孫廣輝 王 鵬 洪望兵

（浙江華東建設(shè)工程有限公司，浙江杭州 310014）

白鶴灘水電站隧洞施工地質(zhì)工作探討

孫廣輝 王 鵬 洪望兵

（浙江華東建設(shè)工程有限公司，浙江杭州 310014）

本文結(jié)合白鶴灘水電站隧洞施工地質(zhì)工作和主要工程地質(zhì)問題，探討了施工地質(zhì)工作思路與工作流程。梳理總結(jié)了地質(zhì)巡視與觀測、地質(zhì)編錄與測繪、地質(zhì)預(yù)報與建議、取樣與專項勘探、內(nèi)業(yè)整理等地質(zhì)工作主要方法。介紹了施工地質(zhì)工作的技巧，包括合理利用地質(zhì)記錄卡片、引入管理思維、巧用手電筒、利用Excel和GeoStation等工具進行分析、內(nèi)業(yè)工作的合理分類與編碼等。供隧洞施工地質(zhì)從業(yè)者參考。

施工地質(zhì)；工作思路；工作流程；工作方法；工作技巧

施工地質(zhì)是一種增值服務(wù)，對消除地質(zhì)隱患、優(yōu)化設(shè)計、選擇合理的施工方法、保證工期、控制投資和保證工程正常運行具有重要意義［1］。施工地質(zhì)是檢驗前期勘查成果、深化對工程地質(zhì)條件和問題的認識過程，也是發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的過程。水電施工地質(zhì)自工程籌建施工起至竣工驗收止，貫穿于工程施工全過程［2］。工作周期長，內(nèi)容繁雜，為了有效、快速地開展工作，應(yīng)在相關(guān)規(guī)范的基礎(chǔ)上形成一套完備且適應(yīng)工程自身情況的流程和標準。

1 工程概況

白鶴灘水電站位于金沙江下游河段，為四個梯級水電站中的第二級，工程規(guī)模為大（1）型。電站地下洞室異常復(fù)雜龐大，包括主廠房、主變洞、尾閘室、尾調(diào)室4大地下洞室，導(dǎo)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、錨固觀測洞、出線豎井及平洞、通風(fēng)豎井及平洞等輔助洞室，大大小小的地下洞室上百條。地下洞室高度最大為116m（尾水調(diào)壓室），最小為3.75m，寬度最大為49m（尾水調(diào)壓室），最小為3m。斷面形狀以城門洞形為主，交通洞以三心圓形為主。

施工地質(zhì)規(guī)范中明確了施工地質(zhì)工作的主要內(nèi)容，包括地質(zhì)巡視、地質(zhì)編錄、試驗和測試、地質(zhì)預(yù)報、圍巖評價、支護措施建議、圍巖驗收等［1-2］。

白鶴灘水電站地質(zhì)條件復(fù)雜，工作面多，工作內(nèi)容多，為切實有效地開展工作，自項目籌建以來，在人員管理、標準化流程、溝通交流制度等方面形成了一套相對有效的工作體系，滿足了工程建設(shè)的需要。

2 隧洞主要工程地質(zhì)問題

白鶴灘水電站屬于中山峽谷地貌，巖層為單斜地層，地下洞室遇到了圍巖變形、圍巖破壞和滲水三大主要地質(zhì)問題。

圍巖變形是洞室開挖后由于應(yīng)力釋放，在洞室頂板、邊墻產(chǎn)生彈性及塑性變形，如果應(yīng)力超過強度，則會產(chǎn)生塑性變形。高邊墻部位產(chǎn)生的變形要大于頂拱的變形。此類問題主要在深埋隧洞中，地下廠房區(qū)4大洞室及尾水洞、導(dǎo)流洞中圍巖變形現(xiàn)象比較突出。

圍巖破壞可以細分為應(yīng)力控制型和結(jié)構(gòu)面控制型。其中應(yīng)力控制型破壞包括巖爆、片幫、破裂破壞、松弛垮塌，主要發(fā)育在深埋隧洞中，破壞后果嚴重；結(jié)構(gòu)面控制型破壞包括塊體破壞、沿結(jié)構(gòu)面塌落等，分布廣泛，最為常見，各類洞室內(nèi)均有發(fā)育。

滲水問題也是隧洞中普遍存在的問題。主要沿斷層和層間、層內(nèi)錯動帶等結(jié)構(gòu)面發(fā)育。表現(xiàn)為股狀涌水、線狀流水，以及滲、滴水等。

3 施工地質(zhì)工作思路

地質(zhì)工作是從點到線再到面，利用已知條件推導(dǎo)未知條件，從局部推整體，將今論古的過程。施工地質(zhì)工作的核心思想是發(fā)現(xiàn)問題、消除地質(zhì)隱患。按地質(zhì)的歸納推理思維方式，結(jié)合定量計算的演繹推理思維方式，找出其科學(xué)的規(guī)律性［3］。在收集前期勘查資料的基礎(chǔ)上，根據(jù)隧洞實際揭露的各種地質(zhì)現(xiàn)象，輔以其他勘探手段，評價隧洞的圍巖類別，分析可能發(fā)生的地質(zhì)問題，與工程各參與方協(xié)商溝通，確保工程順利開展。

施工地質(zhì)工作過程中可以利用Excel表快速進行圍巖類別的復(fù)核，采用地質(zhì)三維軟件（GeoStation）分析結(jié)構(gòu)面的出露位置，引入管理思維，組建QC工作小組，解決工作中的問題，實施周例會制度，協(xié)商處理工程問題。

4 施工地質(zhì)工作流程

規(guī)范［1］中規(guī)定施工地質(zhì)工作遵循的基本流程如下：編制施工地質(zhì)工作大綱，地質(zhì)巡視，地質(zhì)編錄或測繪，地質(zhì)觀測、取樣、試驗及專項勘查，編寫施工地質(zhì)簡報，提出地質(zhì)預(yù)報與建議，參加地基、圍巖、邊坡處理方案及與地質(zhì)條件相關(guān)的安全監(jiān)測方案的研究，參加與地質(zhì)有關(guān)的驗收，資料整編與技術(shù)成果編制。

根據(jù)白鶴灘水電站的特點，施工地質(zhì)工作增加周例會和技術(shù)交流工作。修改了規(guī)范［1］中施工地質(zhì)工作流程圖，見下頁圖。

施工地質(zhì)工作流程可以在整個工程內(nèi)循環(huán)，也可在單項工程或施工中某一部位，針對某一問題進行循環(huán)、反復(fù)進行［2］。

在編制施工地質(zhì)工作大綱前，應(yīng)收集可研階段勘查資料，熟悉建筑物的布置、類型、功能等，針對可能出現(xiàn)的工程地質(zhì)問題，提出重點工作方法和應(yīng)對策略。

施工地質(zhì)工作流程圖

工程（技術(shù)）負責(zé)人召集有關(guān)人員根據(jù)工作大綱內(nèi)容，選取代表性樣本進行學(xué)習(xí)，統(tǒng)一認識，制定適合該工程的各類地質(zhì)卡片、標準化圖件等，統(tǒng)一工作流程以及內(nèi)外業(yè)工作內(nèi)容等；現(xiàn)場工作前需做好準備工作，檢查各類工具是否齊全，包括地質(zhì)錘、地質(zhì)羅盤、放大鏡、手電筒、相機、紙筆、巡視卡以及其他檢測設(shè)備等。

5 施工地質(zhì)工作方法

白鶴灘水電站隧洞施工地質(zhì)的工作方法同規(guī)范中規(guī)定的方法一致，主要包括地質(zhì)巡視與觀測、地質(zhì)預(yù)報與建議、地質(zhì)編錄與測繪、試驗與專項勘探、內(nèi)業(yè)整理等［1-2，4］。

5.1 地質(zhì)巡視與觀測

巡視與觀測的內(nèi)容為隧洞基本地質(zhì)條件、主要工程地質(zhì)問題、存在的安全隱患等。地質(zhì)巡視與觀測應(yīng)跟蹤開挖進程進行，視項目性質(zhì)（永久主體工程、永久輔助工程、臨時工程）和工程地質(zhì)條件安排不同的巡視周期，地質(zhì)條件發(fā)生變化時，加密或有針對性地進行巡視、觀測，直至地質(zhì)條件和問題全部查清。

5.2 地質(zhì)編錄與測繪

地質(zhì)編錄與測繪工作，宜隨開挖過程逐塊（段）進行，分層開挖的大型洞室應(yīng)分層進行。對建筑物開挖形態(tài)、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、風(fēng)化、卸荷、水文地質(zhì)、圍巖類別、工程處理措施實施情況等內(nèi)容翔實記錄，對各類不利地質(zhì)體和地質(zhì)現(xiàn)象（包括圍巖松動及變形、失穩(wěn)、塌方、片幫、巖爆、彎曲等）重點描述，關(guān)鍵部位應(yīng)進行攝像或錄像，并整理歸檔。

5.3 地質(zhì)預(yù)報與建議

根據(jù)施工地質(zhì)工作獲取的資料，進行圍巖類別劃分，預(yù)測下段圍巖類別及可能出現(xiàn)的地質(zhì)問題，如遇地質(zhì)條件變化需修改設(shè)計參數(shù)時，或可能出現(xiàn)新的不良地質(zhì)因素而影響建筑物安全時，應(yīng)及時編制施工地質(zhì)簡報進行地質(zhì)預(yù)報，并提出處理建議。緊急時也可先簽署施工備忘錄，后補充簡報。

例如：左岸地下廠房頂拱含集塊角礫巖的分布范圍預(yù)測，導(dǎo)流洞巖爆地質(zhì)預(yù)報及處理建議，2號公路隧洞用水特征及處理建議，隧洞層間錯動帶地質(zhì)預(yù)報及處理建議，隧洞坍塌段原因及處理建議等。

5.4 試驗與專項勘探

施工過程中可根據(jù)具體情況，對影響建筑物及洞室圍巖穩(wěn)定的軟弱結(jié)構(gòu)面和軟弱巖土體的物理力學(xué)性質(zhì)，在初步分析基礎(chǔ)上，向業(yè)主、設(shè)計、監(jiān)理單位提出需要試驗要求。

施工揭示的地質(zhì)條件與前期不一致且對設(shè)計方案或施工安全有重大影響，或出現(xiàn)新的工程與環(huán)境地質(zhì)問題時，應(yīng)提出專項勘查建議。

例如：層間錯動帶C2對左岸地下廠房影響重大，施工期揭露的C2與可研勘查略有差別，地質(zhì)進行取樣，并對其工程特征和力學(xué)參數(shù)進行復(fù)核。

矮子溝排水洞進口為基巖，施工至164m時，隧洞揭露覆蓋層，對施工安全有重大影響，啟動專項地質(zhì)勘探，查明了覆蓋層的成因機制及分布范圍［5］。

5.5 內(nèi)業(yè)整理

施工地質(zhì)編錄、試驗等資料是工程重要的原始資料，是工程運行期間出現(xiàn)異?，F(xiàn)象時分析和查找原因的重要依據(jù)，因此，施工地質(zhì)人員應(yīng)將收集的資料、施工地質(zhì)日志、施工地質(zhì)簡報、地質(zhì)編錄和測繪的圖紙、單項工程驗收資料、長期觀測資料、設(shè)計開挖支護修改通知單、上級批文、會議紀要、照片及標本等進行整理和歸檔。

6 施工地質(zhì)工作技巧

施工地質(zhì)是一項繁雜、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 地質(zhì)巡視工作技巧

巡視工作中往往遇到隧洞中爆破、出渣、噴漿等作業(yè)導(dǎo)致地質(zhì)工作無法進行，或因單次巡視工作面較多、時間倉促等原因?qū)е碌刭|(zhì)信息記錄不全，出現(xiàn)返工的現(xiàn)象。

為解決這些問題，首先需與監(jiān)理和承包商協(xié)調(diào)溝通，了解現(xiàn)場通風(fēng)、照明、樁號標示等情況，其次應(yīng)規(guī)劃好工作路線，節(jié)省工作時間。為解決地質(zhì)現(xiàn)象記錄不全問題，可采用統(tǒng)一的地質(zhì)記錄卡，包括地質(zhì)巡視卡、裂隙描述卡、斷層描述卡等。為更好地開展巡視工作，還可以引入質(zhì)量管理思維，針對某一問題或多個問題開展QC小組活動，采用頭腦風(fēng)暴法和專家會議法等，切實有效地解決問題。

6.2 地質(zhì)編錄工作技巧

白鶴灘水電站地下洞室數(shù)量龐大、類型繁雜，如大小洞室一起抓，沒有主次，勢必造成人員緊張，沒有重點。需要對洞室進行分類處理，如輔助洞室，包括施工支洞、交通洞等臨時建筑物以地質(zhì)巡視為主，不進行系統(tǒng)編錄，僅對重點部位，如封堵段、主要構(gòu)造出露部位、交叉口段進行編錄；過水隧洞和永久洞室進行全洞系統(tǒng)編錄。

目前地質(zhì)編錄的趨勢是基于近景攝影測量原理的數(shù)字攝影測量方法［6-7］。但新方法對現(xiàn)場條件要求比較苛刻，有時難以做到，工程中仍以傳統(tǒng)工作方法為主。

對于大型洞室，由于隧洞跨度大、高度高，主要構(gòu)造在一側(cè)邊墻發(fā)現(xiàn)，在另一側(cè)邊墻不宜查找，在頂拱軌跡線有時也不宜判別，可巧用手電筒予以解決。因白鶴灘水電站為單斜地層，地質(zhì)構(gòu)造多以平直為主，可利用手電筒在揭露點位置，根據(jù)構(gòu)造走向照射至另一側(cè)洞壁，在光源附近查找、定位，根據(jù)其視傾角照射頂拱部位，快速確定起拱線處揭露點，從而最終確定構(gòu)造軌跡線。

對于Ⅳ類、Ⅴ類圍巖，由于洞室成型差，設(shè)計往往要求及時支護，承包商每循環(huán)進行支護，地質(zhì)人員如果每循環(huán)進行地質(zhì)編錄往往做不到。通常采用掌子面編錄法，間隔在5m左右，重點關(guān)注順洞向的陡傾角裂隙和緩傾角裂隙，以及規(guī)模較大的地質(zhì)構(gòu)造。根據(jù)掌子面的地質(zhì)信息反推構(gòu)造的軌跡線。這種方法適用于規(guī)模較小的排水洞和通風(fēng)洞。

6.3 地質(zhì)預(yù)報工作技巧

地質(zhì)預(yù)報分為長期和短期地質(zhì)預(yù)報兩類，常用的方法有地面地質(zhì)調(diào)查法、斷層參數(shù)預(yù)測法和TSP等儀器探測法［8］。白鶴灘水電站可研做了大量勘查工作，主要地質(zhì)問題基本查清，地質(zhì)預(yù)報主要以斷層參數(shù)預(yù)測法為主。

依托地質(zhì)巡視和地質(zhì)編錄的基礎(chǔ)資料，參考周邊洞室主要構(gòu)造的揭露點，采用GeoStation軟件，生成三維面，再利用軟件集成的剖面剖切工具就可以快速確定斷層在隧洞中的出露位置。

對于高應(yīng)力破壞的地質(zhì)預(yù)報主要根據(jù)前期勘查經(jīng)驗，包括圍巖破壞發(fā)生時隧洞埋深、構(gòu)造、巖性等條件，結(jié)合數(shù)值模擬計算，進行綜合預(yù)報。如洞室埋深大于300m洞段，層間錯動帶下盤20～40m范圍內(nèi)洞段、洞室軸向與大主應(yīng)力垂直洞段、洞室靠江側(cè)拱肩與靠山側(cè)拱腳等均易發(fā)生應(yīng)力型破壞。為進一步分析破壞的發(fā)展趨勢，進行了變形監(jiān)測，采用定期鉆孔成像技術(shù)，比較直觀地進行觀測。

地質(zhì)預(yù)報還有一項重要工作：確定隧洞的圍巖類別。白鶴灘水電站結(jié)合工程實際，確定了一套以定性判別為主的圍巖分類方法。定量判別則以水電圍巖分類為主、Q系統(tǒng)和RMR分類為輔。采用Excel公式編輯，輸入各種參數(shù)，可以快速得出圍巖類別。

6.4 內(nèi)業(yè)整理工作技巧

施工地質(zhì)內(nèi)業(yè)整理工作包括日常收集資料整理和竣工資料整理兩大類?？⒐べY料一般都有標準化管理規(guī)定，日常資料無統(tǒng)一的要求和格式，僅是作為中間原始資料。

日常資料繁雜，加之人員更替，如不及時進行整理，后期整理難度將成倍增加。日常資料包括各種地質(zhì)卡片、照片、錄像、編錄圖、地質(zhì)簡報等。內(nèi)業(yè)整理的總體原則為及時、準確、使用便捷。

各種資料應(yīng)制定統(tǒng)一的編碼規(guī)則，便于查找和使用。白鶴灘水電站內(nèi)業(yè)整理按工程部位進行分類，巡視卡按樁號自小至大進行整理排序；照片命名格式應(yīng)包括主要地質(zhì)信息，如：資料類型+工程部位+樁號+日期+主要構(gòu)造或地質(zhì)問題（ZP-左岸地下廠房-左廠0+50-20160501-C2出露、頂拱坍塌）；節(jié)理裂隙外業(yè)編號以每百米為界命名，如：1-1（樁號0～100m內(nèi)1號裂隙），2-2（樁號100～200m內(nèi)2號裂隙）；新增斷層、層內(nèi)錯動帶，以構(gòu)造類型+洞室代號+百米數(shù)+序號命名，例如：LSx①-1-1（左岸層內(nèi)錯動帶，①泄洪洞樁號0～100m內(nèi)1號）。

施工地質(zhì)日志應(yīng)記錄翔實，包括工作目的、存在的問題、分析思路、結(jié)論和處理意見等，日志的命名也要盡量詳細，便于后期查找。

7 結(jié) 語

a.施工地質(zhì)是發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的過程，核心是發(fā)現(xiàn)問題、消除隱患。

b.施工地質(zhì)是一項重要的工作，也是一項增值服務(wù)，尤其是特大型和巨型工程，施工地質(zhì)為保障施工順利進行起著至關(guān)重要的作用。

c.施工地質(zhì)工作內(nèi)容繁雜、零碎，應(yīng)結(jié)合工程實際編制一套切合實際的工作流程和方法。

d.施工地質(zhì)工作中，應(yīng)積極探索新方法、新技術(shù)，吸取其他工程的經(jīng)驗教訓(xùn)，引入管理思維，利用各種工作技巧，快速有效地解決工程問題。

e.施工地質(zhì)工作中應(yīng)多與設(shè)計溝通，了解設(shè)計意圖，還需與工程各方保持交流，跟蹤施工動態(tài)，更好地服務(wù)于工程。

［1］ SL 313—2004水利水電工程施工地質(zhì)勘察規(guī)程［S］.北京：中國水利水電出版社，2004.

［2］ NB／T 35007—2013水電工程施工地質(zhì)規(guī)程［S］.北京：中國電力出版社，2013.

［3］ 張亞軍.公路隧道施工地質(zhì)工作的幾點看法［J］.現(xiàn)代隧道技術(shù)，2007，44（5）：19-23.

［4］ 牟必偉.淺談中小型水利水電工程施工地質(zhì)工作［J］.中國高新技術(shù)企業(yè)，2013，258（15）：129-130.

［5］ 孫廣輝，徐清明，金仁祥.矮子溝排水洞覆蓋層成因及塌方原因分析［J］.華東工程技術(shù)，2014，35（4）：8-11.

［6］ 曾俊才，楊師東.施工地質(zhì)編錄新方探討［J］.工程地質(zhì)計算機應(yīng)用，2002，24（1）：20-23.

［7］ 王正培.基于OpenGL的數(shù)字地質(zhì)編錄三維可視化研究［D］.南京：河海大學(xué)，2006.

［8］ 劉志剛，趙勇.隧道隧洞施工地質(zhì)技術(shù)［M］.北京：中國鐵道出版社，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