地下厂房在工程勘察中的质量控制

地下厂房在工程勘察中的质量控制

任岩  ,鲁建晔

昆明市水利水电勘测设计研究院有限责任公司 云南 昆明  650221

摘要：地下厂房是现今常见的工程建设设施，本文结合相关工程经验，浅析在前期工程勘察中的勘探目的及相关注意事项，对地下厂房的前期勘探提出一些建议。

关键词：地下厂房；工程勘察；质量控制

引言

随着现代社会的高速发展，人们对于工程的外观环境和占地情况越来越注意，地下厂房具有不影响美观，且能极大减少占地的特性，也因此在越来越多的工程中被频繁使用。本文将从施工中的技术控制为引，讨论针对施工中地下厂房的施工方法及可能产生的施工风险，在前期勘察中需达到何种勘察目的及相关注意事项。

1.施工方法及风险

地下厂房的施工一般包括开挖施工和砼施工。

1.1.开挖施工

目前地下厂房施工工程中常用的开挖方法为钻爆法，自上而下分层开挖，采用“先导洞，后扩挖”的方法。常规风险为开挖围岩的稳定性和施工至地下水以下时可能产生的渗、涌水。在无地下水且岩体具高地应力时，可能存在岩爆风险。部分地区可能存在地下有害气体风险。随着地下厂房的运用增多，在某些蓄水工程中还存在对工程蓄水的影响。

1.2.砼施工

砼施工的风险主要为衬砌、浇筑时的边墙稳定性。位于地下水以下的工程存在地下水对砼、钢筋、混凝土等的腐蚀性。

2.前期勘探

针对以上风险，在前期勘察中应确定地下厂房的围岩情况、地下水情况、地应力情况。即通过对工程区的水文地质、地层岩性、区域构造等方面进行详细勘察，为后续的施工施工设计提供相应的资料和必要的数据。同时也可以判断施工过程中可能遇到的风险，提前示警规避。

3.工程实例

以某工程为例，工程涉及建筑物以地下洞室布置为主，主要建筑物为进水隧洞、进水室、进水洞、泵站地下泵房、工作竖井、交通兼出水洞等。

地下洞室、布置于脊状山体斜坡内，山体雄厚，总体走向北西，建筑物部位地形坡角为10°～25°，地面高程为2019m～2036m。据地质测绘及勘探钻孔揭露，地表为第四系全新统残坡积层粉质粘土、含砾粉质粘土，勘探揭露厚度2.10m~8.00m；下伏二叠系上统峨嵋山玄武岩组火山熔岩段全—微风化玄武岩，钻孔揭露全风化玄武岩厚度32.90m~36.80m（埋深2.10m~8.00m），强风化玄武岩厚度11.10m~27.00m（埋深35.00m~44.80m），弱风化玄武岩厚度61.70m~70.50m（埋深46.10m~71.80m），埋深116.60m~133.50m以下为微风化。全风化玄武岩风化呈土状，工程地质特性与土层相同；强风化玄武岩为碎裂结构，块状构造，属软质岩，性脆，节理、裂隙发育；弱风化玄武岩为镶嵌块裂结构，块状构造，节理、裂隙较发育，岩石较坚硬、性脆，岩石较完整；微风化玄武岩为块状结构、构造，岩石坚硬、性脆，节理、裂隙较发育，岩体完整。地下洞室建筑物洞室埋深为139m～154m（洞室高程1886m~1901m），围岩为弱—微风化玄武岩，岩体质量指标（RQD）分类大多为较差—较好；岩质较坚硬，声波平均值3587.3m/s。岩体完整性系数Kv平均值0.56，岩体完整程度为较破碎—较完整。该段岩体中较破碎岩体占比约10%，岩体完整性总体较好。

根据地应力测试成果，区内测压系数一般≤1.0，基本以自重应力为主导，最大水平主应力方向为336º。洞室区岩层流面产状一般为310°∠46°，洞室长轴方向为109º，区内岩层流面及优势裂隙走向与泵房长轴一般呈大角度（69°）相交。区内最大水平主应力方向为336º，与洞室长轴向呈47°相交，属低地应力水平，地应力对主泵房洞室稳定影响总体较小，围岩强度应力比值一般大于7，发生岩爆的可能性小。主泵房、抽水洞及进水室部位主要为弱—微风化较坚硬状玄武岩，岩体完整性总体较好—好，顶拱上覆微风化较完整岩体厚度最大约35m，弱风化较完整岩体厚度达约62m～70m，远大于两倍洞跨。

综合考虑岩性及组合特征、结构面走向与洞轴线方位关系、地下水特征、天然地应力水平、RQD、岩体完整程度等，综合判别地下洞室围岩以Ⅱ、Ⅲ类为主（Ⅱ、Ⅲ类围岩总占比分别约45%~50%和45%），局部为Ⅳ—Ⅴ类（总占比约5%~10%），围岩整体稳定条件较好；工作竖井围岩以Ⅴ、Ⅲ类为主（Ⅴ围岩总占比约32%，Ⅲ类围岩总占比约44%），部分为Ⅳ、Ⅱ类（Ⅳ围岩总占比约19%，Ⅱ类围岩总占比约5%）。施工过程中，在主安装场顶拱上部往往构成边墙块体及洞顶掉块或坍顶失稳的控制性拉裂面，建议在系统支护设计时应考虑这些不利条件，并采取针对性工程措施，特别是Ⅳ—Ⅴ类围岩洞段建议在系统支护基础进一步加强支护处理。

泵站地下洞室地势起伏不大，根据水工布置，站址区地面高程2019m~2036m，地下洞室高程1886m~1901m，地下洞室埋深一般在139m～154m之间。根据钻孔揭露，地下水位高程1984.93m，高于地下洞室99

m~114m，存在高外水压力隐患。当隧洞外水压力超过围岩或混凝土衬砌抗拉强度时，将发生劈裂破坏，从而引起围岩和衬砌的破坏，往往与隧洞涌突水问题伴生，对工程建设和运营危害大。泵站（地下洞室）岩体透水率一般为6.4Lu～11Lu，多呈弱透水性。总体来看，泵房区因外水压力、大规模涌（突）水等导致的围岩稳定问题不突出且规模较小。

根据泵房区水文地质结构，采用地下水动力学及相关经验公式（《引调水线路工程地质勘察规范》（SL 629-2014）附录E和《水利水电工程水文地质勘察规程（SL373-2007）》附录H）、以及《水力发电工程地质手册》对地下洞室洞内涌水量进行估算。正常涌水量估算计算公式采用裘布依理论式：

式中  ——隧洞通过含水体地段正常涌水量，m3/d；

      K  ——含水体渗透系数，m/d；

      H­  ——洞底以上潜水含水体厚度，m；

      h  ——洞内排水沟假设水深（一般考虑水跃值），m；

  ——隧洞涌水地段的引用补给半径，m；

      L  ——隧洞通过含水体长度，m；

  ——洞身横断面等价圆半径，m。

最大涌水量估算计算公式采用古德曼经验式：

式中  ——隧洞通过含水体地段最大涌水量，m3/d；

      K  ——含水体渗透系数，m/d；

      H′——静止水位至洞身横断面等价圆中心的距离，m；

      d  ——洞身横断面等价圆直径，m；

      L  ——隧洞通过含水体的长度，m。

工作竖井基坑涌水量估算计算公式采用潜水完整井公式：

式中  Q ——基坑出水量，m3/d；

      K ——含水体渗透系数，m/d；

      s ——基坑设计水位降深值，m；

H­ ——洞底以上潜水含水体厚度，m；

R ——影响半径，m；

——基坑范围的引用半径，m。

按照上述隧洞与基坑涌水量预测计算方法、参数取值，对地下洞室进行涌水量计算，计算结果表明，进水隧洞正常总涌水量为19m3/d，最大总涌水量246m3/d。进水室正常总涌水量为137m3/d，最大总涌水量1994m3/d。进水洞正常总涌水量为206m3/d，最大总涌水量2130m3/d。地下主泵房正常总涌水量为141m3/d，最大总涌水量2442m3/d。交通洞正常总涌水量为25m3/d，最大总涌水量330m3/d。交通廊道正常总涌水量为50m3/d，最大总涌水量673m3/d。交通兼出水洞正常总涌水量为169m3/d，最大总涌水量2263m3/d。泵站所有地下洞室正常总涌水量为714m3/d，最大总涌水量9629m3/d。竖井按基坑涌水量计算，涌水量为3787m3/d。

4.结论

对于地下厂房的前期地质勘察，应根据工程区具体工程地质情况及地下厂房实际情况来布置。建议包含以下几个方面，①工程区内工程地质，地层分布、构造与区域稳定性、水文地质；②地下厂房范围内的地下水分布、岩土层分布、地应力；③部分区域需考虑工程区内岩溶分布、地下水腐蚀性、有害气体等特殊地质情况。

参考文献

[1]中华人民共和国水利部.引调水线路工程地质勘察规范：SL629-2014[S].北京：中国水利水电出版社，2014.

[2]中华人民共和国水利部.水利水电工程水文地质勘察规程：SL373-2007[S].北京：中国水利水电出版社，2007.