王義偉,蒲來春

(1.北京國電水利電力工程有限公司 地質(zhì)處,北京 100024;2.北京振沖工程股份有限公司,北京 100024)

1 前言

在隧道勘測設(shè)計階段,對隧道沿線進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查、鉆孔勘探,由于鉆孔相隔一定的距離進(jìn)行地質(zhì)取樣,加上長引水隧洞地質(zhì)情況的復(fù)雜和多樣性,難以全面準(zhǔn)確掌握隧道沿線的地質(zhì)概況,只作為隧道預(yù)設(shè)計的依據(jù),在開挖過程中作為施工前參考。因此在隧道開挖過程中暴露出的圍巖才是最真實的圍巖狀況,必須注意工作面圍巖狀況,進(jìn)行綜合地質(zhì)編錄,做出施工記錄,推斷前方圍巖狀況,指導(dǎo)施工避免發(fā)生工程事故。

2 編錄對象和內(nèi)容

隧道施工地質(zhì)編錄主要對象為每個開挖循環(huán)的巖面,包括前方掌子面、邊墻、頂拱、底板。具體的編錄內(nèi)容包括四個方面。

2.1 工程地質(zhì)

工程地質(zhì)編錄內(nèi)容包括掌子面全部巖層層位、層序、巖層組合以及各層巖石的巖性、厚度、產(chǎn)狀,對特殊巖層如軟弱夾層、隔水層中的透水層或透水層中的隔水層等應(yīng)進(jìn)行重點(diǎn)調(diào)查。

2.2 構(gòu)造地質(zhì)

構(gòu)造地質(zhì)編錄的內(nèi)容主要包括斷層及其破碎帶,背斜、向斜褶皺,節(jié)理等的調(diào)查。地質(zhì)編錄中尤其應(yīng)注意對斷層及斷層破碎帶的編錄,對其類型、結(jié)構(gòu)、組成、寬度、含水及與隧道的位置關(guān)系等情況均應(yīng)詳細(xì)記錄。

2.3 水文地質(zhì)

隧道水文地質(zhì)的編錄主要指掌子面的滲水、滴水、涌水、大涌水情況,水量水壓情況,補(bǔ)給情況等。

3 編錄方法和程序

地質(zhì)編錄的主要方法是地質(zhì)素描和數(shù)碼照相。在編錄過程中,必須遵循一定的原則和步驟。

3.1編錄原則

(1)統(tǒng)一的原則

在編錄工作中,每個人必須嚴(yán)格遵守統(tǒng)一的原則,對素描涉及的許多具體問題按照統(tǒng)一的規(guī)定執(zhí)行。如統(tǒng)一巖石的名稱、地層劃分標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一比例尺、圖例、圖表格式、圖幅、坐標(biāo)、編錄方法等,確保其通用性和可讀性。

(2)正確性

文字描述和圖件素描應(yīng)正確反映實際地質(zhì)情況,并且簡明扼要,突出重點(diǎn)。

(3)及時性

編錄必須在現(xiàn)場進(jìn)行,并且在每一開挖循環(huán)結(jié)束后及時進(jìn)行,禁止事后素描。

3.2 編錄工具

進(jìn)行地質(zhì)編錄前,應(yīng)準(zhǔn)備好地質(zhì)編錄的工具。具體如下:①地質(zhì)羅盤(或袖珍型地質(zhì)經(jīng)緯儀);②地質(zhì)錘;③放大鏡;④礦燈;⑤繪圖紙、繪圖板(或地質(zhì)記錄簿)和鉛筆橡皮;⑥數(shù)碼相機(jī);⑦鋼卷尺;⑧皮尺。

3.3 編錄步驟和程序(現(xiàn)場、記錄、數(shù)據(jù)處理)

3.3.1 地質(zhì)編錄準(zhǔn)備

(1)地質(zhì)編錄人員應(yīng)準(zhǔn)備好編錄工具、圖紙,了解一下上次編錄的里程、地質(zhì)條件,并繪出本次編錄隧道輪廓:中心線、樁號、高程及洞向等。

圖1 地質(zhì)素描編錄工作程序流程

(2)通知現(xiàn)場施工人員在編錄地段側(cè)壁標(biāo)明里程和高程,便于地質(zhì)預(yù)報人員素描。

(3)現(xiàn)場施工人員應(yīng)對圍巖面采用風(fēng)或水進(jìn)行吹洗,保證地質(zhì)編錄人員能看清巖面層理、構(gòu)造等。

3.3.2 地質(zhì)編錄

(1)到達(dá)地質(zhì)編錄地點(diǎn)后,首先找到標(biāo)示的里程和高程,將皮尺拉開置于邊墻下,確定地質(zhì)編錄段里程和高程。

(2)編錄前,應(yīng)先對編錄段隧道整體進(jìn)行詳細(xì)觀察,了解其構(gòu)造、巖層巖性、水文情況等,確定節(jié)理、裂隙、斷層等重點(diǎn)編錄對象。

(3)正式編錄時,采用坐標(biāo)紙按統(tǒng)一的比例記錄。先對確定的重點(diǎn)部位進(jìn)行如實的素描,素描內(nèi)容如前述,然后以此為參照再對其它部位進(jìn)行認(rèn)真素描。對于素描對象的說明采用記錄簿單獨(dú)記錄,完成后采用數(shù)碼相機(jī)拍照記錄,在危險地段編錄時,宜先進(jìn)行拍照,再編錄重點(diǎn)部位。

(4)編錄過程中,需對圍巖巖石準(zhǔn)確核準(zhǔn)定名,然后依據(jù)軟硬巖的代表性巖石,將其粗略劃分(需要對強(qiáng)度精確分級時采集巖石樣品進(jìn)行飽和單軸極限抗壓強(qiáng)度測試),接下來根據(jù)物探成果判斷素描段與構(gòu)造體的位置關(guān)系并確定受地質(zhì)構(gòu)造影響的程度。節(jié)理發(fā)育程度的確定主要是通過對圍巖面節(jié)理組數(shù)、類型、間距、閉合度、和填充物等內(nèi)容。巖體結(jié)構(gòu)類型及特征則通過隧道兩壁、掌子面上的圍巖完整狀態(tài)、結(jié)構(gòu)面的間距、性質(zhì)、張開度、和填充程度等的觀測確定。圍巖開挖后的穩(wěn)定狀態(tài),根據(jù)圍巖是否出現(xiàn)掉塊、內(nèi)鼓等巖石變形特征的調(diào)查來確定,最后確定水文條件和巖溶發(fā)育狀況。

3.3.3 地質(zhì)編錄數(shù)據(jù)處理

(1)完成現(xiàn)場地質(zhì)編錄后,及時將編錄成果編號,然后輸入電腦,同時將圖紙歸檔保存。

(2)根據(jù)地質(zhì)編錄圖,結(jié)合地質(zhì)構(gòu)造原理和設(shè)計提供的地質(zhì)資料,判斷掌子面前方的地質(zhì)條件,并確定圍巖級別。

(3)對于每一次地質(zhì)編錄的結(jié)果均應(yīng)及時整理,如出現(xiàn)異常情況則每天應(yīng)向主管領(lǐng)導(dǎo)匯報,報告內(nèi)容應(yīng)包括預(yù)測分析報告、素描圖、素描圖說明、圍巖級別判定卡。

3.3.4 注意事項

(1)地質(zhì)素描必須在現(xiàn)場進(jìn)行,不得根據(jù)回憶繪制和編寫。

(2)素描一律采用寫實的方法,記錄方式、比例、圖例應(yīng)統(tǒng)一。

(3)拍照時應(yīng)將重點(diǎn)部位和尺子均納入鏡頭,便于判讀。

(4)地質(zhì)編錄應(yīng)在每次出碴后與掌子面測量同步進(jìn)行,盡量減少對施工的干擾。

(5)編錄時,應(yīng)保持圍巖面清潔,便于觀察。

4 地質(zhì)編錄標(biāo)準(zhǔn)

地質(zhì)編錄一律采用米格繪圖紙繪制,A 3紙幅,縱向排列4個工作面。從上自下依次為左側(cè)面、拱頂面、右側(cè)面、底面。

地質(zhì)編錄比例統(tǒng)一采用1∶100。

5 巖石命名標(biāo)準(zhǔn)

在施工過程中一般是觀察巖石的顏色、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、礦物成分及其含量,最后確定其巖石名稱。

5.1 顏色

應(yīng)描述巖石的整體顏色,如顏色不均勻時,把巖石標(biāo)本遠(yuǎn)離眼睛0.5m處觀察,寫出整體的顏色。

5.2 結(jié)構(gòu)

區(qū)分巖石是碎屑結(jié)構(gòu)、泥質(zhì)結(jié)構(gòu)還是結(jié)晶結(jié)構(gòu)。碎屑結(jié)構(gòu)是由碎屑物被膠結(jié)物膠結(jié)的結(jié)構(gòu);泥質(zhì)結(jié)構(gòu)較均一致密,質(zhì)地較軟;結(jié)晶結(jié)構(gòu)由結(jié)晶礦物組成;生物結(jié)構(gòu)則由生物遺體及生物碎片構(gòu)成。

5.3 構(gòu)造

根據(jù)巖石的礦物成份,顆粒大小及顏色上的差異,觀察沉積巖的成層構(gòu)造——層理。其次應(yīng)注意層面上波痕、泥裂等構(gòu)造特征。

5.4 礦物成分

要描述組成巖石的主要礦物、碎屑物及膠結(jié)物等成分,對礫巖(或角礫巖)不僅確定其成分,還要描述其礫石形狀、大小、滾圓度、分選性等特征。膠結(jié)物要區(qū)分是鈣質(zhì)、硅質(zhì)、鐵質(zhì)還是泥質(zhì)等成分,并要確定膠結(jié)類型,說明膠結(jié)與碎屑之間膠結(jié)的堅固和致密程度。

5.5 巖石命名

顏色+膠結(jié)物+巖石名稱,如肉紅色鈣質(zhì)砂巖。當(dāng)能觀察出礦物的顆粒度為細(xì)砂時,其命名為肉紅色鈣質(zhì)細(xì)粒砂巖。

6 圍巖級別受地下水的影響

由于隧道圍巖分類表沒有考慮地下水的因素,在進(jìn)一步鑒定圍巖類別時,要充分考慮地下水的因素,即“遇水降級”的原則。至于如何遇水降級,要具體考慮巖石力學(xué)性質(zhì)和地下水涌水量大小兩個條件?？紤]巖石力學(xué)性質(zhì)時,一般將巖石分為硬巖、軟巖兩類。在考慮地下水影響時,常常定性地將地下水分為滲水、滴水、淋水、涌水和大涌水五個級別。

具體原則如下:Ⅳ、Ⅵ、級硬巖遇水不降級,Ⅲ、Ⅳ級中硬巖遇涌水和大涌水時降一級,Ⅳ級軟巖遇滲水、滴水、淋水時降一級,Ⅳ級軟巖遇涌水或大涌水時降兩級。受地質(zhì)構(gòu)造影響很嚴(yán)重的Ⅱ級軟巖和受地質(zhì)構(gòu)造影響極嚴(yán)重的Ⅲ級硬巖(斷層角礫巖帶、且含泥量大、寬度＞10m)在遇到涌水和大涌水時,可考慮降為Ⅵ級圍巖。

7 總結(jié)

通過堅持不懈的地質(zhì)編錄工作,對長隧道施工方案及時調(diào)整,對施工過程中遇到多處不良地質(zhì)段,輔以超前探孔、地質(zhì)雷達(dá)等超前預(yù)報措施,較好地確保了施工安全。