经验介绍：大伙房水库输水工程D/B1施工段F3断层技术总结

作者：郑晓敏

   1  F3断层工程地质概况

    F3断层出露于主洞线进口地段的兔洞山一挂牌岭一带。断层在洞室部位埋深约100m，切割梨树沟组( K1l)、盖县组(Pt1 gx)及早元占代混合岩地层。由地表测得其产状为101o<57o~67o，勘察钻孑L揭露洞室部位其倾角为5o~ 20o。断层破碎带内岩石成分较复杂，颜色变化较大，主要组成物质为断层碎裂岩、断层角砾岩及构造蚀变岩。碎裂岩局部已成炭质碳酸盐质泥岩，断层角砾岩泥质胶结，较疏松，岩石整体强度低。角砾及碎块矿物成分主要为长石、方解石，且结晶体局部反映错动方向，可判定为逆断层，断层带内岩石强风化，次生及隐微节理发育，变质现象较强。断层面起伏粗糙，擦痕较明显，并可见绿泥石，断距不清。此断层为区内一般断裂中的大型压扭性断层，为该输水工程五大断裂之一，其围岩极不稳定，是该段难通过部位。

2  地质预报的应用

2.1   TSP203超前地质预报的应用

2.1.1   TSP预报情况

    自2004年3月20号-2004年9月26号，由某单位采用TSP203对初入断层段进行了三次超前地质预报，下面分别是三次预报的基本情况。

2.1.1.1第一次预报

    预报时掌子面附近隧道地质情况：岩性为灰绿色凝灰质砂岩与紫红色凝灰质泥岩，属软岩与较软岩，强度低，岩体完整性差，局部滴水，围岩局部稳定性差设计此段为Ⅲb类围岩。

    由预报成果与开挖后实际情况对比：前60m预报与实际完全不符，且此次超前地质预报没有预报出断层的出露桩号，对水的预报与实际也完全不符，其他与实际基本吻合。

2.1.1.2第二次预报

    该段测区已进入F3断层带中，岩性以炭质泥岩、断层角砾岩为主，局部夹凝灰质泥岩，均为泥质胶结，较疏松，整体强度较低，属软岩，强风化，岩体完整性差。洞室干燥，围岩极不稳定，掉块现象较严重，设计为V类围岩。

    此次预报结果与开挖后实际情况对比：围岩状况基本吻合，主要是在对水的地质解译上与实际情况出入较大。

2.1.1.3第三次预报

    该段测区在F3断层带中，岩性以断层角砾岩、断层碎裂岩为主，泥质胶结，较疏松，整体强度低，属软岩，强风化，岩体完整性差.洞室干燥，围岩极不稳定，掉块及坍塌现象较严重。设计F3断层即将结束，为V类围岩。

    此次超前地质预报结论与开挖后的实际情况基本吻合，而且在对水的地质解译上与实际情况出入不大。

2.1.2   TSP预报总结

    TSP203在预报过程中，其相关物理参数很难甚至不能反映不良地质体的性质、类型，只能近似反映。

    TSP203预报的成果只能半定量地预报有没有地下水，即只能预报是弱富水带还是强富水带，地下水是多水还是少水或无水．只能做出相对的评价。

    TSP203预报解译的关键技术是成果图的解译，不同人员，预报的精度会相差很大

2.2其他地质预报方法的应用

2.2．1  掌子面地质编录预报法

    参考勘察设计资科，通过对掌子面已揭露地质体（岩层或不良地质体)进行观测和地质编录，以已经开挖的洞室地质情况变化规律为参号，对掌子面前方延伸情况进行规律性的推断对F3断层每20m做一次地质预报．通过此种预报方法．及时掌握掌子面的地层产状、岩性、构造，并对前方地质情况做出推断

2.2.2超前钻孔取芯法

    在F3断层开挖过程中，由于TSP未能及时到位预报，部分桩号地质情况不明，有富水的可能性，于是采用超前钻孔取芯法。在洞室顶拱及两个起拱线处打超前钻，孔深均为30m，取芯共90m，对岩心进行分析，以此判断掌子面前方30m范围内的地质情况及富水情况。

    超前钻孔取芯法造价高、时间长，但其直接、准确，尤其对出水情况判断更为直接，取得的岩心可进行各种室内实验，以此确定最佳的施工方法、支护方式、防水处理、衬砌结构等。

2.2.3长钻孔法

    对TSP预报的富水带，每一炮打钻的同时，在顶拱及两个起拱线三点处打三个5m深的钻孔，此钻孔不仅能短距离内探测富水情况，也可以作为爆破孔，下一个循环在三个钻孔的基础上继续延伸，直到富水带结束。这种方法不仅保证了施工的安全、不误工，而且节省了投资。

3  断层的开挖

    a．开挖采用新奥法施工。依据V类围岩密打孔、少装药、短进尺、强支护的施工原则，最大进尺1~1. 5m，针对自稳时间较短采用多台阶方式开挖：周边孔间距300mm、采用光爆药（25 mm小药卷），不耦合装药，导爆索串联，瞬时齐发起爆。严格控制超欠挖，不

允许欠挖，超挖部分以喷混充填。

    b．控制底板的开挖高程，避免开挖底板造成的高低不平产生积水。

    c．主洞内靠风水管路侧挖排水沟，且每隔150m设置积水井，设泥浆泵进行排水。

4  断层的支护

    a．F3断层为V类围岩，其支护遵循施工组织设计要求，上一道工序验收合格后进行下一道工序。爆破排烟排险之后，量测开挖断面，欠挖予以处理。施工地质人员进行地质编录并绘出横剖面图及洞室展示图.接着喷混凝土进行初期支护，立即薄喷一层C25混凝土，层厚3—5cm，予以封闭。

    b．出完渣之后，测量进行系统锚杆点位放样。

    c．系统锚杆施工工艺：系统锚杆（长3. Om，∅25 mm）安装间距0.8n．，梅花形布设，布设角度尽量垂直岩面，且在同一断面上，保证锚杆的锚固深度，及锚固剂的充填量。YT28凿岩机钻孔至设计深度后用高压风清孔，将单孔锚固剂设计数量（4个/m）放进水中浸泡1min左右（不再有气泡逸出），迅速拿出塞入锚孔内，填满后用铁锤将锚杆击入。

    d．钢格栅施工工艺：按设计图纸加工制作钢格栅。安装钢格栅之前，进行测量放样，给定控制点，按照控制点进行安装，格栅固定在系统锚杆上，安装保证垂直度以及格栅的外形尺寸（设计开挖断面尺寸），保证相邻的钢格栅间距为0. 5m。钢格栅在架立后应与围岩贴靠紧密，空隙采用钢楔子楔紧；钢支架接头处施作锁脚锚杆，每节格栅的连接处，采用帮条焊焊接工艺，钢格栅必须打锁脚锚杆（与系统锚杆相同参数）2根。相邻钢格栅之间用∅22mm钢筋拉杆连接，顶拱间距1．Om，边墙2.Om。

    e．采取超前锚杆(3. 5m，∅25mm)的超前支护方式，超前锚杆仰角10o~15o布置在顶拱180。部位，间距一般为300mm.-.超前锚杆采用“先注浆后安装锚杆”的程序进行施工。测量放点后，采用YYT226C型液压凿岩机钻孔，孔径为42mm，采用早强水泥砂浆进行满孔注浆，并用钻机或人工将锚杆插入孔底。锚杆尾部外露长度约10~ 15cm，洞段断面的超前锚杆尾部置于钢格栅腹部：超前锚杆纵向两排的水平投影搭接长度不小于1. Om，且超前锚杆的尾部必须焊牢在钢格栅上，排与排之间呈梅花形布设。

    f-钢筋网的网格采用∅8mm光圆钢筋制作，@ 150mm×150mm，采取洞内现场绑扎的办法，钢筋网紧贴格栅和岩壁。混凝土保护层4cm。

    g．待钢格栅和钢筋网支立绑扎完毕，在进行喷混之前，进行栅脚废渣的清理，测量和监理联合验收完毕，进行下一道工序。

    h．喷混凝土：④喷混凝土之前，须用高压风清扫受喷面，不宜用高压水，岩石是炭质泥岩；⑥埋设控制喷混凝土厚度的标志；@喷头与受喷面应垂直，宜保持0.6~1. Om的距离；③控制住喷头处的工作风压，保证在0. 4MPa，从而保证较小的回弹率；⑥喷射钢架时，先

喷射钢架和壁面之间的混凝土，待钢架和壁面之间以及钢架周围填满混凝土之后，再喷射钢架之间的混凝土；①喷混之后的洞室断面外表必须平顺，满足平整度的要求：(g待喷混结束3h之后，方可进行放炮作业。

5  断层的监控量测

5.1  现场监控量测

5.1.1  量测工作概述

5.1.1.1  量测仪器及精度

    该段隧道围岩变形量测采用JSS30A型系列数显收敛计。其量测范围0.5~ 15m，测量精度0.Olmm。

5.1.1.2量测断面布置与安装

断层段均为V类围岩，其收敛观测按每20m布置一个观测断面，采用三点三线法，对洞室拱顶及边墙进行收敛变形量测。断面测点布置详见图1。

    测点拉环采用∅6mm光圆钢筋；测点锚杆采用∅22mm螺纹钢筋，长度120cm。加工、安装见图2。

5.1.2量测数据处理

    a．填写《围岩收敛变形观测记录表》。

    b．对量测数据随时进行整理和分析，根据量测数据及时绘制周边位移时态曲线和拱顶下沉位移时态曲线。

    c．对收敛变形数据进行回归分析，提出回归函数，确定位移变化规律，推算最终位移值。

5.1.3量测成果的应用

5.1.3.1  施工控制与管理

    实测周边位移的相对值，并用回归分析推算的最终位移相对值，按相关规范允许值进行分析，实测位移应控制在允许位移之内。

5.1.3.2现场监控量测数据的处理与反馈

    现场监控量测的数据应进行归纳整理和分析，并及时上报、反馈各方；遇有特殊状况，变形速率较大或变形量超出规范，应在采取紧急措施的同时，及时汇报。

5.1.3.3二次支护时机控制

    该工程采用二次支护，后期衬砌支护的施作，在同时达到下列三项标准时进行：⑧隧洞周边水平收敛速度小于0. 2mm/d．拱顶或底板垂直位移速度小于0.1 mm/d；⑥隧洞周边水平收敛速度以及拱顶或底板垂直位移速度明显下降；@隧洞位移相对值已达到总相对位移量的90%以上。

    在监测过程中，F3断层收敛监测数据均较稳定，变形速率均很规律，未发生失稳情况。

5.2永久监控量测

    在F3断层处选取一处断面，对其进行永久的监控量测工作，包括对围岩稳定监测、二衬断面监测等。

6  F3断层技术总结

    2004年12月1日，F3断层顺利通过，历时近6个月，平安无事故。在F3断层的开挖过程中，地质预报以TSP地质预报方法为主，掌子面、超前钻孔及长钻孔预报法为辅，多种预报方法紧密结合，有效地指导施工，确保了施工：的安全。从而可以看出地质预报系统在隧洞开挖中起到的重要作用。

    在实际开挖中，F3断层岩性以炭质泥岩、断层角砾岩、断层碎裂岩、构造蚀变岩等为主，局部夹凝灰质泥岩，均为泥质胶结，较疏松，整体强度低，属软岩，强风化。次生及隐微节理发育，节理面明显可见擦痕，岩体完整性差，较破碎。洞室干燥，围岩极不稳定，掉块现象较严重。在开挖及支护中严格遵守新奥法施工原则：V类围岩施工密打孔、少装药、短进尺、强支护.延洞轴线，断层破碎带宽约280m，整个洞室一直干燥，这对施工非常有利，减少了不必要的支护措施及排水措施，且保证了施工的安全性

    “新奥法”施工的三大支柱之一是现场监控量测，在F3断层段得到了充分的应用，指导后期衬砌工作，确保了施工期安全和后期施工质量.

    F3断层的顺利通过与各种地质预报、施工方法及监控量测方法的应用密不可分，同时也验证了上述方法的优缺点，总结该地下工程的规律和特点，为其他类似工程提供借鉴和指导。7【摘要】  大伙房水库输水工程施工段F3断层的开挖及支护严格遵循新奥法，且在开挖过程中，各种地质预报方法及监控量测得到了充分的应用，确保了施工的安全，提高了施工的工程质量，同时验证了上述方法的优缺点，本文对此进行了介绍，并对F3断层技术进行了总结。