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        地下水封洞庫在開挖中出現(xiàn)滑塌的地質(zhì)因素分析處理

        2021-11-09 06:00:58李世銀北京東方新星勘察設(shè)計有限公司
        門窗 2021年9期
        關(guān)鍵詞:結(jié)構(gòu)施工

        李世銀 北京東方新星勘察設(shè)計有限公司

        1 前言

        近年來,我國建設(shè)地下水封洞庫節(jié)奏逐漸加快,在全國各地已建設(shè)了多座地下水封洞庫。隨著國民經(jīng)濟的繼續(xù)提高,未來國內(nèi)將展開大規(guī)模的建設(shè)地下水封洞庫,因此研究地下水封洞庫建設(shè)過程中的一些重要環(huán)節(jié)及影響因素意義重大。相比于地面工程,地下工程的施工危險性較大,工程的難度系數(shù)較高,工程具有危險性、復(fù)雜性、多樣性、綜合性等特征。

        地下水封洞庫作為特殊的地下工程,其建設(shè)規(guī)模大,有著單條洞室跨度大、高直墻的特點。地下水封洞庫施工是地下工程的一個難度較大的項目,在施工過程中極易出現(xiàn)塌方等事故,造成施工機械的損壞,甚至危及施工人員的安全。研究地下水封洞庫施工工程中出現(xiàn)滑塌的地質(zhì)因素,探究開挖時應(yīng)當采用的施工措施和支護方式等,是地下水封洞庫施工值得重視的課題。地下水封洞庫是在穩(wěn)定地下水位以下的巖體中挖掘的洞室,由洞室組成的儲油洞罐(主洞室)、施工巷道、豎井、水幕巷道。

        2 某地下水封洞庫工程概況

        地下水封洞庫設(shè)計10條主洞室、3條主施工巷道、5條支施工巷道、10個工藝豎井、5個通風豎井及8條水幕巷道。主洞室按北偏東10°方向平行布置,主洞室設(shè)計頂標高-80m,底標高-110m,每條主洞室長度均為923m,設(shè)計洞跨20m,洞高30m,截面形狀為直墻圓拱形。主洞室壁與相鄰施工巷道壁之間設(shè)計凈間距為30m,兩個相鄰主洞室之間設(shè)計凈間距為40m。施工巷道入口有三處,分別位于洞庫場地北部的西、中及東側(cè),3條主施工巷道施工開挖由北向南延展,至洞庫南端交匯。施工巷道寬9.0m,高8.5m,支施工巷道寬8.5m,高7.5m。主洞室頂面25m以上(水幕底面標高為-55m)設(shè)置8條水幕巷道,垂直主洞室方向布置6條,平行主洞室方向布置2條。

        3 地下水封洞庫地質(zhì)條件介紹

        片麻狀花崗巖是擬建洞庫的主要巖體(約占洞庫巖體的86%),灰色,部分呈淺灰~灰白色,中粒片麻、花崗結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,片麻理產(chǎn)狀一般為NE49°~100°∠23°~38°,主要礦物為斜長石、角閃石、石英、黑云母;部分地段暗色礦物定向排列不明顯,屬花崗閃長巖,礦物成分與片麻狀花崗巖差異不大。巖體強風化帶厚度較薄,呈散體狀,巖體基本質(zhì)量等級為Ⅴ級;中風化帶厚度一般為15.00m~30.00m,局部超過40.00m,底面標高一般為-20m~-45m,局部低于-60m,巖體裂隙較發(fā)育,強度中等~較高,巖體基本質(zhì)量等級一般為Ⅲ~Ⅳ級;微風化~未風化巖體裂隙稍發(fā)育,強度高,巖體基本質(zhì)量等級一般為Ⅰ~Ⅱ級。

        洞庫所在區(qū)域位于粵桂隆起與桂湘贛褶皺帶的交界處南段,二者以北東向的吳川大斷裂為界。該區(qū)經(jīng)歷了加里東、華立西—印支、燕山、喜馬拉雅構(gòu)造階段,早期以褶皺為主,中晚期以巖漿活動和斷裂活動為主,構(gòu)造較為復(fù)雜。庫址區(qū)所在區(qū)域內(nèi)巖漿巖發(fā)育,分布廣泛,巖漿活動呈多旋回性,共有印支、燕山、喜馬拉雅三個旋回。巖脈以晚期的石英脈、偉晶巖脈及煌斑巖脈為主,構(gòu)造以脆性破裂為主,主要發(fā)育有斷裂構(gòu)造、節(jié)理裂隙密集帶及區(qū)域性優(yōu)勢節(jié)理。

        施工期實際揭露的主要地質(zhì)構(gòu)造與前期勘察基本一致。其中F1斷層位于庫區(qū)北側(cè)以外,對庫區(qū)工程地質(zhì)影響不大。施工勘察時地下洞室開挖揭露主要大的構(gòu)造為F2、F3斷層破碎帶。

        各洞室開挖過程中揭露了L1~L8等貫通性的節(jié)理裂隙密集帶,與前期勘察揭露特性基本一致。

        施工勘察時對揭露的未成規(guī)模的局部節(jié)理密集帶及長大節(jié)理等構(gòu)造也進行了地質(zhì)描述,這些構(gòu)造多為F2、F3斷層及L1~L8節(jié)理密集帶衍生裂隙或者隨機分布的長大節(jié)理,一般發(fā)育規(guī)模較小,不貫通,在洞室施工開挖時揭露。

        4 滑塌地質(zhì)因素分析

        巖體是含有大量結(jié)構(gòu)面的巖石所組成的結(jié)構(gòu)體,在地下洞室的開挖中或者成形后,形成新的臨空面,使得幾組結(jié)構(gòu)面通過一定的組合關(guān)系形成可能失穩(wěn)的塊體,圍巖出現(xiàn)局部失穩(wěn)的原因主要是由于巖體中的軟弱結(jié)構(gòu)面與洞室的臨空面不利組合與臨空面切割形成,圍巖的局部失穩(wěn),在Ⅱ、Ⅲ類巖體中較為常見。

        在主洞室5進入第四層(底層)右邊墻樁號0+420m處開挖時,右邊墻出現(xiàn)了巖體滑塌。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查,主洞室5右邊墻滑塌高度延伸至洞室右邊墻一層底板附近,塌方區(qū)域平均高約20m~25m,寬約20m~50m,深度約在2m~7m,塌方區(qū)總體上部深下部淺,呈倒三角體,滑塌方量約3000m3。

        在主洞室5施工開挖時,第四層開挖采用邊墻兩側(cè)留保護層預(yù)裂爆破法施工。在樁號0+420m~0+600m段第四層預(yù)裂爆破開挖后,兩側(cè)邊墻按要求需要各留2m寬保護層,但由于開挖成型控制不好,底層僅保留了少量三角體;在施工單位對該段洞室右邊墻底部的三角體保護層進行爆破開挖,爆破出渣2h后,右邊墻出現(xiàn)巖體滑塌。塌方處滑塌地質(zhì)模型如圖1所示。

        圖1 主洞室5樁號0+420m處塌方地質(zhì)模型圖

        表1 施工勘察與前期勘察揭露地質(zhì)構(gòu)造情況

        塌方段巖體主要為燕山一期微風化片麻狀花崗巖,灰白色,節(jié)理稍發(fā)育,巖體較破碎~較完整,洞室圍巖等級主要為Ⅲ級(局部II級),巖體基本質(zhì)量一般~較好,根據(jù)前期詳勘及周邊洞室實際開挖揭露情況,該段圍巖并無斷層、破碎帶、蝕變帶或節(jié)理裂隙密集帶等不良地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育。

        塌方區(qū)巖體主要是受三組結(jié)構(gòu)面切割形成不穩(wěn)定塊體,在第四層開挖后,隱伏結(jié)構(gòu)面揭露出來,形成臨空面,沿隱伏結(jié)構(gòu)面出現(xiàn)滑塌,塌方段結(jié)構(gòu)面組合切割形成滑落體地質(zhì)因素模型如圖2所示。

        圖2 滑塌地質(zhì)因素分析模型

        該段巖體內(nèi)發(fā)育的結(jié)構(gòu)面主要有三組,編號分別為J1、J2和J3,其總體產(chǎn)狀及結(jié)構(gòu)面特征如下。

        結(jié)構(gòu)面J1:走向SE180°,傾向NE90°,傾角50°~53°,節(jié)理面平直,隙寬1mm~3mm,節(jié)理面局部輕微蝕變,間距一般10cm~30cm,跡長大于30m,為主洞室四層內(nèi)的隱伏結(jié)構(gòu)面,在主洞室右邊墻二層、三層開挖過程中,并未顯現(xiàn),第四層開挖后揭露,是造成洞室右邊墻出現(xiàn)滑塌的主要結(jié)構(gòu)面;

        結(jié)構(gòu)面J2:走向SW220°~230°,傾向NW310°~320°,傾角70°~80°,平直,閉合,間距一般20cm~40cm,局部密集發(fā)育,跡長10m~15m,在主洞室右邊墻有揭露;

        結(jié)構(gòu)面J3:走向SW240°~250°,傾向SW150°~160°,傾角65°~70°,平直,閉合,間距一般10cm~20cm,跡長8m~10m,在主洞室右邊墻有揭露。

        在5#主洞室右邊墻第二、三層開挖過程中,結(jié)構(gòu)面J1隱伏于右邊墻巖體內(nèi),并未揭露。第四層開挖后,揭露出隱伏結(jié)構(gòu)面J1,其與結(jié)構(gòu)面J2、J3相切割形成不穩(wěn)定巖石塊體。在第二、三層開挖過程中,該塊體隱伏于右邊墻,不存在臨空面,不容易出現(xiàn)滑移,在第四層開挖完成后,形成了臨空面,洞室右邊墻爆破和出渣后,該塊體沿結(jié)構(gòu)面J1發(fā)生滑動,進而引起周圍巖體塌方。當然,本次滑塌與施工開挖措施也有一定的關(guān)系。

        5 塌方段處理措施

        (1)對滑塌區(qū)兩側(cè)周圍巖體進行加固加強支護:主要是對周圍存在不穩(wěn)定塊體巖體增加了Φ28,L=12000mm系統(tǒng)錨桿和滑塌邊界鎖口錨桿。

        (2)塌腔部位的處理方案:采取回填混凝土封堵塌腔,主要為分倉澆筑混凝土,分層逐級加高的方案,施工過程中主要為安裝和拆卸模板時需要人員在周邊作業(yè),考慮施工安全,混凝土采用天泵澆筑到各個部位,天泵布置在安全區(qū)域泵送混凝土?;靥罨炷凉卜?4層澆筑,沿主洞室軸線方向最大澆筑長度為62.5m(第1層),最小澆筑長度為20m(第14層),第一層厚度3.1m,以上各層厚度為1.8m,最大高度為26.5m。沿垂直與主洞室軸線方向最大澆筑寬度為20m(第1層)。每層外側(cè)各項布置臺階,臺階寬度根據(jù)覆蓋整個滑塌區(qū)域和模板安裝的要求確定,且不小于1m。

        滑塌段回填處理及支護后,根據(jù)該區(qū)域監(jiān)測數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)穩(wěn)定,無異常,后續(xù)施工也未再出現(xiàn)類似情況。

        6 結(jié)束語

        綜上所述,地下水封洞庫施工有一定的地質(zhì)風險,容易在高直墻施工過程中產(chǎn)生塌方等情況,嚴重影響工程的順利進行。本文通過分析某地下洞庫的各類地質(zhì)因素以及工程特點,結(jié)合實際情況采取相應(yīng)的支護措施,改善了該洞庫的施工情況,幫助地下洞庫工程穩(wěn)步推進,為后續(xù)的工程提供了堅實的基礎(chǔ),也給地下水封洞庫的施工提供了技術(shù)參考。

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