围岩分类及木坡水电站引水隧洞地质构造等方案

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1、围岩分类及木坡水电站引水隧洞地质构造等围岩分类围岩超前地质预报木坡水电站引水隧洞地质构造及地层岩性木坡水电站围岩划分标准岩体自稳能力名词解释隧道中围岩指的是什么？隧道衬砌结构周围的地层或岩体称为围岩。地下洞室周边由于开挖受到扰动和影响的那壹部分（即产生破坏圈、松动圈 和松驰圈）岩体（地质体）通常称为围岩。建立围岩分类系统的目的主要是解决 地下工程支护设计问题， 于围岩分类的框架内总结已有的工程经验。 其实用价值， 已为国内外地下工程界所公认。围岩分类能把自已遇到的工程情况和别人遇到过 的工程情况联系起来进行类比，这样的分类系统实际上起着壹种桥梁作用。我们 的工程地质工作，即使作了力求详尽的地质

2、描述，获取了力求精确的岩石物理力 学指标，而不和支护设计相结合，对围岩的整体稳定性进行分类处理和评价，这 样的零散资料堆积，设计工程师是无法应用的。需工程地质工作者解决的三大稳定之壹：隧道围岩的稳定 隧道围岩不稳定性壹般有：坍方、剥落、滑移、岩爆、碎裂松动、塑流涌 出，膨胀内鼓等等，隧道稳定性就是指抵抗上述破坏，保持隧道围岩稳定，安全 的力学性质。它和地质、气候、水文、人为活动等因素关联。目前围岩稳定性的 研究方法主要包括：理论分析法、模拟研究法和现场试验法等。围岩分类围岩分类就是从工程应用的目的出发，依据岩体的稳定性进行的分类。岩体开挖后，洞室周围岩体应力发生变化，导致岩体应力重新分布。将应

3、力 发生显著变化区域的岩体（围岩）根据工程地质成因、岩体结构、地质构造进行 综合分析，以评定洞室围岩性质，判断围岩是否稳定，确定山岩压力，提出支护 设计方案和确定施工方法。目前我国地下工程施工设计中经常采用的围岩分类主 要有五种。1 国家标准中的围岩分类。 GB50086-2001 锚杆喷射混凝土支护技术规范（该规范是分级和围岩的分类等同使用） ，该规范由冶金工业部主编。冶金、煤 炭工业系统多采用该规范中围岩分类法。 GB50287-99 水利水电工程地质勘察 规范。2 普氏分类法。原苏联 M.M 普罗托奇雅可诺夫根据岩石坚固系数和岩体弱 化系数 A，对围岩进行分类， 我国 20 世纪 70

4、年代以前于坚固岩体中大多采用普 氏分类法。3 比耶涅夫斯地体地质力学分类。该分类法的优点是综合考虑岩石的单轴抗 压强度、 RQD 、节理状态、节理间距、地下水等五个综合因素，确定围岩等级， 再根据节理产状进行修正，最后确定将围岩分成五个等级，具有工程意义。4 巴顿分类。挪威著名人士 N. 巴顿根据岩石质量对围岩进行定量评价、 分类 于我国， 20 世纪 60-80 年代很多工程多采用巴顿围岩分类法。5 水利水电地下工程围岩分类。水利水电地下工程围岩分类是根据围岩稳定性及其变形破坏机理，来判断洞室周围岩体特性。于对围岩进行分类前，该方法 首先根据洞室围岩变形破坏基本类型、形式、岩体完整性、岩石强

5、度、岩体结构 和地下水等综合因素影响，定性评价围岩分类，然后再根据各有关要素指标对围 岩进行定量分类。各有关要素指标基本上和巴顿岩体质量指标评价中考虑的因素 影响相类似。所不同的是对水文地质的影响考虑更进壹步，对地下水渗透量、涌 水状态压力水头值均深入研究，而最后确定水电地下工程详细围岩分类。本工程采用中小型水利水电工程地质勘察规范 SL55-2005关于超前地质预报及超前勘探根据水利水电工程施工地质勘察规程 SL313-2004施工期间，对未开挖洞段可能遇到的影响洞室施工安全或围岩稳定的重大 工程地质问题时，应提出超前勘探的建议。5.3 地质预报和建议遇下列情况时，应进行超前地质预报1 深埋

6、隧洞和长隧洞。2 开挖揭露的地质情况和前期工程地质勘察资料有较大出入。3 预计开挖前进方向可能遇到重大不良地质现象（断层破碎带、喀斯特、软弱层带、含有害气体的地层、突泥、突水等） 。遇下列现象时，应对其产生原因、性质和可能的危害作出分析判断，且及 时进行预报：1 围岩不断掉块，洞室内灰尘突然增多，支撑变形或连续发生响声。2 围岩顺裂缝错位、裂缝加宽、位移速率加大。3 出现片帮、岩爆或严重鼓胀变形。4 出现涌水、涌砂、涌水量增大、涌水突然变浑浊现象，地下水化学成分产 生明显变化。5 干燥岩质洞段突然出现地下水流，渗水点位置突然变化，破碎带水流活动 加剧，土质洞段含水量明显增大。6 地温突然发生变

7、化，洞内突然出现冷空气对流。7 钻孔时，纯钻进速度加快且钻进回水消失，经常发生卡钻。5.3.3 施工地质预报应包括下列内容：1 未开挖洞段的地质情况和可能出现的工程地质问题。2 可能出现坍塌、崩落、岩爆、臌胀、涌沙、突泥、突水的位置、规模及发 展趋势，含有害气体地层的位置。5.3.4 围岩处理措施建议应包括下列内容：1 开挖处理的位置、范围、深度和体积。2 置换、回填处理的位置、范围和深度。3 固结灌浆的范围和深度。4 支护的类型、范围和时机。5 防渗帷幕、排水孔（洞）的位置、深度方向。6 地下水的排、截、堵、引。隧洞施工超前地质预报方法浅探壹、超前地质预报工作简介超前地质预报工作简介 超前地

8、质预报为掘进施工中隧洞地质监测的重要组成部分，它包括隧洞围岩 描述、水文地质监测、施工地质测绘、围岩变形监测、围岩类别判别、仪器现场 量测、不良地质体预报及相应的地质、测试资料分析和成果整理等工作，且及时 提供超前地质预报成果资料。超前地质预报工作实施特点超前地质预报工作主要是对围岩及水文地质条件进行监测、对不良地质体进 行预报，及时获取现场第壹手地质资料和仪器测试数据，是地质预报工作成败的 关键，同时现场地质工作和仪器测试和隧洞掘进施工相互干扰、又相辅相成。因 此，进行超前地质预报的地质工程师要于充分了解前期地质工作的基础上，对隧 洞的工程及水文地质条件进行认真的调查，时时跟进施工，于检修维

9、护的空隙时 间里及时的进行仪器测试，保证采集的资料、数据准确无误，且尽快提供分析成 果，为围岩支护和不良地质体的超前处理提供依据。二、超前地质预报工作项目和内容超前地质预报工作包括：隧洞围岩描述、围岩监测、水文地质监测、施工地 质测绘、围岩类别判别等常规地质预报和超前地质勘探、超前仪器现场量测、不 良地质体长距离预报等超前地质预报，以及相应的地质、测试资料分析和成果整 理等工作。常规地质预报是指： 对已开挖洞段及时进行地质编录、 测绘、取样及试验， 依据已知围岩的风化、裂隙发育情况及开挖石渣的粒径、形状、质量情况和较大 渗水点的渗水量、水温、 ph 值、导电性等条件，预报掌子面前方未开挖地段的

10、 地质情况、可能出现的不良地质体及围岩类别。超前地质预报是指：为防止掘进时遭遇未知的不良地质体而进行的超前地 质勘察、超前勘探钻孔、超前仪器测试等，对隧洞掌子面前方长距离范围内的不 良地质体进行预报。所采用的主要手段为：地面地质预测、超前钻孔、地质雷达 测试、地震波超前测试等，然后将采集的数据进行整理，从而对不良地质体可能被揭示的位置进行预报。三、超前地质预报的方法和步骤浅析 超前地质预报依据预报距离可分为长期（长距离）和短期（短距离）俩种预 报形式。3 1 长期超前地质预报 长期超前地质预报分为俩个部分：地面不良地质体预报勘察和隧洞内长距离 仪器探测，它是由俩种或俩种之上的勘察技术手段和技术

11、进行的综合预报。地面超前地质预报工作方法 首先收集、整理工程区区域地质资料，结合地质调查进行资料分析，研究 区域断裂发育规律，从而判断工程区优势断裂发育方向、规模及可能出现的地质 灾害； 仔细分析前期地质资料，且进行现场复核和勘察，于地表准确鉴别不良地 质体的性质、位置、岩体质量，精确调查和测量不良地质体空间展布参数； 应用地面地质界面和地质体的延展规律及推算理论进行室内分析； 依据前述的分析结果，对可能出现不良地质体的性质和位置进行初步预 报。隧洞内仪器超前探测 隧洞内仪器超前探测是于隧洞掘进中的维护保养期间，使用探测仪器进行探 测，主要仪器有： tsp 系列隧洞地震探测仪、浅层地震仪等。

12、首先于隧道内人工制造壹系列有规则排列的轻微震源，震源发出的地震波 逼到地层界面、特别是断层破碎带等不良地质体时产生的反射波，其传播速度、 延迟时间、波形、强度和方向等均和关联地质体的性质密切关联，且通过不同的 数据表现出来； 通过震源反射波的数据采集系统（传感器和记录仪）进行数据采集，将数 据输入带有处理软件的电脑，且经过计算机数学计算进行数据处理； 将采集的数据资料转换为反应关联地质体反射能量的影视图像或隧道平 面、剖面图； 进行室内数据资料处理、分析，由工程技术人员进行解译，对隧道掌子面 前方不良地质体的性质、位置和规模等予以超前地质预报。最大探测距离可达掌子面前方 500m ，有效探测距

13、离 150m ，最高分辨率 1m 。3 2 短期超前地质预报 短期超前地质预报是于长期超前地质预报的基础上进行的，预报距离为掌子 面前方 1550m 。对于短期超前地质预报，主要是通过开挖石渣识别、掌子面 地质素描，更重要的是采用地质雷达或超前钻孔进行探测。前者是通过对不同地 质体标志的确认，以及不良地质体出现前的前兆标志，对不良地质体可能出露的 位置进行预测和判断，必要时辅助进行超前地质钻探；后者地质雷达探测属于电 磁波物探技术，通过电磁波的反射波和透射波的分时采集和数据组合分析，对不 良地质体的类型、规模、位置进行预测。壹般性超前地质预报 壹般性超前地质预报是根据掘进的石渣（常规钻爆法仍包

14、括掌子面） 、洞壁 揭露的结构面及岩层和地表结构面及岩层的对应关系、以及揭露的不良地质体的 特征，通过类比、推测预报掌子面前方是否存于不良地质体。不良地质体于被揭露之前往往表现出壹些明显或不明显前兆标志，这些标志 的出现，预示着隧洞即将临近不良地质体，它们是超前地质预报的重要信息，因 此，仔细观察、描述开挖石渣、洞壁结构面及岩层形态、量测结构面及岩层特征 参数，是正确进行超前地质预报的关键。壹些不良地质体的前兆标志： 断层破碎带前兆标志：节理裂隙组数及密度剧增、岩石强度降低、出现压 裂岩、碎裂岩、岩石风化相对强烈、泥质含量增加等。 突水、突泥前兆标志：节理裂隙渗水量和组数增加、且常常含有泥质物

15、或 浑浊（常规钻爆法的炮孔中的涌水量剧增、且夹有泥沙或碎石）等。 岩爆前兆标志：“饼”状开挖石渣的数量增加、洞壁于短时间内出现“饼” 状脱落体或出现 “片邦” 现象，以及轻微的岩石崩裂声等， 严重时洞壁出现飞石 地质雷达探测预报地质雷达探测预报属于电磁波物探技术，电磁波通过天线向掌子面前方发 射，遇到不同阻抗介质时，将产生反射波和透射波，接收机利用分时采样原理和 数据组合方式，把天线接收的信号转化为数字信号，主机系统再将数字信号转化 为模拟信号或彩色线迹信号，且以时间剖面的形式显示出来，供解译人员分析预 报不良地质体位置、规模及可能出现的施工地质灾害类型。进行超前钻孔探测超前钻孔探测是通过携带

16、的超前钻机或专门的地质钻机的钻探资料整理分 析，包括：钻进速度、孔内情况、涌水量、岩芯描述等，分析、判断不良地质体 的位置。短期超前地质预报的特点由于短期预报是于长期预报的基础上进行的，所以，预报的精度壹般要超 过长期超前地质预报，特别是对不良地质体性质的预报。短期超前地质预报针对性较强，壹般不适合于隧洞全程进行，结合长期地质预报适时进行3 3 施工地质灾害的警报施工地质灾害警报是于短期超前地质预报基础上进行的，是隧洞超前地质预 报的成果，对可能出现的施工地质灾害的类型、规模、位置，进行较为准确的警 报，且将警报通知掘进操作手，及时采取应对措施。施工地质灾害警报的方法和步骤 通过施工中出现的不

17、良地质体前兆标志，作出正确的判断； 及时提交书面的预警方案， 内容包括不良地质体的前兆特征、 辨认的标志、 精确定位、准确定性、预测地质灾害类型及规模和造成的影响程度等。施工地质灾害类型 施工地质灾害主要类型有：断层及破碎带塌方、涌水或突水、突泥，围岩不 稳定结构体坍塌，片邦或岩爆，以及岩体蚀变、围岩大变形等等。四、结语超前地质预报是深埋长大隧洞掘进施工中，减少施工地质灾害、顺利进行施 工的关键，但由于对不良地质体的认识和判别存于主观偏差，再加上勘测、测试 手段的局限性和人为解译的差异性，因此，有时难以保证超前地质预报的准确和 及时。木坡水电站引水隧洞地质构造1、俩河口背斜（ 4 ）：分布于小

18、金县抚边以北俩河口四姑娘山岩东侧 理县毕棚沟、牛棚子附近。西段轴线呈 N50 W方向展布，核部为三叠系侏倭组 砂板岩，俩翼为新均桥组板岩夹砂岩，轴面和俩翼向 NE 倒转，向 SW 倾斜，倾 角 50 70 中段。呈向南凸出的弧形， 核部为三叠系杂谷脑组厚块状砂， 翼部为 侏倭组，北翼倾向正北方向，倾角 88 ，南翼倾向正南方向，倾角 73 。构成轴 面直立的对称背斜。 往 NE 轴面呈 N70 E方向展布，至小金县双桥沟红杉林被燕 山期四姑娘山花岗岩侵入破坏。东段被印支期牛心沟云闪正长岩体阻挡。 1 号支 洞上游 0+8452、抚边倒转向斜（ 5 ）：分布于小金县抚边斯德波中海子至理县毕棚 沟

19、壹带。西段轴向呈为 N70 50 方W向展布，轴面及俩翼同向 NE 倒转，倾向 SW，倾角 68 75 。翼部次级压性断层发育，棋盘格式剪切裂隙明显。中段呈 向南微凸的弧形，北翼地层倾向 S8 W，倾角73 ，南翼地层倾向正北方向，倾 角 65 ，构成轴面直立的对称向斜，向东延伸至双桥沟被鹿耳冲塘断层破坏。通 往 1 号支洞钢架桥附近，桩号 2+503 。3、长五间倒转背斜 （6 ）：分布于小金县长五间长河坝木尔寨沟壹带。 轴线自西向东由 N65 E逐渐转为 N35 E，到日尔寨尾再变为EW 向展布。轴面 及俩翼地层于长五间壹带向 NE 倒转，向 SW 倾斜，倾角 60 68 于长；河坝壹 带

20、俩翼对称，呈对称背斜，核部及俩翼地层分别为三叠系侏倭组砂板岩、新均桥 组板岩夹砂岩。 4 号支洞上游，桩号 6+508 。4、木坡向斜（ 7 ）：分布于工区中部，西起小金县大沟，经木坡、四道棚 子、双桥沟东至理县毕棚沟。西段轴向呈 N65 35 E方向展布，俩翼地层倾角 约 70 ，构成对称向斜，翼部次级斜歪褶曲发育，破劈理明显。轴线往西交于燕 山万里城岩体，构成北陡南缓不对称向斜。向斜槽部及俩翼地层分别为三叠系新 均桥组和侏倭组。木坡通往 4、5 号支洞的钢架桥下游，从原勘察剖面图上了解 为尖顶褶曲，岩层倾角较陡，围岩稳定性相对较好，但现场踏勘为圆顶褶曲，向 斜核部地层水平，裂隙很发育，又是

21、蓄水构造，地下水丰富对围岩稳定不利。桩 号 8+480 。T3x 黑色及深灰色炭质板岩，粉砂质板岩及绢云板岩、夹褐灰色及灰色薄层 细粒变质石英砂岩及粉砂岩。T3zh 灰深灰色中厚层状变质细粒砂岩和灰色薄中层变质粉砂岩、 含炭绢云 板岩、粉砂质板岩不等厚韵律互层。简单介绍我国岩体力学创始人谷德振教授的地层加构造不同的地层岩 性具有不同的工程地质特点。木坡水电站围岩类别划分标准1、于围岩类别预报时，类围岩的划分标准为：岩体新鲜、微风化中厚层 砂岩夹板岩，裂隙多闭合，偶有轻微锈染，岩体较破碎，壹般发育2 3 组结构面，结构面平均间距 0.52m 。层间结合壹般好或结合差，其结构类型为中、 薄层状结构

22、、块状结构或中厚层状结构，地下水活动轻微中等（渗水、滴水或 大量滴水线状水流）。2、于围岩类别预报时，类围岩的划分标准为：岩石微风化或弱风化、弱 卸荷，中厚层砂岩、板岩互层，发育 3 组之上结构面，岩体破碎，结构面平均间 距 0.1 0.5m ，主要发育结构面间结合面的结合程度壹般或结合差，其结构类型 为碎裂状结构或层间结合不良的薄层、中厚层和软硬岩互层结构、散块状结构及 块状结构和层间结合较好的中厚层或厚层状结构，个别裂面可见锈染、微张，岩 体结构较松弛。地下水活动强度中等（大量滴水线状水流） ，隧洞过沟浅埋段。3、于围岩类别预报时， V 类围岩的划分标准为：岩石强风化、强卸荷岩体、 构造破

23、碎带，褶曲轴部，板岩集中洞段，岩性软弱或岩体完整性极差，结构面杂 乱无序或结构面平均间距 0.1m ，结合力很差，呈镶嵌碎裂结构散体状结构， 或上覆岩体单薄段，地下水活动中等强烈（大量线状流水或大量涌水） 。4、开挖时塌落高度 h （参考值）：类围岩： h= （0.17 0.33 ）B；类围岩： h= （0.33 0.66 ）B；类围岩： h= （0.661.2）B 或更大。 B：开挖跨度。（之上参考值来源于 工程地质勘察规范和强制性条文实施手册 ）5、壹般初期支护措施建议： 类围岩局部稳定性较差，可采用喷砼或喷锚支护，拱顶系统锚杆；类围 岩不稳定， 开挖后宜及时支护， 可采用挂网喷锚， 必要

24、时可全部衬砌或设钢拱架； V 类围岩极不稳定，成洞条件差，建议遵循 超前预加固，短进尺，弱爆破，强支 护，勤量测，必要时衬砌紧跟 的施工原则；和支洞相交处，当为、类围岩时 其上下游各 10m 建议降低壹个围岩类别进行初期支护。浅谈塌方：造成隧道坍方的因素有哪些？答：造成隧道坍方有地质因素，也有人为因素。其中地质因素有： 1隧道穿过断层及其破碎带，壹经开挖，潜于应力释放，承压快、围岩失稳 造成坍塌。2当通过各种堆积体时，由于结构松散，颗粒之间无胶结或胶结差，开挖后 引起坍塌3于挤压破碎带，岩脉穿插、节理裂隙密集带等破碎结构地层中，岩块间互 相挤压钳制，壹经开挖则失稳，常见围岩掉块、坍落。于软弱结

25、构面发育的情况下，或泥质充填物过多，均易产生较大的坍塌。4薄层岩体于构造运动的作用下形成的小褶曲、错动发育地段，施工中常常 发生坍方。5岩层软硬相间或有软弱夹层的岩体，于地下水的作用下，软弱面的强度大大降低，岩体间的互锁能力减弱，因而产生滑坍。6地下水的软化、浸泡、冲蚀、溶解等作用加剧岩体的失稳和坍落。7 极大的地应力（仅于高地应力区出现） 。造成隧道坍方的人为因素有：1施工方法选择不当，或工序间距安排不合理。各工序间距拉得较长，地层暴露时间过久，引起围岩松动、风化，招致坍方的发生。2喷锚不及时，或喷混凝土质量厚度不符合要求。3采用钢支撑时，支撑架设质量欠佳，支撑和围岩不密贴，俩者间的空隙填塞

26、不密实，或联接不够牢固，不能满足围岩压力所需要的强度要求。4有时支护已出现受力过大的现象而未加及时加固。5爆破作业不当，用药量过多。6处理危石措施不当，引起危石坠落，牵动岩层坍塌。隧道坍方有哪些征兆和预防措施？答：坍方前的征兆：1量测信息所反应的围岩变形速度或数值超过允许值；2喷射混凝土产生纵横向的裂纹或龟裂；3于拱顶或侧壁发现不断掉下土块、岩块；4岩层的层理、节理缝或裂隙变大、张开。5隧道内渗水、滴水突然加剧或变浑。 预防坍方的施工措施：1地下水:“排、堵、截、引” 。2短开挖。各部开挖工序间的距离要尽量缩短，以减少围岩暴露时间。3弱爆破。用浅、密炮眼，且严格控制用药量或用微差毫秒爆破。4强

27、支护。针对地压情况，确保支护结构有足够的强度。5快衬砌。衬砌工作须紧跟开挖工作面进行，力求衬砌尽快成环。 6勤检查、勤量测。对围岩发现有变形或异状，要立即采取有效措施及时处 理隐患。处理隧道坍方需采取怎样的步骤？ 答：坍方发生后，首先应防止坍方范围继续扩大，措施如下： 1于坍方范围的顶部和侧壁危石及大裂缝，应先行清除或锚固。2加强原有支护。对坍方范围前后原有的支护进行加固，以防止坍方扩大。 3于坍方范围内架设支撑或喷射混凝土，必要时加设锚杆。4加快衬砌，防止工程地质条件的进壹步恶化。对坍方端头部位应尽快作好 局部衬砌，以保证坍方不再扩大。处理坍方通常采用“小塌清、大塌穿”的方法：1 5 号支洞

28、小塌方的处理。2大塌方情况较复杂，壹般隧道衬砌后需要回填，因此原则上暂不清除衬砌 断面线外的塌渣；为了保护塌体上部的围岩，应采取先护后挖，谨慎施工，稳妥前进。如 4 号支洞的塌方处理工程岩体分级标准PGB50218 94国家技术监督局中华人民共和国建设部地下工程岩体自稳能力表 岩体级别自稳能力跨度20m ，可长期稳定，偶有掉块，无塌方跨度 1020m ，可基本稳定，局部可发生掉块或小塌方；跨度 10m ，可长期稳定，偶有掉块跨度 1020m ，可稳定数日 1 月，可发生小中塌方；距度 5 10m ，可稳定数月，可发生局部块体位移及小中塌方；跨度 5m ，可基本稳定跨度 5m ，壹般无自稳能力，数日数月内可发生松动变形、小 塌方，进而发展为中大塌方。埋深小时，以拱部松动破坏为主， 埋深大时，有明显塑性流动变形和挤压破坏；跨度5m ，可稳定数日 1 月无自稳能力注：小塌方：塌方高度 3m ，或塌方体积 30m 3；中塌方：塌方高度 36m ，或塌方体积 30 100m 3；大塌方：塌方高度 6m ，或塌方体积 100m 3。之上通过对围岩分类、围岩超前地质预报、木坡水电站引水隧洞地质构造、木坡水电站围岩划分标准及岩体自稳能力的探讨，旨于抛砖引玉若有不妥之处，敬请指正。