洞室开挖时不同岩性围岩破坏模式比较

工程区这套副变质岩、板岩和片岩是地质构造力做功的产物。这些片理和板状面都是压扭性结构面，又依岩石性状及变质矿物再进一步定名，如高碳化片岩、绿泥石片岩、薄层状板岩、含硅质板岩等大理岩是石灰岩变质而成，亦应根据物质成分、颜色和形态而细化定名。

工程区片岩为碳质和含碳泥质片岩，部分为绿泥石片岩，因其强度低，伴随岩层强烈褶皱和断错挤压，多成为细碎片状结构状态，受挤压强烈错动，时常出现高碳化镜面或挤压破碎带。绿泥石（结构应力变质作用产物）片岩破碎岩带，如有地下水浸泡饱和就变成Ⅴ类围岩，它在埋藏山体中时，尽管质软和破碎在地应力作用下，因受压紧密仍储存一定数量的应力能，但由于处于受挤压状态，不存在失稳的问题，隧洞开挖改变了被挤压状态和周围环境，内载的应力能做功使其扩容，在洞体周围一定深度松弛张裂失稳坍塌，有地下水时泥化坍塌。

板岩（因变质深度不强，尚保存砂岩性状，故时称砂板岩）受多组结构裂隙面切割，优势组合面由早期平面“X”节理演化而成，已成为裂隙发育带，其中NWW，NE∠60°～70°构造裂隙已发育成劈理化密集带，裂面出现动力变质矿物（硬绿泥石和瑾箐石），是NE向结构应力场叠加、强烈压扭错动的产物。

工程区板岩和片岩都是黑色和灰黑色（原岩沉积时含碳量高所致），所以在高度扭错时出现碳化和油黑镜面，结构面C值最低，在开挖洞体中就因其结构形状和临空状态，出现不同形式的破坏。

锦屏山区岩层在地质构造运动中受小金河断裂控制，是陆壳板块碰撞挤压带，岩层强烈褶皱，面层陡立、陡倾（时有倒转），走向为NE—NNE向，大体垂直洞体。板状层面和片理化层面及优势构造面的劈理化面（都是陡倾面）与洞体走向夹角有两种情况，层间片理及层面因紧闭垂直洞体有利于稳定。NWW，NE∠60°～70°构造面发育成的劈理化面与洞体边墙夹角向甚小，是洞体开挖时最不稳定的构造面。

由于板岩、片岩介质的差异性和互层性以及在地质构造运动中抗力性的差异，出现破坏不均一性，在局部应力场能作用下扭曲旋转，并产生鸡窝状破碎。总体可归结为以下几种破坏模式：

（1）层间挤压破坏垮塌。片岩破碎岩常临空受重力作用和应力释放松弛垮塌，破坏边顶拱及边墙稳定。

（2）大理岩与板岩、片岩，因介质不均一性，常出现不同规模的挤压破碎带或压扭性断裂层带如F5、F6、f24等，开挖时出现塌顶。

（3）板岩和片岩多以互层相伴，在洞体开挖中，远离大理岩分布（≥50m）时，其中片岩软质受夹挤破碎出现临空垮塌。

（4）中厚层状板岩层面陡倾大体垂直于洞体，受构造结构面组合切割（主要是一序次共轭面翻转后成为优势结构破坏面，N50°～70°，NE∠60°～70°及N80°～90°W，SW∠30°～40°）控制，出现结构体坍塌。

1）左偏型和右偏型的偏层眷型坍塌，见图1。

2）右侧上半洞受N50°～70°，NE∠60°～70°劈理化裂隙密集控制，应力回弹张裂倒塌，见图2。

3）右侧上半洞受N80°～90°W，SW∠30°～40°中缓结构面反倾切割N50°～70°，NE∠60°～70°顺坡陡倾所组成倒悬三角体，应力回弹松弛滑塌，见图3。(www.xing528.com)

图1　左偏型坍塌

图2　裂隙控制型坍塌

图3　倒悬三角体型坍塌

4）下半洞开挖是三心马蹄形的下部，因洞壁内收，左侧洞壁开挖面陡角与N50°～70°，NE∠60°～70°优势面（反倾）夹角大于30°，洞壁不易垮塌（破碎岩带除外）；右侧下半洞壁面陡角与N50°～70°，NE∠60°～70°优势面大体相等，洞壁总体稳定，仅局部少量垮塌。

5）底板开挖清基的破坏模式有：①破碎带和细碎岩因岩爆震动和应力回弹松弛，清基“超挖”；②软岩受地下水浸泡泥化，清基“超挖”；③多组结构面交切，裂面光滑爆破震动开裂，清基“超挖”；④陡倾裂面受中倾裂面（中缓面）应力回弹松动清面“超挖”；⑤对倾中倾角面（走向大体一致）切割，裂面光滑，应力回弹松动，清基“超挖”，为三角沟槽式“超挖”。

（5）绿泥岩带。在锦屏二级水电站3#、4#引水隧洞西端工程标中，应力集中在3#洞1+660～1+720段，绿泥石片岩和与其伴生的条纹大理岩受N50°W，NE∠60°断层切割破碎，开挖后应力回弹扩容和洞体变形，侵占设计开挖断面，后期需进行二次扩大开挖，同时因岩石质软破碎造成清基“超挖”。其余绿泥石片岩多被错动破坏夹在断层破碎带中，导致塌方。

（6）大理岩洞段的围岩破坏模式。

1）杂谷脑组T2z中的中薄层状大理岩及条带大理岩，夹有泥灰岩、碳质灰岩及黑灰色碳质片岩。因介质不均一性，层理发育及褶性，受挤压变形压缩和错动，条带大理岩的条带常出现斜切断错乃至延展尖灭。条带大理岩有时出现靡棱岩化（击砸粉碎）现象，因有钙质再次交结，虽然低强度，在地应力不高洞段，围岩破坏仍以结构体结合控制为主。

2）中厚层状大理岩在与板岩、片岩以断层面的形式接触时，受挤压断错（垂向、走向）出现破坏结构岩，如f24和F6之间洞段的大理岩，为破裂块状结构、裂面风化夹泥的滴水洞段。

3）白山组T2b受断层影响，优势结构面N50°～70°，NE∠60°～70°及N80°～90°W，SW∠30°～40°风化，出现局部结构体垮塌和倒塌。有时受地层回弹出现边墙松弛开裂倒塌。在白山组厚—巨厚层大理岩中也有层面挤压错动，发育成走向断裂破碎带，经地下水溶蚀出现溶洞积水、涌水。

白山组大理岩厚度大，抗力性能好，故少见裂隙密集带发育。但由于洞体深埋大，储能条件好，所以洞体多发岩爆。