前震旦系浅变质玄武岩的工程特性研究

水电站设计　第２４卷第２期　Ｄ　Ｈ　Ｐ　Ｓ　２　０　０　８年６月　前震旦系浅变质玄武岩的工程特性研究　周云金，马金根　（中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川成都６１００７２）　摘要：目前，国内各方面对前震旦系浅变质玄武岩（Ａｎ邳）的研究甚少。本文以大渡河瀑布沟水电站工区出露的前震旦系浅变质　玄武岩为例，在搜集该套地层相关工程资料的基础上，重点结合实际的施工地质工作，综合分析研究其工程特性，以便为今后在该　套地层地区中工程的勘察、设计及施工提供参考。　关键词：前震旦系；浅变质玄武岩；工程特性；瀑布沟水电站　中图法分类号：Ｐ５８８．１４５　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００３—９８０５（２００８）０２—００９２—０３　石干抗压强度平均值达２０２．２ＭＰａ，干抗拉强度平均　１前　言　值达１１．２ＭＰａ，属于强度较高的坚硬岩石。由于做　湿抗压强度试样裂隙相对于干抗压强度试样裂隙较　多，故岩石软化系数和湿抗压强度指标相对偏低。　２．２岩体结构类型　瀑布沟水电站工区一带出露的浅变质玄武岩地　层为前震旦系基底岩，经历晋宁运动变质而成，与震　旦系下统苏雄组地层及澄江期花岗岩多呈断层、不　整合接触，主要出露于工区右岸（侵蚀岸）的谷坡地　带及掩埋于河床底部。在导流洞及其进口边坡、放　空洞及其竖井边坡、右坝肩及大坝防渗墙的施工过　程中均有揭示。　结合区域地质和电站技施阶段中的导流洞及其进　口边坡、放空洞及其竖井边坡及右坝肩开挖揭示的前　震旦系浅变质玄武岩的基本地质条件，经调查分析知，　受瓦山断块等一系列断裂构造影响，岩体中多发育次　级压扭性构造，局部伴有后期石英脉充填，构造裂隙及　隐微裂隙发育，局部柱状节理发育，岩体以镶嵌结构为　主，局部轻微蚀变，达碎裂结构，完整性较差。　２．３岩体风化卸荷特征　２前震旦系浅变质玄武岩的基本特性　该浅变质玄武岩多呈灰绿、暗绿色，时代老，岩　岩体风化卸荷程度是影响岩体质量的重要因素　之一。根据施工过程中的开挖情况显示，前震旦系　浅变质玄武岩以弱风化、弱卸荷为主，风化程度总体　上随深度减弱，裂隙密集带、断层破碎带、地下水活　跃带风化作用局部有所加强；大渡河急剧下切，边坡　岩体临空，不利于地应力及时调整释放，重力作用加　石致密、坚硬、性脆，局部具有杏仁状、气孔状喷发构　造，岩体中小断层及构造裂隙发育，卸荷作用强烈，　完整性差。　２．１岩体物理力学性质　综合分析成都院对瀑布沟水电站枢纽区浅变质　玄武岩开展的岩石室内物理力学性质的试验研究成　果（见表１）表明，试验岩样（１６组）多呈弱风化，平均　干密度达２．９８ｇ／ｃｍ３，平均比重达３．０５，平均普通吸　剧，导致边坡岩体局部表现为弱偏强卸荷（如库首右　岸拉裂变形体、右坝肩等工程部位）。　２．４岩体结构面特征　水率０．３２％，属于低吸水率不含亲水矿物岩石：岩　该套地层岩体结构面除断层等软弱结构面外，　表１前震旦系浅变质玄武岩的物理力学指标　收稿日期：２００７一Ｏ１一Ｏ９　作者简介：周云金（１９５９一），男，四川眉山人，高级工程师，主要从事水电工程地质勘察及岩土工程研究工作。　９２　维普资讯 http://www.cqvip.com

节理面特征大多与岩体风化程度、地下水丰富程度　有关，受构造影响节理面轻微蚀变，卸荷带内多呈锈　染，无充填或局部见少量碎屑，地下水多表现为裂隙　水沿结构面局部渗、滴水，偶见线状流水；弱偏强卸　荷带岩体结构面多呈微张，充填碎屑和次生泥（如放　３．１边坡工程　３．１．１边坡地质情况　此套地层岩石边坡多为弱风化弱卸荷～弱偏强　卸荷岩体，以镶嵌～碎裂结构为主，局部达到散体、　块裂结构，岩体质量以Ⅳ级为主，局部为Ｖ级。　空洞竖井边坡）。岩体强度指标建议值见表２。　表２前震旦系浅变质玄武岩岩体强度指标建议值　强度指标　岩体　类别　岩石　结构面　岩体特征　ｔｒ皿　Ｃ　／ＭＰａ　ｔａｎ　ｃ／ＭＰａ　２．５岩体应力特征　利用套钻解除法在前震旦系浅变质玄武岩探洞　进行地应力测试，结果表明，该地层岩体具有以构造　应力场为主的地应力场特征，属于低应力地层，　方向与河流大致垂直。　２．６岩体变形特征　通过对电站工区范围内此套岩性的自然边坡　（如古拉裂体、拉裂变形体）、人工边坡（放空洞竖井　边坡、导流洞进口边坡）和洞室（如导流洞、放空洞）　围岩的稳定性及变形特征的分析、总结，可以得出该　套地层的岩体变形特征为：　（１）岩体变形大多是沿岩体中先期存在的结构　面进行；　（２）自然边坡的变形特征多表现为高位以拉裂　变形为主、低位以倾倒变形为主，且水平方向表现为　外强内弱的渐变过渡关系，与完整岩体界限模糊不　清（如电站库首右岸古拉裂体、拉裂变形体）；　（３）人工边坡的变形特征大多是因为对爆破控制　不利，致使卸荷岩体或结构面不利组合形成的潜在不　稳定块体，在支护方式不当或支护滞后的情况下沿不　利结构面或结构面的交棱线发生滑塌变形破坏；　（４）洞室围岩变形破坏特征多表现为岩体在爆　破参数选取不当、施工质量差、地下水丰富、构造裂　隙发育及支护滞后等因素的组合影响下，沿不利结　构面或其交棱线形成重力式塌方（如顶拱及拱座部　位）和变形破坏（如边墙部位）。　３前震旦系浅变质玄武岩的工程特性　前震旦系浅变质玄武岩的工程特性主要从瀑布　沟水电站建设过程中的边坡工程、洞室工程、防渗墙　体施工等方面分别阐述。　３．１．２边坡开挖与支护　边坡的开挖及支护采用自上而下分台阶进行，　支护作业比开挖作业滞后一个马道进行，必要时，在　上一层支护完成前，暂停下一层开挖作业。　边坡开挖主要采用深孔梯段松动爆破进行施　工，在深孔梯段爆破时周边底部抵抗线较大的部位，　采用手风钻进行浅孔梯段爆破在深孔梯段爆破前进　行或与深孔梯段爆破一起爆破；对于不良地质地段　主要采用手风钻钻孔、小药量松动爆破开挖。受地　质条件、爆破参数（表３）以及施工质量等众多因素　的影响，爆破效果不尽相同。受岩体结构及卸荷程　度影响，在浅变质玄武岩卸荷带岩体的钻进过程中，　容易发生卡钻、埋钻等异常钻进现象，从而影响工程　质量和施工进度。　表３瀑布沟水电站放空洞竖井边坡　（前震旦系浅变质玄武岩）爆破参数　项　目　深孔梯段浅孔梯段预裂爆破柔性垫层　对于钻进过程中发生的卡钻、埋钻等异常现象，　可在钻进过程中采用灰水比为１：０．４～１：０．５水泥　净浆固壁或采用变径钻进的方法施工。　在边坡的坡面支护措施方面，可采用系统锚杆　（　２５，Ｌ＝４．５～６ｍ；　２８，Ｌ＝７．５～９ｍ，梅花形布　置）、喷混凝土（聚丙烯混凝土Ｃ２５，　＝１０～１２ｃｍ）加　挂网（　６～８，１５ｃｍ×１５ｃｍ）进行支护，并结合实际情　况实施排水孔（　５０，Ｌ＝２．５～４ｍ）及时进行支护处　理；对于存在深层稳定问题的滑坡部位，可采用系统　锚索结合锚筋束或抗滑桩进行支护。　３．２洞室工程　３．２．１　围岩地质情况　受风化卸荷程度、岩体结构、结构面状态、构造　及地下水发育情况等多方面因素影响，前震旦系浅　变质玄武岩围岩多为Ⅲ、Ⅳ类，采取一定的工程措施　后，小型地下洞室可成洞。　３．２．２洞室开挖与支护　结合瀑布沟水电站此套地层涉及的工作面施工　９３　维普资讯 http://www.cqvip.com

现状，根据洞室规模及基本地质条件，洞室可采用分　空洞上半洞（城门形（宽×高）：（８．８４～１０．４）ｍ×　层、导洞、全断面或其组合形式爆破开挖。通过在施　９．１３ｍ）主要采用全断面爆破开挖方式，以及Ⅲ、Ⅳ　工过程中不断总结、概括得出：爆破过程中爆破网络　类围岩采用表４的爆破参数（２号铵梯或乳化），取　主要采用毫秒微差分段爆破，周边孔采用光面爆破，　得了非常理想的爆破效果。　导爆索连接，在实际爆破中视地质情况适当调整爆　前震旦系浅变质玄武岩洞室系统支护方面可采　破参数，可以取得相当理想的爆破效果。如电站放　用系统锚杆（声２５，Ｌ＝４．５～５ｍ；声２８，Ｌ＝７．５～８ｍ，　表４前震旦系浅变质玄武岩Ⅲ、Ⅳ类围岩爆破参数　问距２～３ｍ，梅花形或交错布置）、喷混凝土（聚丙烯　岩体完整性较差。　混凝土Ｃ２０，６＝１０～１２ｃｍ）加挂网（声６～８，１５ｃｍ×　３．３防渗墙体施工　１５ｃｍ或ｌＯｃｍ×ｌＯｃｍ）进行支护，并结合实际情况实　通过对瀑布沟大坝防渗墙前震旦系浅变质玄武　施排水孔（声４８～５０，Ｌ＝２．５～４ｍ，梅花形布置）及时　岩５７个槽段（共计２１３个槽孔）的施工情况统计分　进行支护处理；对于不良地质体地段可结合钢支撑　析可知，在前震旦系浅变质玄武岩的防渗墙成槽过　或钢格栅进行联合支护并实施衬砌。对于在卸荷带　程中主要采用冲击钻钻劈法施工。根据河床覆盖层　岩体中造孔时发生的卡钻、埋钻等现象，可采用变径　地质条件及基岩顶面埋深情况，使用的冲击钻头吨　钻进的施工工艺。　位为３～５．５ｔ，钻头形状多种多样，常用的有十字钻　３．２．３地下水、构造对前震旦系浅变质玄武岩围岩　（包括平底钻、非平底钻等）、六角钻及管钻。前震旦　稳定的影响　系浅变质玄武岩质坚性脆，冲击钻渣样多呈角砾～　地下水与构造的相互作用是决定洞室围岩稳定　碎块状，以棱角状为主，施工进度一般可达５０～　与否的重要条件。前震旦系浅变质玄武岩属于低吸　７０ｃｍ／５ｈ，成槽形状较规整。　水率不含亲水矿物坚硬岩石，因此，当地下水在此类　围岩中渗透时，对洞室围岩影响主要表现在：　４小　结　（１）软化结构面充填物质，降低结构面的抗剪强　度，当洞室开挖后软弱结构面临空，在其他结构面的　针对前震旦系浅变质玄武岩的基本工程特性研　组合切割下容易发生塌方（如瀑布沟电站放空洞桩　究，在施工过程中还需注意以下几点：　号０＋３１５～０＋３３２ｍ段）：　（１）在边坡及洞室的开挖过程中，应重视及时进行　（２）地下水较丰富时（如线状流水）可冲刷结构面　有效支护的重要性，施工及支护参数可参照文中所述，　充填物质，对断层等软弱构造带产生软化、泥化作用，　在施工中应根据实际揭示的地质条件进行调整。　并使其膨胀崩解，严重时可分离岩体，导致围岩塌方；　（２）在前震旦系浅变质玄武岩中进行洞室开挖，　（３）开挖地下洞室提高了渗压梯度，产生指向洞　应根据实际开挖揭示的地质条件及时调整单孔药　内的渗透压力，渗透压力会因结构面方向的变化和　量、孔距、孔数，改变循环进尺长度，尤其对周边孔而　不均匀分布而呈现出不对称性，在不对称的渗透压　言，单孔药量及孔距对开挖效果影响最大，文中所述　力作用下，洞壁上的分离块体易于发生塌落。　参数可作为参考。　前震旦系浅变质玄武岩形成时代老，经历诸多　（３）在洞室开挖过程中应加强水文地质预报，了　地质构造运动，进而导致该套地层岩体多呈轻微蚀　解岩体的渗透性能；加强施工地质预报，必要时可先　变，岩体中断层、挤压破碎带及短小隐微裂隙发育，　实施超前钻孔，以查明掌子面前的地下水情况。　９４