劉大群

(河北省水利水電勘測設(shè)計研究院,天津 300250)

秦皇島市引青濟秦輸水線路全長近 50km,由于線路長、工期短,為解決城市供水的燃眉之急,以洋河水庫為界,分為東、西兩線。桃林口水庫至洋河水庫為西線,其中西線西吳莊隧洞全長 5000余m,過水斷面 3.5m×2.9m,設(shè)計流量 20m3/s,由于地質(zhì)條件復(fù)雜、施工難度大,成為整條輸水線路的控制性工程。而長度僅 400余m的荊子峪溝,由于圍巖條件差、構(gòu)造集中且地下水豐富,成為整條隧洞的控制段。

1 地質(zhì)概況

1.1 地形地貌

引青濟秦輸水線路所處山區(qū)屬于燕山山脈,地形溝谷發(fā)育,相對高差大,依據(jù)地貌形態(tài)類型,劃分為構(gòu)造剝蝕中低山地形、剝蝕丘陵區(qū)及平原區(qū)。其中構(gòu)造剝蝕中低山地形,山體高大,巖石大部裸露,最高山峰海拔高程為 600m,相對高差 500m,是由太古界和較晚期中生界地層構(gòu)成,西吳莊隧洞穿越本區(qū)。

1.2 地層巖性

輸水線路主要出露地層有太古界、上元古界、中生界侏羅系和第四系地層及火成巖侵入體。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造與地震

輸水線路區(qū)域上處于燕遼沉降帶中部,燕山塊陷中部的二級構(gòu)造單元;冀東凸起和遼西凹陷的結(jié)合部。地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、鄰區(qū)地震較為頻繁。

西吳莊隧洞段揭露不同規(guī)模斷層 30余條,除F1斷裂外,其他斷裂規(guī)模較小。F1斷裂出露于小暖泉即隧洞進口段,區(qū)域構(gòu)造上稱為秦皇島—建昌營斷裂,其產(chǎn)狀為:走向 280°～290°傾向 S W,傾角 50°～70°,破碎帶寬 25～40m,屬深大斷裂。

西吳莊隧洞進口段正處于桃林口水庫壩址區(qū),歷史上從未發(fā)生過大于 4.75級地震,1976年 7月28日唐山 7.8級地震,震中烈度為 11度,影響壩區(qū)烈度為 6～7度。依據(jù)中國地震局制定、國家技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布的 《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》 (G B 18306—2001),秦皇島市地震動峰值加速度為0.10g,地震動反應(yīng)譜特征周期為 0.45s,相當于地震基本烈度 7度。

1.4 水文地質(zhì)

輸水線路通過地段的水文地質(zhì)條件,按地形、地貌、地下水埋藏條件和含水層性質(zhì),分為裂隙水和孔隙水兩種類型。西吳莊隧洞主要為第四系孔隙水和基巖裂隙水。

2 荊子峪溝工程地質(zhì)條件

荊子峪溝段樁號為:0+810～1+190,溝谷長度 380m,溝內(nèi)地勢平坦、寬闊。地表有一條季節(jié)性小河,水位埋深 8.3～10.50m,溝底高程 100m,隧洞頂板高程 84.4m。發(fā)育有三條斷裂 (f8,f9,f10),其位置在 0+815～1+043(圖 1)。

溝谷兩岸為 0～4m的坡積物,其成分為土加碎石,地表為 0.4～0.5m的亞黏土,其下為 6.30～15.40m厚的砂卵石。漂卵石徑大者 0.5m,一般2～3cm或者大于 10cm,其成分大部分以石英砂巖為主。滾圓度差,多呈扁平狀,無分選,無層次,并有黏土充填。具抽水試驗資料,滲透系數(shù)一般 K=0.1～0.026m/d。屬于微弱透水層。

下覆巖石以安山巖為主,除局部巖體完整性較好風(fēng)化程度呈弱風(fēng)化外,大部分巖石風(fēng)化程度為全風(fēng)化、強風(fēng)化。呈 2～5cm或小于 2cm碎塊,大部分并有夾泥充填,形成泥包石。節(jié)理裂隙發(fā)育,節(jié)理面平直光滑,受鐵錳質(zhì)侵染面呈紫紅色,節(jié)理面含泥膜,巖體完整性差。

整個溝谷寬度大、砂卵石厚度大,砂卵石屬于含水層,下部分巖石節(jié)理裂隙發(fā)育。自然增大了裂隙水的含量。在 Z K 29孔鉆進中,孔深 20m后漏水明顯,w=0.357L/dm,屬于較嚴重透水層。在溝內(nèi)對民井做的抽水試驗中,K=13.35m/晝夜。屬于較強透水層。洞室大部分屬于碎塊狀強風(fēng)化巖層,加之上覆巖石厚度薄,成洞條件極差。

僅從鉆孔資料分析如下。

0+010～0+930段成洞條件差。

0+913～1+007段洞室部位巖心呈柱狀。但洞頂板上覆巖石厚度僅 7.93m,僅為洞徑的 1.7倍,而且?guī)r芯采取率低,呈散粒狀,因此為使洞頂圍巖穩(wěn)定,應(yīng)采取切實的施工方法,以防洞室塌方甚至冒頂。

1+007～1+120段為擠壓破碎斷裂發(fā)育帶,地下水活動較強烈,屬于較嚴重透水層。

1+120～1+210段地下水活動明顯減弱,洞頂板圍巖厚度在 Z K 7孔部位已達 5.66m,由于節(jié)理裂隙發(fā)育,巖芯大部分呈碎塊狀。

荊子峪溝圍巖分類為 V類,堅固性系數(shù) f＜2。

圖1 西吳莊隧洞荊子峪溝地質(zhì)剖面

3 施工措施

荊子峪溝是整條隧洞的控制段,洞頂上覆圍巖厚度薄,完整程度差,地下水位高于基巖,雨季地表水通過砂卵石層補給裂隙水,地下水量增加更易形成塌方。鑒于此,施工中在實施光爆中,采用減少藥量、堅持短進尺,臨時支護采用掛網(wǎng)錨噴混凝土,在構(gòu)造集中巖體破碎且有夾泥充填并含地下水部位,支護方式采用超前錨桿噴射混凝土的聯(lián)合支護,并采用鋼骨肋及掛網(wǎng)錨噴混凝土形式,永久支護形式為鋼筋混凝土模筑。在整條溝谷的施工中,凡采用上述穩(wěn)扎穩(wěn)打的施工方法,都取得了非常明顯效果。

4 結(jié)語

引青濟秦輸水線路西線施工歷經(jīng) 13個月,荊子峪溝施工近 10個月,出現(xiàn)了幾次小的塌方,較大的塌方發(fā)生一次?？偨Y(jié)該段的施工,在深刻認識到,在上述的地質(zhì)條件下施工應(yīng)堅持小循環(huán)、短進尺,穩(wěn)扎穩(wěn)打,充分利用洞徑小的優(yōu)勢。即使在成洞條件差的部位,也可以避免出現(xiàn)較大的塌方。

另外,Ⅳ類、Ⅴ類圍巖,由于巖石破碎、構(gòu)造集中、成洞條件差,在開挖斷面不大的洞室中施工,采用超前錨桿噴射混凝土的聯(lián)合支護是有效的,鋼拱肋支護在超前錨桿與噴射混凝土之后使用,形成主動支護在前被動支護在后的聯(lián)合支護形式,會收到較好的效果。

[1]水利水電工程施工地質(zhì)勘察規(guī)程 (S L/T 313—2004)[S].

[2] 水利水電工程錨噴支護技術(shù)規(guī)范 (S L377—2007)[S].

[3] 水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計院主編.水利水電工程地質(zhì)手冊.北京:水利電力出版社,1985.