經驗介紹：大伙房水庫輸水工程D/B1施工段F3斷層技術總結
作者：鄭曉敏
1 F3斷層工程地質概況
F3斷層出露于主洞線進口地段的兔洞山一掛牌嶺一帶。斷層在洞室部位埋深約100m，切割梨樹溝組( K1l)、蓋縣組(Pt1 gx)及早元占代混合巖地層。由地表測得其產狀為101o<57o~67o，勘察鉆孑L揭露洞室部位其傾角為5o~ 20o。斷層破碎帶內巖石成分較復雜，顏色變化較大，主要組成物質為斷層碎裂巖、斷層角礫巖及構造蝕變巖。碎裂巖局部已成炭質碳酸鹽質泥巖，斷層角礫巖泥質膠結，較疏松，巖石整體強度低。角礫及碎塊礦物成分主要為長石、方解石，且結晶體局部反映錯動方向，可判定為逆斷層，斷層帶內巖石強風化，次生及隱微節(jié)理發(fā)育，變質現象較強。斷層面起伏粗糙，擦痕較明顯，并可見綠泥石，斷距不清。此斷層為區(qū)內一般斷裂中的大型壓扭性斷層，為該輸水工程五大斷裂之一，其圍巖極不穩(wěn)定，是該段難通過部位。
2 地質預報的應用
2.1 TSP203超前地質預報的應用
2.1.1 TSP預報情況
自2004年3月20號-2004年9月26號，由某單位采用TSP203對初入斷層段進行了三次超前地質預報，下面分別是三次預報的基本情況。
2.1.1.1第一次預報
預報時掌子面附近隧道地質情況：巖性為灰綠色凝灰質砂巖與紫紅色凝灰質泥巖，屬軟巖與較軟巖，強度低，巖體完整性差，局部滴水，圍巖局部穩(wěn)定性差設計此段為Ⅲb類圍巖。
由預報成果與開挖后實際情況對比：前60m預報與實際完全不符，且此次超前地質預報沒有預報出斷層的出露樁號，對水的預報與實際也完全不符，其他與實際基本吻合。
2.1.1.2第二次預報
該段測區(qū)已進入F3斷層帶中，巖性以炭質泥巖、斷層角礫巖為主，局部夾凝灰質泥巖，均為泥質膠結，較疏松，整體強度較低，屬軟巖，強風化，巖體完整性差。洞室干燥，圍巖極不穩(wěn)定，掉塊現象較嚴重，設計為V類圍巖。
此次預報結果與開挖后實際情況對比：圍巖狀況基本吻合，主要是在對水的地質解譯上與實際情況出入較大。
2.1.1.3第三次預報
該段測區(qū)在F3斷層帶中，巖性以斷層角礫巖、斷層碎裂巖為主，泥質膠結，較疏松，整體強度低，屬軟巖，強風化，巖體完整性差.洞室干燥，圍巖極不穩(wěn)定，掉塊及坍塌現象較嚴重。設計F3斷層即將結束，為V類圍巖。
此次超前地質預報結論與開挖后的實際情況基本吻合，而且在對水的地質解譯上與實際情況出入不大。
2.1.2 TSP預報總結
TSP203在預報過程中，其相關物理參數很難甚至不能反映不良地質體的性質、類型，只能近似反映。
TSP203預報的成果只能半定量地預報有沒有地下水，即只能預報是弱富水帶還是強富水帶，地下水是多水還是少水或無水．只能做出相對的評價。
TSP203預報解譯的關鍵技術是成果圖的解譯，不同人員，預報的精度會相差很大
2.2其他地質預報方法的應用
2.2．1 掌子面地質編錄預報法
參考勘察設計資科，通過對掌子面已揭露地質體（巖層或不良地質體)進行觀測和地質編錄，以已經開挖的洞室地質情況變化規(guī)律為參號，對掌子面前方延伸情況進行規(guī)律性的推斷對F3斷層每20m做一次地質預報．通過此種預報方法．及時掌握掌子面的地層產狀、巖性、構造，并對前方地質情況做出推斷
2.2.2超前鉆孔取芯法
在F3斷層開挖過程中，由于TSP未能及時到位預報，部分樁號地質情況不明，有富水的可能性，于是采用超前鉆孔取芯法。在洞室頂拱及兩個起拱線處打超前鉆，孔深均為30m，取芯共90m，對巖心進行分析，以此判斷掌子面前方30m范圍內的地質情況及富水情況。
超前鉆孔取芯法造價高、時間長，但其直接、準確，尤其對出水情況判斷更為直接，取得的巖心可進行各種室內實驗，以此確定最佳的施工方法、支護方式、防水處理、襯砌結構等。
2.2.3長鉆孔法
對TSP預報的富水帶，每一炮打鉆的同時，在頂拱及兩個起拱線三點處打三個5m深的鉆孔，此鉆孔不僅能短距離內探測富水情況，也可以作為爆破孔，下一個循環(huán)在三個鉆孔的基礎上繼續(xù)延伸，直到富水帶結束。這種方法不僅保證了施工的安全、不誤工，而且節(jié)省了投資。
3 斷層的開挖
a．開挖采用新奧法施工。依據V類圍巖密打孔、少裝藥、短進尺、強支護的施工原則，最大進尺1~1. 5m，針對自穩(wěn)時間較短采用多臺階方式開挖：周邊孔間距300mm、采用光爆藥（25 mm小藥卷），不耦合裝藥，導爆索串聯，瞬時齊發(fā)起爆。嚴格控制超欠挖，不
允許欠挖，超挖部分以噴混充填。
b．控制底板的開挖高程，避免開挖底板造成的高低不平產生積水。
c．主洞內靠風水管路側挖排水溝，且每隔150m設置積水井，設泥漿泵進行排水。
4 斷層的支護
a．F3斷層為V類圍巖，其支護遵循施工組織設計要求，上一道工序驗收合格后進行下一道工序。爆破排煙排險之后，量測開挖斷面，欠挖予以處理。施工地質人員進行地質編錄并繪出橫剖面圖及洞室展示圖.接著噴混凝土進行初期支護，立即薄噴一層C25混凝土，層厚3—5cm，予以封閉。
b．出完渣之后，測量進行系統(tǒng)錨桿點位放樣。
c．系統(tǒng)錨桿施工工藝：系統(tǒng)錨桿（長3. Om，∅25 mm）安裝間距0.8n．，梅花形布設，布設角度盡量垂直巖面，且在同一斷面上，保證錨桿的錨固深度，及錨固劑的充填量。YT28鑿巖機鉆孔至設計深度后用高壓風清孔，將單孔錨固劑設計數量（4個/m）放進水中浸泡1min左右（不再有氣泡逸出），迅速拿出塞入錨孔內，填滿后用鐵錘將錨桿擊入。
d．鋼格柵施工工藝：按設計圖紙加工制作鋼格柵。安裝鋼格柵之前，進行測量放樣，給定控制點，按照控制點進行安裝，格柵固定在系統(tǒng)錨桿上，安裝保證垂直度以及格柵的外形尺寸（設計開挖斷面尺寸），保證相鄰的鋼格柵間距為0. 5m。鋼格柵在架立后應與圍巖貼靠緊密，空隙采用鋼楔子楔緊；鋼支架接頭處施作鎖腳錨桿，每節(jié)格柵的連接處，采用幫條焊焊接工藝，鋼格柵必須打鎖腳錨桿（與系統(tǒng)錨桿相同參數）2根。相鄰鋼格柵之間用∅22mm鋼筋拉桿連接，頂拱間距1．Om，邊墻2.Om。
e．采取超前錨桿(3. 5m，∅25mm)的超前支護方式，超前錨桿仰角10o~15o布置在頂拱180。部位，間距一般為300mm.-.超前錨桿采用“先注漿后安裝錨桿”的程序進行施工。測量放點后，采用YYT226C型液壓鑿巖機鉆孔，孔徑為42mm，采用早強水泥砂漿進行滿孔注漿，并用鉆機或人工將錨桿插入孔底。錨桿尾部外露長度約10~ 15cm，洞段斷面的超前錨桿尾部置于鋼格柵腹部：超前錨桿縱向兩排的水平投影搭接長度不小于1. Om，且超前錨桿的尾部必須焊牢在鋼格柵上，排與排之間呈梅花形布設。
f-鋼筋網的網格采用∅8mm光圓鋼筋制作，@ 150mm×150mm，采取洞內現場綁扎的辦法，鋼筋網緊貼格柵和巖壁�；炷帘Ｗo層4cm。
g．待鋼格柵和鋼筋網支立綁扎完畢，在進行噴混之前，進行柵腳廢渣的清理，測量和監(jiān)理聯合驗收完畢，進行下一道工序。
h．噴混凝土：④噴混凝土之前，須用高壓風清掃受噴面，不宜用高壓水，巖石是炭質泥巖；⑥埋設控制噴混凝土厚度的標志；@噴頭與受噴面應垂直，宜保持0.6~1. Om的距離；③控制住噴頭處的工作風壓，保證在0. 4MPa，從而保證較小的回彈率；⑥噴射鋼架時，先
噴射鋼架和壁面之間的混凝土，待鋼架和壁面之間以及鋼架周圍填滿混凝土之后，再噴射鋼架之間的混凝土；①噴混之后的洞室斷面外表必須平順，滿足平整度的要求：(g待噴混結束3h之后，方可進行放炮作業(yè)。
5 斷層的監(jiān)控量測
5.1 現場監(jiān)控量測
5.1.1 量測工作概述
5.1.1.1 量測儀器及精度
該段隧道圍巖變形量測采用JSS30A型系列數顯收斂計。其量測范圍0.5~ 15m，測量精度0.Olmm。
5.1.1.2量測斷面布置與安裝
斷層段均為V類圍巖，其收斂觀測按每20m布置一個觀測斷面，采用三點三線法，對洞室拱頂及邊墻進行收斂變形量測。斷面測點布置詳見圖1。
測點拉環(huán)采用∅6mm光圓鋼筋；測點錨桿采用∅22mm螺紋鋼筋，長度120cm。加工、安裝見圖2。
5.1.2量測數據處理
a．填寫《圍巖收斂變形觀測記錄表》。
b．對量測數據隨時進行整理和分析，根據量測數據及時繪制周邊位移時態(tài)曲線和拱頂下沉位移時態(tài)曲線。
c．對收斂變形數據進行回歸分析，提出回歸函數，確定位移變化規(guī)律，推算最終位移值。
5.1.3量測成果的應用
5.1.3.1 施工控制與管理
實測周邊位移的相對值，并用回歸分析推算的最終位移相對值，按相關規(guī)范允許值進行分析，實測位移應控制在允許位移之內。
5.1.3.2現場監(jiān)控量測數據的處理與反饋
現場監(jiān)控量測的數據應進行歸納整理和分析，并及時上報、反饋各方；遇有特殊狀況，變形速率較大或變形量超出規(guī)范，應在采取緊急措施的同時，及時匯報。
5.1.3.3二次支護時機控制
該工程采用二次支護，后期襯砌支護的施作，在同時達到下列三項標準時進行：⑧隧洞周邊水平收斂速度小于0. 2mm/d．拱頂或底板垂直位移速度小于0.1 mm/d；⑥隧洞周邊水平收斂速度以及拱頂或底板垂直位移速度明顯下降；@隧洞位移相對值已達到總相對位移量的90%以上。
在監(jiān)測過程中，F3斷層收斂監(jiān)測數據均較穩(wěn)定，變形速率均很規(guī)律，未發(fā)生失穩(wěn)情況。
5.2永久監(jiān)控量測
在F3斷層處選取一處斷面，對其進行永久的監(jiān)控量測工作，包括對圍巖穩(wěn)定監(jiān)測、二襯斷面監(jiān)測等。
6 F3斷層技術總結
2004年12月1日，F3斷層順利通過，歷時近6個月，平安無事故。在F3斷層的開挖過程中，地質預報以TSP地質預報方法為主，掌子面、超前鉆孔及長鉆孔預報法為輔，多種預報方法緊密結合，有效地指導施工，確保了施工：的安全。從而可以看出地質預報系統(tǒng)在隧洞開挖中起到的重要作用。
在實際開挖中，F3斷層巖性以炭質泥巖、斷層角礫巖、斷層碎裂巖、構造蝕變巖等為主，局部夾凝灰質泥巖，均為泥質膠結，較疏松，整體強度低，屬軟巖，強風化。次生及隱微節(jié)理發(fā)育，節(jié)理面明顯可見擦痕，巖體完整性差，較破碎。洞室干燥，圍巖極不穩(wěn)定，掉塊現象較嚴重。在開挖及支護中嚴格遵守新奧法施工原則：V類圍巖施工密打孔、少裝藥、短進尺、強支護.延洞軸線，斷層破碎帶寬約280m，整個洞室一直干燥，這對施工非常有利，減少了不必要的支護措施及排水措施，且保證了施工的安全性
“新奧法”施工的三大支柱之一是現場監(jiān)控量測，在F3斷層段得到了充分的應用，指導后期襯砌工作，確保了施工期安全和后期施工質量.
F3斷層的順利通過與各種地質預報、施工方法及監(jiān)控量測方法的應用密不可分，同時也驗證了上述方法的優(yōu)缺點，總結該地下工程的規(guī)律和特點，為其他類似工程提供借鑒和指導。7【摘要】 大伙房水庫輸水工程施工段F3斷層的開挖及支護嚴格遵循新奧法，且在開挖過程中，各種地質預報方法及監(jiān)控量測得到了充分的應用，確保了施工的安全，提高了施工的工程質量，同時驗證了上述方法的優(yōu)缺點，本文對此進行了介紹，并對F3斷層技術進行了總結。
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