占 艷 平，林 仕 祥，劉 恒

(長江設(shè)計(jì)集團(tuán) 長江巖土工程有限公司，湖北 武漢 430010)

0 引 言

許多在建或已建工程，如引大濟(jì)湟[1]、滇中引水[2]等工程顯示，穿越大型斷裂(斷層)破碎帶的隧洞段往往是隧洞工程施工與運(yùn)行的安全隱患段，常常導(dǎo)致工期延誤，投資增加，甚至造成重大人員傷亡。因此，穿越大的斷裂(斷層)破碎帶的隧洞工程往往是勘察、設(shè)計(jì)、施工研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)，如滇中引水工程香爐山隧洞穿越芹菜塘斷裂[3]、引大濟(jì)湟引水隧洞穿越大坂山北緣斷裂、大坂山南緣斷裂等多條區(qū)域性斷裂[4]等。研究大型斷裂(斷層)破碎帶的工程地質(zhì)特性及其對隧洞工程的影響，提出具有針對性的應(yīng)對策略意義重大。

正在建設(shè)中的十堰市中心城區(qū)水資源配置工程的主線引水隧洞(2號隧洞)穿越竹山斷裂洞段是制約該工程進(jìn)度與投資的關(guān)鍵地段。目前，公開發(fā)表的工程技術(shù)文獻(xiàn)，除了前人編制的區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告對竹山斷裂做了一般基礎(chǔ)性描述外[5]，尚未發(fā)現(xiàn)對竹山斷裂工程地質(zhì)特性研究的專門性研究成果。隨著水利、交通[6]、市政等行業(yè)工程建設(shè)的發(fā)展，越來越多工程建設(shè)正在或?qū)⒁婕暗街裆綌嗔眩冶懿婚_該斷裂的影響。因此，開展竹山斷裂專項(xiàng)工程地質(zhì)特性研究，對當(dāng)?shù)毓こ探ㄔO(shè)同樣具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

本文利用2號隧洞穿越竹山斷裂段前期地質(zhì)勘察、試驗(yàn)(測試)資料及臨時(shí)工程1號施工支洞施工編錄地質(zhì)資料，分析了該斷裂的地質(zhì)條件，研究工程應(yīng)對策略，提出了解決2號隧洞穿越竹山斷裂段地質(zhì)缺陷的工程措施。研究成果對類似工程的建設(shè)具有一定的參考價(jià)值。

1 工程概況

十堰市中心城區(qū)水資源配置工程為引水線路工程，該工程位于鄂西北的十堰市城區(qū)西南側(cè)，自竹山縣境內(nèi)的潘口水庫取水口，途徑竹山縣的傅家坪村，房縣的化口村、大木村，茅箭區(qū)的賽武當(dāng)風(fēng)景區(qū)，引水至馬家河水庫，引水線路整體沿東北向展布。引水干線以隧道輸水為主，全長68.984 km，包含倒虹吸4座，總長1.782 km，暗涵1處，總長0.201 km，隧洞5條，總長67.007 km，引水底板高程327.50～310.92 m。

引水線路穿越志留系的軟巖區(qū)、賽武當(dāng)?shù)母叩貞?yīng)力區(qū)；志留系軟巖區(qū)斷層和煤系地層發(fā)育[7]，地下水豐富，其中區(qū)域性大斷裂——竹山斷裂通過志留系軟巖區(qū)。工程區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，施工風(fēng)險(xiǎn)高。設(shè)計(jì)的2號隧洞(干線隧洞)和1號施工支洞(臨時(shí)工程)穿過竹山斷裂。2號隧洞過竹山斷裂的樁號為K8+200～K9+030，竹山斷裂帶走向與洞軸線夾角約59°，洞身埋深64～156 m，設(shè)計(jì)開挖斷面為城門洞型，開挖尺寸3.5 m×4.0 m(寬×高)，洞室底板高程325.0～324.4 m，尚未施工；1號施工支洞于樁號K0+189～K0+235.4穿越竹山斷裂，開挖斷面為城門洞型，開挖尺寸3.8 m×4.5 m(寬×高)，已完成開挖支護(hù)施工。2號隧洞過竹山斷裂洞段被列為前期工程勘察和施工期地質(zhì)服務(wù)工作的重難點(diǎn)。前期勘察采用了綜合勘察手段，獲得了豐富的第一手資料；1號施工支洞洞挖揭露的地質(zhì)情況與變形監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)一步校證了前期勘察成果，為分析竹山斷裂工程地質(zhì)缺陷，制定隧洞通過竹山斷裂段的工程應(yīng)對策略提供了充足的依據(jù)。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

干線2號隧洞過竹山斷裂段位于竹山縣城東側(cè)低山-丘陵地貌區(qū)，沿線地面高程390～527 m，山體斜坡坡度20°～40°，地形起伏較大(見圖1)。

竹山斷裂分布于七里溝及其左側(cè)斜坡，大致沿沖溝走向NWW方向延伸。七里溝為堵河的支溝，溝底坡降25‰，溝底寬80～120 m，地面高程390～408 m，坡度3°～10°，溝底地形寬緩；沖溝兩側(cè)斜坡坡度一般20°～38°；溝兩側(cè)小沖溝發(fā)育，小沖溝切深20～85 m，延伸長度一般小于1 km。麻安高速公路沿七里溝通過。

2.2 地層巖性

研究區(qū)基巖為志留系下統(tǒng)梅子埡組(S1m)，第四系覆蓋層主要為全新統(tǒng)坡洪積層(Q4dl+pl)。

志留系下統(tǒng)梅子埡組(S1m)：巖性主要為灰色薄層-中厚層狀粉砂質(zhì)千枚巖夾絹云母千枚巖，風(fēng)化色為黃褐色、灰黃色，為軟質(zhì)巖[8]。巖層厚度大于200 m，區(qū)內(nèi)斜坡上露頭較好。

全新統(tǒng)坡洪積層(Q4dl+pl)：為含碎、塊石粉質(zhì)黏土，厚度2.0～6.5 m，主要分布于七里溝溝底平緩地帶。

2.3 水文地質(zhì)

地表水系主要由七里溝和兩側(cè)支溝組成。七里溝常年有水，枯水季節(jié)溝水流量約1 L/s，其兩側(cè)小沖溝溝內(nèi)僅有季節(jié)性水流。

地下水類型主要為基巖裂隙水，其次為第四系孔隙水。基巖裂隙水分布不均一，主要賦存于斷層及其影響帶破碎巖體中。竹山斷裂破碎帶及其影響帶巖體裂隙發(fā)育，是裂隙水富集區(qū)。區(qū)內(nèi)基巖裂隙水主要受大氣降水和徑流上游地下水補(bǔ)給，向沖溝和徑流下游排泄。第四系孔隙水主要賦存于全新統(tǒng)坡洪積層含碎、塊石粉質(zhì)黏土中，一般以上層滯水[9]的形式存在，另在竹山斷裂破碎帶的斷層泥條帶或團(tuán)塊中亦賦存有少量孔隙水。

基于現(xiàn)場和室內(nèi)滲透試驗(yàn)成果，結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)提出不同水文地質(zhì)單元的透水性：微新巖體一般具極微-弱透水性(K=i×10-7～i×10-5cm/s，其中1≤i<10，K為滲透系數(shù)，下同)；斷層破碎帶及其影響帶一般具中等透水性(K=i×10-3cm/s)，局部具強(qiáng)透水性；全新統(tǒng)坡洪積層中的含碎、塊石粉質(zhì)黏土一般具微透水性(K=i×10-6cm/s)。

2.4 地質(zhì)構(gòu)造

研究區(qū)內(nèi)地層產(chǎn)狀總體為340°～356°∠35°～45°，巖層走向與洞軸線夾角約20°。局部由于構(gòu)造原因產(chǎn)狀有所變化。

基巖裂隙較發(fā)育，特別是斷層影響帶裂隙一般密集發(fā)育[10]。區(qū)內(nèi)裂隙大都為構(gòu)造裂隙，少量為卸荷裂隙，卸荷裂隙主要分布于地表部巖體中。

竹山斷裂為區(qū)域性大斷裂，位于西南部，走向NW，總體表現(xiàn)為由NE→SW的逆沖性質(zhì)，常造成地層的缺失并破壞兩側(cè)褶皺的完整性。斷裂面呈舒緩波狀，區(qū)域?qū)?0～1 000 m不等。主體傾向北東，走向290°～310°，傾角30°～70°。研究區(qū)內(nèi)竹山斷裂由F6(南支)和F7(北支)兩條分支斷層組成。其中F6斷層位于麻安高速(G4213)SW側(cè)約550 m，F(xiàn)7斷層位于麻安高速NE側(cè)約30～95 m。DZK2鉆孔于孔深44.7～126.3 m揭露F6斷層破碎帶，DZK3鉆孔于孔深26.6～92.3 m揭露F7斷層破碎帶。F6和F7斷層工程地質(zhì)特性詳見表1。斷層帶巖芯普遍軟弱、破碎，含石英脈，局部夾含斷層泥[11]，局部含泥量增大構(gòu)成斷層泥條帶(或團(tuán)塊)，鉛直厚度達(dá)2.4 m(DZK2鉆孔揭露孔深79.4～81.8 m)。

表1 F6和F7斷層工程地質(zhì)特性Tab.1 Engineering geological properties of F6 and F7 faults

2.5 巖石(體)物理力學(xué)性質(zhì)

對區(qū)內(nèi)巖石取樣進(jìn)行了室內(nèi)物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)，試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)列于表2。

表2 研究區(qū)巖石物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)Tab.2 Statistics of test results of main rock’s physical and mechanical properties in the study area

根據(jù)巖石物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)成果，結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，提出各類巖石(體)的物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)建議值(見表3)。

表3 研究區(qū)主要巖石(體)物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)建議值Tab.3 Recommended values of physical and mechanical parameters of main rocks

根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)鑒定，竹山斷裂斷層泥屬粉質(zhì)黏土類或黏土類，呈可塑狀，較濕。借鑒工程經(jīng)驗(yàn)，提出斷層泥的物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)建議值：天然重度約為19.7 kN/m3；天然抗剪強(qiáng)度c為8～10 kPa，φ為10°～13°。

3 竹山斷裂地質(zhì)缺陷分析

沿干線隧洞軸線，竹山斷裂影響范圍包括F6和F7兩條分支斷層及其上、下盤影響帶(見圖2)，斷層破碎帶及影響帶巖體軟弱、破碎。其中F6斷層及影響帶厚約73.9 m，沿洞軸線寬約100 m；F7斷層及影響帶厚約134.4 m，沿洞軸線寬約159.7 m，其影響范圍大。預(yù)測其影響范圍內(nèi)隧洞圍巖類別為Ⅴ類，極不穩(wěn)定，存在塑性大變形[12]、坍塌、涌水突泥[13]問題，需加強(qiáng)工程處理措施，采取超前支護(hù)措施[14]，勢必會增加工期和工程量?？偨Y(jié)竹山斷裂主要有3大地質(zhì)缺陷：① 斷裂帶物質(zhì)組成復(fù)雜；② 斷裂帶巖性軟弱、破碎；③ 破碎帶含水豐富。

(1) 斷層及其影響帶物質(zhì)組成復(fù)雜，加大了洞室超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的難度，增加了施工風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)前期野外調(diào)查、鉆孔揭示及施工期1號施工支洞開挖揭露，竹山斷裂分支斷層及其影響帶主要由破碎巖體和斷層泥條帶或團(tuán)塊組成，各類組成物質(zhì)分布規(guī)律性差。其中影響帶主要為破碎巖體，斷層泥較少。破碎巖體根據(jù)巖類可分為粉砂質(zhì)千枚巖類和絹云母千枚巖類，根據(jù)完整程度又可分為較破碎類和破碎類[8]。斷層泥分布無規(guī)律，呈條帶狀或團(tuán)塊狀，隨機(jī)分布，規(guī)模大小不一，大的厚度超過1 m，長度超過6 m，小的厚約數(shù)厘米，長數(shù)十厘米。根據(jù)土類分類，斷層泥可分為黏土類、粉質(zhì)黏土類[15]等。由此可見斷層及其影響帶物質(zhì)組成復(fù)雜，而且物質(zhì)組成有其自身相對獨(dú)有的特點(diǎn)：組成物質(zhì)主要為破碎巖體和斷層泥，斷層泥分布無規(guī)律，局部斷層泥條帶或團(tuán)塊分布規(guī)模比較大。這樣加大了洞室超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的難度，增加了施工風(fēng)險(xiǎn)。

(2) 斷層及其影響帶物質(zhì)軟弱、破碎，洞挖時(shí)極易產(chǎn)生塑性大變形。斷層及其影響帶主要由破碎巖體和斷層泥條帶或團(tuán)塊組成，其中破碎巖體巖性為粉砂質(zhì)千枚巖、絹云母千枚巖，巖性軟弱；其呈碎裂狀，受裂隙切割，巖石塊度僅數(shù)厘米到十余厘米，巖體較破碎-破碎。組成物質(zhì)中破碎巖體巖性軟弱，斷層泥為可塑狀黏性土，其性狀極其軟弱，該類斷層工程上較為少見。破碎巖體組成的洞室圍巖極不穩(wěn)定[16]，圍巖易產(chǎn)生塑性大變形；斷層泥條帶或團(tuán)塊組成的洞室圍巖極易產(chǎn)生塑性大變形。

(3) 斷層及影響帶含水豐富，高地下水壓力下易產(chǎn)生突泥現(xiàn)象。竹山斷裂中分支斷層(F6和F7)及其影響帶巖體破碎，巖體透水性較強(qiáng)，根據(jù)現(xiàn)場滲透試驗(yàn)成果，斷層及其影響帶一般具中等透水性(K=i×10-3cm/s)，局部具強(qiáng)透水性。斷層及影響帶內(nèi)地下水位為365.5～370.5 m，埋深為數(shù)米，高于隧洞底板約65～90 m。竹山斷裂中斷層及影響帶含水豐富，是有一定規(guī)模的富水體，亦是地下水徑流的主要通道[17]。分別采用裘布依理論公式和古德曼經(jīng)驗(yàn)公式[18]對施工期主洞中正常涌水量和施工初期最大涌水量進(jìn)行預(yù)測[19]。竹山斷裂分支斷層F6及其影響帶施工期正常涌水量和施工初期最大涌水量分別為10.6 m3/h和178.3 m3/h；分支斷層F7及其影響帶施工期正常涌水量和施工初期最大涌水量分別為9.8 m3/h 和254.1 m3/h。斷層及影響帶含水豐富，為涌水突泥提供了補(bǔ)給水源，在高地下水壓力下產(chǎn)生突泥現(xiàn)象。不過該水源僅是斷層及影響帶內(nèi)自身賦存的地下水，水量有限，突泥規(guī)模有限。

4 1號施工支洞過竹山斷裂段工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)

4.1 洞室工程地質(zhì)條件及圍巖穩(wěn)定性評價(jià)

1號施工支洞穿過竹山斷裂分支斷層F6，穿越段洞身埋深77～101 m，圍巖濕潤。F6斷層破碎帶物質(zhì)主要為斷層泥條帶和團(tuán)塊(見圖3)斷層帶寬約46 m；斷層兩側(cè)影響帶寬7～12 m，巖性為粉砂質(zhì)千枚巖和絹云母千枚巖，影響帶內(nèi)巖體較破碎-破碎。F6斷層破碎帶及其兩側(cè)影響帶工程特性差，特別是斷層破碎帶部位圍巖穩(wěn)定性極差，基本無自穩(wěn)能力。綜合分析，1號施工支洞過竹山斷裂段洞室圍巖類別為Ⅴ類。

4.2 洞室開挖支護(hù)措施

該洞段成洞后不久就產(chǎn)生了較大變形。洞室開挖支護(hù)措施主要為：① 首先利用超前物探技術(shù)探測掌子面前方的地質(zhì)情況；② 采用注漿小導(dǎo)管對掌子面前洞頂圍巖進(jìn)行超前支護(hù)；③ 采用上、下臺階法進(jìn)行開挖和支護(hù)，機(jī)械開挖方法能用即用，嚴(yán)格控制單循環(huán)開挖進(jìn)尺，并及時(shí)支護(hù)；④ 初期支護(hù)措施為系統(tǒng)錨桿+鋼筋網(wǎng)+鋼拱架(間距1 m)+噴射混凝土；⑤ 支護(hù)完成后，立即設(shè)置變形觀測點(diǎn)對洞室進(jìn)行變形監(jiān)測。

4.3 洞室變形破壞特征及工程影響評價(jià)

過竹山斷裂洞段的支護(hù)施工完成后不久，變形監(jiān)測發(fā)現(xiàn)過斷裂段洞室變形較嚴(yán)重：2021年4月10日發(fā)現(xiàn)樁號K0+190～K0+235段洞室左壁中部鼓脹，在支護(hù)結(jié)構(gòu)表面出現(xiàn)張開度約1 cm的縱向變形裂縫，右壁中部鼓脹不明顯，但可見張開度為數(shù)毫米的縱向變形裂縫，另見少量橫向和斜向裂縫；至4月16日縱向變形裂縫進(jìn)一步延伸至樁號K0+182～K0+246，洞室左壁中部鼓脹變大，變形裂縫張開度增大至2～3 cm。洞室左、右壁中部鼓脹部位正好位于上、下部支護(hù)結(jié)構(gòu)的連接處，鋼拱架兩側(cè)直立段上、下分部連接處可見明顯彎折變形。洞室收斂變形6 d內(nèi)最大達(dá)30 mm，此后幾天洞室收斂變形不斷發(fā)展，變形范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，變形量不斷增大。

收斂變形后洞室的橫斷面尺寸縮小，不能滿足洞室設(shè)計(jì)尺寸的要求，造成侵限。如果不及時(shí)采取工程措施控制洞室變形，任由變形發(fā)展，勢必會使洞室變形不斷加大，直至洞室坍塌。

4.4 洞室變形處理措施及處理效果

鑒于K0+182～K0+246段洞室變形在不斷發(fā)展，為防止洞室大變形，甚至坍塌，并解決“侵限”問題，經(jīng)業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理和施工四方共同討論確定變形處理方案：逐根拆裝鋼拱架，重新安裝的鋼拱架間距由原來的1.0 m縮小至0.5～0.8 m，其中K0+189～K0+235.4段(斷層泥為主的洞段)鋼拱架間距縮小至原來的一半(0.5 m)，K0+181～K0+189和K0+235.4～K0+247.7兩段(破碎巖體為主的洞段)鋼拱架間距縮小至0.8 m；洞室直立側(cè)壁由原來上、下兩小段工字鋼相接改為整根工字鋼；鋼拱架兩側(cè)底腳進(jìn)入基巖并采用工字鋼橫撐連接，及時(shí)硬化洞室底板。2021年4月20日開始對洞室變形進(jìn)行工程處理。變形處理后定期進(jìn)行變形監(jiān)測，經(jīng)半年多的變形監(jiān)測成果顯示，1號施工支洞過竹山斷裂段洞室變形得到了有效的控制。

4.5 工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

1號施工支洞過竹山斷裂段洞室變形處理過程，可作為2號隧洞過竹山斷裂前的一次生產(chǎn)性試驗(yàn)。施工中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)和深刻的教訓(xùn)，主要經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)總結(jié)如下：

(1) 在1號施工支洞過竹山斷裂的隧洞工程施工中，無論從施工技術(shù)，還是人力、物力上，均沒有考慮對竹山斷裂地質(zhì)缺陷可能導(dǎo)致的工程安全隱患采取有針對性的應(yīng)對措施。

(2) 施工中超前勘探手段單一，僅采用的超前物探手段，應(yīng)對復(fù)雜的地質(zhì)條件具有明顯的局限性，難以準(zhǔn)確地探測出斷層的位置和特性。為準(zhǔn)確查明掌子面前方的地質(zhì)情況，應(yīng)進(jìn)行精細(xì)化勘察。配合超前物探，采用超前鉆探手段查明掌子面前方的地質(zhì)情況是必然選擇。

(3) 施工中嚴(yán)格控制單循環(huán)開挖進(jìn)尺，并及時(shí)支護(hù)，使得施工時(shí)未出現(xiàn)大的掉塊和塌方。說明控制好單循環(huán)進(jìn)尺能有效地提高圍巖臨時(shí)自穩(wěn)能力，有力地保證初期支護(hù)的施工安全。

(4) 圍巖支護(hù)措施與施工存在的主要問題有：鋼拱架兩側(cè)直立段上、下分部連接處為施工控制的薄弱點(diǎn)，在圍巖壓力作用下易向洞室內(nèi)彎折變形，導(dǎo)致洞室左、右兩壁中部鼓脹；鋼拱架底腳未落實(shí)，底腳懸空或坐落在虛土上；洞底保護(hù)不到位，導(dǎo)致運(yùn)渣車、反鏟挖機(jī)等機(jī)械碾壓洞底形成較深水坑，影響支護(hù)結(jié)構(gòu)的支護(hù)效果，危及洞室安全；與鋼拱架連接的錨桿的錨固力未達(dá)到設(shè)計(jì)要求。出現(xiàn)上述問題的主要原因在于，圍巖支護(hù)措施未充分考慮復(fù)雜的地質(zhì)條件和圍巖軟弱破碎情況，施工過程中又未予以高度重視。因此，在施工中，業(yè)主、監(jiān)理和施工方應(yīng)加強(qiáng)施工管理，進(jìn)行信息化施工，加大施工質(zhì)量的管控力度。

(5) 針對不同特性的物質(zhì)成分組成的圍巖采用不同的支護(hù)措施，進(jìn)行精細(xì)化工程處理。對于組成物質(zhì)以黏性土(斷層泥)為主的圍巖，注漿小導(dǎo)管超前支護(hù)效果較差，施工中經(jīng)常產(chǎn)生掉塊和塌方，建議采用管棚進(jìn)行超前支護(hù)。

(6) 應(yīng)在充分論證圍巖工程地質(zhì)特性的基礎(chǔ)上，科學(xué)設(shè)置鋼拱架間距，以控制圍巖變形，提高圍巖穩(wěn)定性。

(7) 變形監(jiān)測對于確保工程施工安全、工程保質(zhì)保量順利實(shí)施具有重要作用。利用變形監(jiān)測數(shù)據(jù)可及時(shí)了解洞室變形情況、變形趨勢、洞室穩(wěn)定性，以便對可能出現(xiàn)的施工安全隱患和施工質(zhì)量問題采取針對性的處理措施。

5 工程應(yīng)對策略探討

根據(jù)竹山斷裂地質(zhì)缺陷，借鑒該工程中1號施工支洞過竹山斷裂的工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，提出2號隧洞穿過竹山斷裂的工程應(yīng)對策略總的原則是：先查后治，變形監(jiān)測；周密策劃，穩(wěn)妥施工[20]。應(yīng)對策略具體技術(shù)路線為：應(yīng)用“精細(xì)化”工程技術(shù)理念，制定經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行的隧洞開挖、支護(hù)方案；采用綜合勘察手段，開展精細(xì)化超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作；研究精細(xì)化施工處理措施，及時(shí)調(diào)整隧洞開挖、支護(hù)方案；按照確定的隧洞開挖、支護(hù)方案，開展隧洞施工工作；加強(qiáng)洞身變形監(jiān)測，根據(jù)施工揭露的地質(zhì)情況及時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)變更。

5.1 應(yīng)用“精細(xì)化”工程技術(shù)理念，制定經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行的隧洞開挖、支護(hù)方案

針對竹山斷裂的地質(zhì)缺陷，應(yīng)用“精細(xì)化”工程技術(shù)理念，制定經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行的隧洞開挖、支護(hù)方案，并組織有經(jīng)驗(yàn)的專家對方案的可行性進(jìn)行論證：

(1) 預(yù)先配置相應(yīng)抽水能力的抽水設(shè)備，應(yīng)對可能出現(xiàn)的涌水問題。

(2) 開挖前實(shí)施超前支護(hù)，對不同的圍巖條件采取不同的超前支護(hù)措施，即實(shí)施精細(xì)化超前支護(hù)：對地質(zhì)條件相對較差的以斷層泥為主的洞段，采用管棚[21]進(jìn)行超前支護(hù)，管棚間距可適當(dāng)加密；對于地質(zhì)條件相對較好的以破碎巖體為主的洞段，可采用超前注漿小導(dǎo)管[22]進(jìn)行超前支護(hù)。

(3) 洞內(nèi)開挖采用機(jī)械開挖方式，不宜采用鉆爆法。

(4) 洞內(nèi)初期支護(hù)采用系統(tǒng)錨桿+鋼筋網(wǎng)+鋼拱架+噴射混凝土進(jìn)行強(qiáng)支護(hù)[23]。鋼拱架間距根據(jù)圍巖情況確定，力求精細(xì)化，一般為0.5～0.8 m，比原設(shè)計(jì)鋼拱架間距有所縮?。粐鷰r地質(zhì)條件相對較差的洞段，即以斷層泥為主的洞段，鋼拱架間距取小值，以破碎巖體為主的洞段，鋼拱架間距取大值。

(5) 二襯采用鋼筋混凝土進(jìn)行強(qiáng)支護(hù)。

5.2 采用綜合勘察手段，開展精細(xì)化超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作

受到地下巖體地質(zhì)條件復(fù)雜性和相對不均一性的限制，以及受到經(jīng)濟(jì)、技術(shù)局限性制約，前期勘察工作很難查清地下微觀巖體地質(zhì)條件，甚至局部宏觀巖體地質(zhì)條件亦難以查清。而隧洞工程對微觀巖體地質(zhì)條件十分敏感，要求查清掌子面前方每一處的工程地質(zhì)條件，即進(jìn)行精細(xì)化勘察，及時(shí)對圍巖的穩(wěn)定性及圍巖類型進(jìn)行判斷，并對掌子面前方的圍巖地質(zhì)條件進(jìn)行分段，以便及時(shí)對不同性質(zhì)、不同規(guī)模、不同程度[24]的工程地質(zhì)問題采取相應(yīng)的處理措施，使工程處理精細(xì)化，避免大的地質(zhì)災(zāi)害的產(chǎn)生。

竹山斷裂具有3大地質(zhì)缺陷：斷層及其影響帶物質(zhì)組成復(fù)雜，物質(zhì)軟弱、破碎，且為富水地質(zhì)體，其所在洞段地質(zhì)條件極其復(fù)雜和不均一，為了詳細(xì)查清隧洞掌子面前方的地質(zhì)條件，可采用綜合勘察手段(包括地質(zhì)分析法、超前物探法和超前水平鉆孔法)，開展精細(xì)化超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作[25]。首先采用超前物探法大致探查出掌子面前方的物性異常情況，初步預(yù)測竹山斷裂的分布位置及物質(zhì)組成，以及地下水情況，再在超前物探的基礎(chǔ)上采用超前水平鉆孔法[26]，精準(zhǔn)探查出掌子面前方的地質(zhì)情況。及時(shí)收集分析前期及施工期地質(zhì)資料，包括前期勘察成果、物探成果、試驗(yàn)成果和施工期地表調(diào)查、洞內(nèi)地質(zhì)勘查、地質(zhì)編錄、風(fēng)鉆孔探測等資料，了解掌子面前方洞段的地質(zhì)條件。超前物探法可采用地震波法(適用于長距離探測，常用的有TSP)、地質(zhì)雷達(dá)法[27](適用于短距離探測)和紅外線探水儀法，實(shí)際超前探測中可采用長距離和短距離探測相結(jié)合進(jìn)行，大致探測掌子面前方洞段的地質(zhì)條件；超前水平鉆孔法系通過鉆取掌子面前方地質(zhì)體的巖芯，直接地、準(zhǔn)確地探測掌子面前方地質(zhì)情況。通過采取綜合勘察手段進(jìn)行超前勘查，對竹山斷裂所在洞段進(jìn)行實(shí)時(shí)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，并提出精細(xì)化工程處理措施建議。

5.3 研究精細(xì)化施工處理措施，及時(shí)調(diào)整隧洞開挖、支護(hù)方案

應(yīng)充分利用超前地質(zhì)預(yù)報(bào)成果，研究精細(xì)化施工處理措施，及時(shí)調(diào)整隧洞開挖、支護(hù)方案，以使施工方案更加經(jīng)濟(jì)、合理、安全。調(diào)整方案需做好以下幾點(diǎn)：

(1) 就前期對掌子面前方圍巖工程地質(zhì)分段的預(yù)判進(jìn)行調(diào)整，使工程地質(zhì)分段更加精細(xì)化。圍巖工程地質(zhì)分段的預(yù)判包括分段的段數(shù)、分段的范圍，以及分段的圍巖地質(zhì)特征、主要工程地質(zhì)問題和類別。

(2) 根據(jù)調(diào)整后的掌子面前方圍巖工程地質(zhì)分段的預(yù)判結(jié)果，研究精細(xì)化工程處理措施，相應(yīng)對掌子面前方圍巖的工程處理措施進(jìn)行調(diào)整。對工程處理進(jìn)行精細(xì)化分段，應(yīng)確定分段的段數(shù)，每個(gè)分段的范圍和對每個(gè)分段圍巖需采取的具體的工程處理措施。

(3) 進(jìn)一步對與工程處理措施相關(guān)的工藝、工序、工法和施工組織進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

(4) 工程處理措施的調(diào)整應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。

5.4 按照確定的隧洞開挖、支護(hù)方案，開展隧洞施工工作

在對竹山斷裂所在洞段進(jìn)行掘進(jìn)施工時(shí)，應(yīng)按照確定的隧洞開挖、支護(hù)方案，開展隧洞施工工作，杜絕馬虎大意和偷工減料。施工單位應(yīng)該安排工法熟練、有經(jīng)驗(yàn)的施工隊(duì)伍，配備經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)技術(shù)人員和充足的設(shè)備、器材；監(jiān)理單位應(yīng)認(rèn)真履行自己的監(jiān)督管理職責(zé)；業(yè)主單位應(yīng)從資金、物質(zhì)、協(xié)調(diào)等方面大力給與支持。施工時(shí)需注意如下幾點(diǎn)：

(1) 隧洞開挖后及時(shí)進(jìn)行支護(hù)，開挖一個(gè)循環(huán)進(jìn)尺就支護(hù)一個(gè)循環(huán)進(jìn)尺，禁止連續(xù)開挖兩個(gè)及以上的循環(huán)進(jìn)尺再進(jìn)行支護(hù)。

(2) 管棚施工中應(yīng)按從試驗(yàn)注漿獲取的施工參數(shù)(包括水泥漿的水灰比、注漿壓力等)進(jìn)行注漿施工。

(3) 做好施工記錄。

(4) 如果施工中出現(xiàn)異常情況，如施工前預(yù)測的掌子面前方的地質(zhì)情況與實(shí)際開挖揭露的有一定出入、一些支護(hù)措施未達(dá)到預(yù)期效果等，應(yīng)及時(shí)分析研究，可對施工方案進(jìn)行微調(diào)，以使施工效果達(dá)到最佳。

5.5 加強(qiáng)洞身變形監(jiān)測

變形監(jiān)測是工程建設(shè)必不可少的重要環(huán)節(jié)。變形監(jiān)測是工程的“眼睛”，洞身收斂變形量及變形趨勢一般是肉眼看不出來的，但可通過專業(yè)的變形監(jiān)測設(shè)備定期進(jìn)行測量得出。竹山斷裂所在洞段地質(zhì)條件復(fù)雜，為地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)極高的地段，應(yīng)加強(qiáng)洞身的收斂變形監(jiān)測，特別是斷層泥條帶、團(tuán)塊分布較多的洞段，應(yīng)加密變形監(jiān)測點(diǎn)或斷面，以起到檢驗(yàn)工程處理的效果和安全預(yù)防作用。

6 結(jié) 語

通過對竹山斷裂地質(zhì)缺陷的深入分析，并借鑒已完工的穿越竹山斷裂的隧洞工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出有針對性的隧洞穿越竹山斷裂的工程應(yīng)對策略。在分析研究過程中，充分利用施工期間揭露出的地質(zhì)情況，不斷修正和完善前期地質(zhì)勘察成果，為竹山斷裂地質(zhì)缺陷的分析提供了可靠的依據(jù)；已完工隧洞的工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)為隧洞穿越斷裂的工程應(yīng)對策略的制定提供了強(qiáng)有力的技術(shù)保障。在工程應(yīng)對策略中，創(chuàng)新性提出了精細(xì)化勘察、精細(xì)化工程處理等“精細(xì)化”工程技術(shù)理念。本文分析研究的過程和成果，特別是“精細(xì)化”工程技術(shù)理念，對類似工程的建設(shè)有很好的借鑒參考作用，對其他一般工程建設(shè)也有一定啟發(fā)作用。