地质的工作方法同规范中规定的方法一致，主要包括地质巡视与观测、地质预报与建议、地质编录与测绘、试验与专项勘探、内业整理等［1-2，4］。

5.1 地质巡视与观测

巡视与观测的内容为隧洞基本地质条件、主要工程地质问题、存在的安全隐患等。地质巡视与观测应跟踪开挖进程进行，视项目性质（永久主体工程、永久辅助工程、临时工程）和工程地质条件安排不同的巡视周期，地质条件发生变化时，加密或有针对性地进行巡视、观测，直至地质条件和问题全部查清。

5.2 地质编录与测绘

地质编录与测绘工作，宜随开挖过程逐块（段）进行，分层开挖的大型洞室应分层进行。对建筑物开挖形态、地层岩性、地质构造、风化、卸荷、水文地质、围岩类别、工程处理措施实施情况等内容翔实记录，对各类不利地质体和地质现象（包括围岩松动及变形、失稳、塌方、片帮、岩爆、弯曲等）重点描述，关键部位应进行摄像或录像，并整理归档。

5.3 地质预报与建议

根据施工地质工作获取的资料，进行围岩类别划分，预测下段围岩类别及可能出现的地质问题，如遇地质条件变化需修改设计参数时，或可能出现新的不良地质因素而影响建筑物安全时，应及时编制施工地质简报进行地质预报，并提出处理建议。紧急时也可先签署施工备忘录，后补充简报。

例如：左岸地下厂房顶拱含集块角砾岩的分布范围预测，导流洞岩爆地质预报及处理建议，2号公路隧洞用水特征及处理建议，隧洞层间错动带地质预报及处理建议，隧洞坍塌段原因及处理建议等。

5.4 试验与专项勘探

施工过程中可根据具体情况，对影响建筑物及洞室围岩稳定的软弱结构面和软弱岩土体的物理力学性质，在初步分析基础上，向业主、设计、监理单位提出需要试验要求。

施工揭示的地质条件与前期不一致且对设计方案或施工安全有重大影响，或出现新的工程与环境地质问题时，应提出专项勘查建议。

例如：层间错动带C2对左岸地下厂房影响重大，施工期揭露的C2与可研勘查略有差别，地质进行取样，并对其工程特征和力学参数进行复核。

矮子沟排水洞进口为基岩，施工至164m时，隧洞揭露覆盖层，对施工安全有重大影响，启动专项地质勘探，查明了覆盖层的成因机制及分布范围［5］。

5.5 内业整理

施工地质编录、试验等资料是工程重要的原始资料，是工程运行期间出现异常现象时分析和查找原因的重要依据，因此，施工地质人员应将收集的资料、施工地质日志、施工地质简报、地质编录和测绘的图纸、单项工程验收资料、长期观测资料、设计开挖支护修改通知单、上级批文、会议纪要、照片及标本等进行整理和归档。

6 施工地质工作技巧

施工地质是一项繁杂、零碎的工作［4］，要想提高工作效率，就需要一些工作技巧。

6.1 地质巡视工作技巧

巡视工作中往往遇到隧洞中爆破、出渣、喷浆等作业导致地质工作无法进行，或因单次巡视工作面较多、时间仓促等原因导致地质信息记录不全，出现返工的现象。

为解决这些问题，首先需与监理和承包商协调沟通，了解现场通风、照明、桩号标示等情况，其次应规划好工作路线，节省工作时间。为解决地质现象记录不全问题，可采用统一的地质记录卡，包括地质巡视卡、裂隙描述卡、断层描述卡等。为更好地开展巡视工作，还可以引入质量管理思维，针对某一问题或多个问题开展QC小组活动，采用头脑风暴法和专家会议法等，切实有效地解决问题。

6.2 地质编录工作技巧

白鹤滩水电站地下洞室数量庞大、类型繁杂，如大小洞室一起抓，没有主次，势必造成人员紧张，没有重点。需要对洞室进行分类处理，如辅助洞室，包括施工支洞、交通洞等临时建筑物以地质巡视为主，不进行系统编录，仅对重点部位，如封堵段、主要构造出露部位、交叉口段进行编录；过水隧洞和永久洞室进行全洞系统编录。

目前地质编录的趋势是基于近景摄影测量原理的数字摄影测量方法［6-7］。但新方法对现场条件要求比较苛刻，有时难以做到，工程中仍以传统工作方法为主。

对于大型洞室，由于隧洞跨度大、高度高，主要构造在一侧边墙发现，在另一侧边墙不宜查找，在顶拱轨迹线有时也不宜判别，可巧用手电筒予以解决。因白鹤滩水电站为单斜地层，地质构造多以平直为主，可利用手电筒在揭露点位置，根据构造走向照射至另一侧洞壁，在光源附近查找、定位，根据其视倾角照射顶拱部位，快速确定起拱线处揭露点，从而最终确定构造轨迹线。

对于Ⅳ类、Ⅴ类围岩，由于洞室成型差，设计往往要求及时支护，承包商每循环进行支护，地质人员如果每循环进行地质编录往往做不到。通常采用掌子面编录法，间隔在5m左右，重点关注顺洞向的陡倾角裂隙和缓倾角裂隙，以及规模较大的地质构造。根据掌子面的地质信息反推构造的轨迹线。这种方法适用于规模较小的排水洞和通风洞。

6.3 地质预报工作技巧

地质预报分为长期和短期地质预报两类，常用的方法有地面地质调查法、断层参数预测法和TSP等仪器探测法［8］。白鹤滩水电站可研做了大量勘查工作，主要地质问题基本查清，地质预报主要以断层参数预测法为主。

依托地质巡视和地质编录的基础资料，参考周边洞室主要构造的揭露点，采用GeoStation软件，生成三维面，再利用软件集成的剖面剖切工具就可以快速确定断层在隧洞中的出露位置。

对于高应力破坏的地质预报主要根据前期勘查经验，包括围岩破坏发生时隧洞埋深、构造、岩性等条件，结合数值模拟计算，进行综合预报。如洞室埋深大于300m洞段，层间错动带下盘20～40m范围内洞段、洞室轴向与大主应力垂直洞段、洞室靠江侧拱肩与靠山侧拱脚等均易发生应力型破坏。为进一步分析破坏的发展趋势，进行了变形监测，采用定期钻孔成像技术，比较直观地进行观测。

地质预报还有一项重要工作：确定隧洞的围岩类别。白鹤滩水电站结合工程实际，确定了一套以定性判别为主的围岩分类方法。定量判别则以水电围岩分类为主、Q系统和RMR分类为辅。采用Excel公式编辑，输入各种参数，可以快速得出围岩类别。

6.4 内业整理工作技巧

施工地质内业整理工作包括日常收集资料整理和竣工资料整理两大类。竣工资料一般都有标准化管理规定，日常资料无统一的要求和格式，仅是作为中间原始资料。

日常资料繁杂，加之人员更替，如不及时进行整理，后期整理难度将成倍增加。日常资料包括各种地质卡片、照片、录像、编录图、地质简报等。内业整理的总体原则为及时、准确、使用便捷。

各种资料应制定统一的编码规则，便于查找和使用。白鹤滩水电站内业整理按工程部位进行分类，巡视卡按桩号自小至大进行整理排序；照片命名格式应包括主要地质信息，如：资料类型+工程部位+桩号+日期+主要构造或地质问题（ZP-左岸地下厂房-左厂0+50-20160501-C2出露、顶拱坍塌）；节理裂隙外业编号以每百米为界命名，如：1-1（桩号0～100m内1号裂隙），2-2（桩号100～200m内2号裂隙）；新增断层、层内错动带，以构造类型+洞室代号+百米数+序号命名，例如：LSx①-1-1（左岸层内错动带，①泄洪洞桩号0～100m内1号）。

施工地质日志应记录翔实，包括工作目的、存在的问题、分析思路、结论和处理意见等，日志的命名也要尽量详细，便于后期查找。

7 结 语

a.施工地质是发现问题、分析问题、解决问题的过程，核心是发现问题、消除隐患。

b.施工地质是一项重要的工作，也是一项增值服务，尤其是特大型和巨型工程，施工地质为保障施工顺利进行起着至关重要的作用。

c.施工地质工作内容繁杂、零碎，应结合工程实际编制一套切合实际的工作流程和方法。

d.施工地质工作中，应积极探索新方法、新技术，吸取其他工程的经验教训，引入管理思维，利用各种工作技巧，快速有效地解决工程问题。

e.施工地质工作中应多与设计沟通，了解设计意图，还需与工程各方保持交流，跟踪施工动态，更好地服务于工程。

［1］ SL 313—2004水利水电工程施工地质勘察规程［S］.北京：中国水利水电出版社，2004.

［2］ NB／T 35007—2013水电工程施工地质规程［S］.北京：中国电力出版社，2013.

［3］ 张亚军.公路隧道施工地质工作的几点看法［J］.现代隧道技术，2007，44（5）：19-23.

［4］ 牟必伟.浅谈中小型水利水电工程施工地质工作［J］.中国高新技术企业，2013，258（15）：129-130.

［5］ 孙广辉，徐清明，金仁祥.矮子沟排水洞覆盖层成因及塌方原因分析［J］.华东工程技术，2014，35（4）：8-11.

［6］ 曾俊才，杨师东.施工地质编录新方探讨［J］.工程地质计算机应用，2002，24（1）：20-23.

［7］ 王正培.基于OpenGL的数字地质编录三维可视化研究［D］.南京：河海大学，2006.

［8］ 刘志刚，赵勇.隧道隧洞施工地质技术［M］.北京：中国铁道出版社，2001.

Discussion on construction geological work of tunnel on Baihetan hydropower station

SUN Guanghui，WANG Peng，HONG Wangbing
（Zhejiang Huadong Construction Engineering Co.，Ltd.，Hangzhou 310014，China）

In the paper，construction geological work of tunnel and main engineering geological issues of Baihetan hydropower station are combined for discussing construction geological work ideas and work process.Geological patrol and observation，geological record and mapping，geological prediction and suggestion，sampling and special exploration，indoor date sprocessing and other geological work main methods are sorted and summarized.Skills of construction geological techniques are introduced，including rational utilization of geological record card，introduction of management thinking，use of flashlight，use of Excel，GeoStation and other tools for analysis，rational classification and coding of indoor operation，etc.，which are used as reference for tunnel construction geological practitioners.

construction geology；working idea；working process；working methods；working skills

TV554

A

1673-8241（2016）09-0062-05

10.16617／j.cnki.11-5543／TK.2016.09.015