崩積層工程特性

崩積層巖塊墜落或傾覆-巖塊堆積崩積層

因巖石墜落或傾覆型山崩機(jī)制所形成之崩積層規(guī)模多較小，泥質(zhì)含量低，巖塊多呈顆粒支持構(gòu)造，亦即巖塊間相互接觸而填充少量之土壤。此類(lèi)崩積層多分布于節(jié)理發(fā)達(dá)之陡坡坡址。然巖塊堆積崩積層亦有規(guī)模較大者。

小規(guī)模巖塊堆積崩積層

本案例（案例一）位于臺(tái)中大坑，崩積層堆積區(qū)地勢(shì)平緩，高程差僅5m，崩積層南側(cè)即為一北向之懸崖陡坡。

1、工程地質(zhì)分析

依據(jù)工研院能資所出版之環(huán)境地質(zhì)圖顯示，懸崖坡址有崩積層堆積。附近出露之地層屬上新世卓蘭層中段，依地質(zhì)調(diào)查結(jié)果懸崖附近巖層分為三巖段，由下而上分別為：（1）砂巖夾頁(yè)巖：為細(xì)粒砂巖夾頁(yè)巖下段漸變?yōu)榧?xì)粒砂巖偶夾薄層頁(yè)巖；（2）粉砂巖：本層為青灰色粉砂巖夾黑色頁(yè)巖，偶夾黑色細(xì)粒薄煤層粉砂巖及頁(yè)巖間層理不明顯，至本層下段漸變?yōu)轫?yè)巖與粉砂巖互層；（3）砂巖偶夾粉砂巖或頁(yè)巖：本層廣泛出露于懸崖陡坡，為灰色厚層中至細(xì)粒砂巖或灰色細(xì)粒砂巖偶夾灰黑色頁(yè)巖或粉砂巖，本層層間偶夾黑色細(xì)粒薄煤層及貝類(lèi)化石。

2、崩積層工程特性探討

由崩塌地之地表地質(zhì)調(diào)查成果研判，崩塌型態(tài)為逆向坡之傾覆型巖塊墜落。由鉆探得知崩積巖塊厚度僅3.5m，其下方為2m之河階礫石，再下方即為巖盤(pán)。因本崩積層范圍小、深度淺、透水性佳，故此類(lèi)崩積層之工程問(wèn)題應(yīng)不大。

崩積層土石崩移或滑動(dòng)-土石混合堆積崩積層

土石崩移或滑動(dòng)易形成土石混合堆積崩積層。

本案例位于新店某一大型坡地社區(qū)入口道路下邊坡，此一道路邊坡位處崩積層之上，1989年9月臺(tái)風(fēng)侵襲，造成延道路中心線產(chǎn)生長(zhǎng)約200m左右之路段坍滑，影響區(qū)域向下邊坡延伸約200m。為了解此一發(fā)生坍滑之崩積土層特性，1990年8月間于本崩積層布設(shè)三條各115m之折射震測(cè)線，并進(jìn)行地質(zhì)鉆探共10孔。然1990年9月本崩積層再次因臺(tái)風(fēng)暴雨而發(fā)生圓弧型滑動(dòng)。

（1）工程地質(zhì)分析

本坍方區(qū)位于一傾向西北之坡而，此坡而平均坡度約24°，坡底與坡頂高差約35m。本區(qū)之基盤(pán)巖層由中新世南港層構(gòu)成，主要巖性為頁(yè)巖、砂質(zhì)頁(yè)巖、疏松細(xì)粒砂巖以及細(xì)至中粒堅(jiān)硬砂巖，局部區(qū)域有臺(tái)地礫石層不整合堆積于基盤(pán)之上。

本區(qū)巖層層而走向約為V45°E，傾斜向東南約60-80°，傾角極陡。因新店斷層以東北、西南走向通過(guò)本崩坍區(qū)之西北側(cè)百余m處，故本區(qū)構(gòu)造作用強(qiáng)烈。本崩塌區(qū)地層概分兩大層，一為崩積土層，其下即為巖盤(pán)。綜合震測(cè)結(jié)果，本區(qū)范圍內(nèi)之地層約可分為三層：（1）疏松崩積層，厚度介于1—3m間，波速在0.3—0.34 km/S間；（2）崩積層或風(fēng)化巖盤(pán)，厚度介于1—12m間，波速在1.00—1.19km/s間；（3）巖盤(pán)，波速約為2.25km/s。由震測(cè)結(jié)果可知崩積層與巖層之界而約在地表下約2-15m。

（2）崩積層工程特性探討

由鉆探取樣結(jié)果，本崩塌區(qū)之崩積土層為黃褐色砂質(zhì)或粉土質(zhì)砂夾風(fēng)化砂頁(yè)巖塊，巖塊大小不一，由鉆取之巖塊可見(jiàn)最大達(dá)60cm，平均約25cm，土壤依統(tǒng)一分類(lèi)法屬SC 、ML或CL。依據(jù)鉆探時(shí)之SPT試驗(yàn)之V值約介于4-20間，偶有V值超過(guò)50者，研判應(yīng)為劈管貫至巖塊所致。故研判本層應(yīng)屬于基質(zhì)支持之崩積層（請(qǐng)參閱圖1b），亦即顆粒浮于土壤間，顆粒未接觸。

由于本崩塌區(qū)于1990年9月曾發(fā)生弧型滑動(dòng)，此一滑動(dòng)恰可供此類(lèi)土石混合堆積崩積層強(qiáng)度參數(shù)逆分析使用，本分析以1990年9月未崩塌之地形進(jìn)行，且以崩塌發(fā)生前長(zhǎng)時(shí)水位及暴雨時(shí)水位量測(cè)資料為分析之地下水位輸入，分析工具為美國(guó)普渡大學(xué)所發(fā)展之PCSTABL5邊坡穩(wěn)定二維極限平衡法中Janbu圓弧型滑動(dòng)進(jìn)行逆分析。分析條件為有效應(yīng)力法。

土壤試體凝聚力平均值較逆分析所得崩積層凝聚力為高，可能為崩積層內(nèi)地下水流動(dòng)大符降低土壤凝聚力所致。土壤試體平均摩擦角試驗(yàn)值與逆分析所得崩積層摩擦角相當(dāng)接近，故土石混合堆積（基質(zhì)支持）崩積層之強(qiáng)度參數(shù)與基質(zhì)之土壤強(qiáng)度參數(shù)有其相關(guān)性。而此類(lèi)崩積層逆分析結(jié)果與顆粒支持型態(tài)之崩積層（谷關(guān)案例）逆分析所得凝聚力0.1kg/cm²、內(nèi)摩擦角為35°相差較大。

崩積層順向坡巖石滑動(dòng)一巖層滑動(dòng)崩積層

屬巖層滑動(dòng)之崩積層堆積，常與順向坡滑動(dòng)有極高之相關(guān)性。本案例（案例四）位于大坑風(fēng)景區(qū)大里溪上游。由能資所出版之環(huán)境地質(zhì)圖顯示此一崩積層分布范圍甚廣，本研究以地表地質(zhì)調(diào)查、折射震測(cè)、鉆探以及地盤(pán)位移與水位監(jiān)測(cè)結(jié)果探討其特性。

1、工程地質(zhì)分析

本崩積層所在坡度較緩，平均坡度約30%，其西側(cè)坡度較陡約55%（28°）。經(jīng)現(xiàn)地量測(cè)層而位態(tài)發(fā)現(xiàn)，此一坡而與巖層位態(tài)一致，陡坡出露之巖層均為灰色厚層中至細(xì)粒砂巖，巖質(zhì)致密，膠結(jié)良好。崩積層堆積附近地層為上新世之卓蘭層下段。層而平均位態(tài)為北偏東8°，傾向東南28°，另節(jié)理而平均位態(tài)為北偏務(wù)虧長(zhǎng)種西北傾斜54°；由野外實(shí)地地質(zhì)調(diào)查與鉆探巖心資料，可將崩塌地出露巖層分為三段巖性，茲就各巖層由下而上分別敘述如后：（1）砂巖：以厚層灰色至青灰色砂巖為主，因膠結(jié)致密，故其強(qiáng)度頗佳，此一巖段出露于崩積層西側(cè)陡坡。砂巖顆粒多屬細(xì)粒至中粒，厚度約10m。（2）粉砂巖與頁(yè)巖互層：以黃棕色至灰黑色粉砂巖為主，厚度約5m，其上覆一厚度約3.5m之黑色頁(yè)巖。（3）細(xì)粒砂巖、粉砂巖與頁(yè)巖互層：本巖段普遍分布于陡坡東側(cè)較平緩處，位于剖而地層層序之最上部。

2、崩積層工程特性探討

雖然鉆探結(jié)果于崩積層處仍可取得巖心，但震測(cè)結(jié)果顯示地層波速低于1km/S，此一波速遠(yuǎn)較一般新鮮且完整之巖盤(pán)波速為低，低波速帶最大厚度約達(dá)16m，另根據(jù)推估崩積層中心鉆孔結(jié)果亦顯示地表下16m處巖心風(fēng)化及破碎程度均較高，故此一崩積層應(yīng)屬原邊坡發(fā)生順向滑動(dòng)后堆積之巖層。由傾斜觀測(cè)管量得之地盤(pán)移動(dòng)曲線，推測(cè)此一崩滑塊體已逐漸發(fā)生剪力變形，研判此一滑動(dòng)體與下方巖層應(yīng)具有發(fā)展為滑動(dòng)而之潛力。由崩積層上緣所埋設(shè)之水壓計(jì)管中不斷有水流出，可知崩積層下方之水壓甚高，故此崩積層之剪力變形應(yīng)與此一受壓水層有相當(dāng)之相關(guān)性。

另一方面，崩積層上方陡坡出露之巖層雖為巖質(zhì)堅(jiān)硬膠結(jié)良好之砂巖，然依據(jù)于陡坡埋設(shè)之傾度管量測(cè)結(jié)果顯示，此一坡面已產(chǎn)生一深約5m明顯之滑動(dòng)面，由巖心判釋結(jié)果得知此一滑動(dòng)面位置約于粉砂巖與頁(yè)巖之界面處，依據(jù)水位量測(cè)結(jié)果亦顯示頁(yè)巖夾粉砂巖下方之厚層砂巖中其水壓甚高，故此一現(xiàn)象說(shuō)明了此崩積層之產(chǎn)生機(jī)制應(yīng)與大規(guī)模平面型順向滑動(dòng)有關(guān)。

此類(lèi)崩積層普遍存在于西部丘陵與麓山帶西緣山地之順向坡坡址，其中又以上新至更新世地層為最多，諸如中寮雙坑地區(qū)地層滑動(dòng)、左鎮(zhèn)山豹326號(hào)電塔倒塌、龍崎鄉(xiāng)兵仔舍山崩災(zāi)害、云林草嶺大山崩、南投九份二山大山崩等，均于崩塌坡址堆積厚層巖層。此類(lèi)崩積層之特色為續(xù)發(fā)性滑動(dòng)，規(guī)模大，深度深，常時(shí)之地下水壓常甚高，此類(lèi)之崩積層受底巖構(gòu)造所形成之孔隙水壓影響較高。

分為三類(lèi)：（1）巖塊堆積崩積層；（2）土石混合堆積崩積層；（3）巖層滑動(dòng)崩積層。

崩積層之特性多與山崩種類(lèi)有密不可分之關(guān)系。山崩種類(lèi)可按移動(dòng)方式及移動(dòng)物質(zhì)之不同加以分類(lèi)如下表：

按山崩型態(tài)與堆積材料特性將崩積層分為三類(lèi)：（1）巖石墜落或傾覆所形成之巖塊堆積崩積層；（2）土石崩移或滑動(dòng)所形成之土石混合堆積崩積層巖；（3）石崩移或巖層滑動(dòng)所形成之巖層滑動(dòng)崩積層。

塊體由于地心引力而造成的下坡運(yùn)動(dòng)后堆積而成的土壤物質(zhì)，成為崩積層。它們的特征是不具層理，或是只有很粗略的分層，而且顆粒的淘選不佳，粗細(xì)混雜。

崩積層內(nèi)高壓鋼管段的蝴蝶閥室開(kāi)挖難點(diǎn)而實(shí)施的勘探、開(kāi)挖方案選擇、支護(hù)選型、結(jié)構(gòu)物襯砌施工等工作。地下工程開(kāi)挖控制性客觀條件是圍巖類(lèi)別。對(duì)于崩積層（colluvium）地下結(jié)構(gòu)物空間開(kāi)挖和支護(hù)方案，國(guó)內(nèi)已有不少成熟的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)可以參考。例如開(kāi)鉆先導(dǎo)孔檢查圍巖情況再?zèng)Q定開(kāi)挖線路；在開(kāi)挖進(jìn)尺方面采用淺孔、密孔、少藥量弱爆破；快速腳手架搭設(shè)技術(shù)的應(yīng)用；開(kāi)挖后在支護(hù)選型上采用錨噴支護(hù)，甚至采用鋼拱架或者混凝土襯砌進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)、布置施工期安全監(jiān)測(cè)等等。

崩積層難點(diǎn)

W水電站蝶閥室開(kāi)挖過(guò)程中在上述常用技術(shù)基礎(chǔ)上還用到了小空間導(dǎo)洞開(kāi)挖、鋼拱架支護(hù)分段分節(jié)跟進(jìn)、鋼管立柱頂撐、管棚固結(jié)灌漿支護(hù)、冗余支護(hù)設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)變更、快速安全噴射混凝土等技術(shù)。

本研究項(xiàng)目的難點(diǎn)表現(xiàn)在：

①地下工程開(kāi)挖施工不可預(yù)見(jiàn)的情況多。

②開(kāi)挖施工地段為Ⅴ類(lèi)圍巖的夾泥崩積地層，堆積體松散，裂隙高度張開(kāi)，從1cm~50cm 寬度不等，即使是巨孤石也是由多組不利裂隙切割。崩積體巖塊抗壓強(qiáng)度8.2~15.6MPa。這些情況對(duì)開(kāi)挖方式、支護(hù)方式和進(jìn)度安全帶來(lái)極不利的影響。

③該項(xiàng)目位于埃塞俄比亞境內(nèi)，施工設(shè)備、材料缺乏，各熟練工人毫無(wú)挑選的余地。這一點(diǎn)更說(shuō)明了本研究成果具有普遍實(shí)用性，值得推廣。

崩積層技術(shù)路線及技術(shù)方案

1、總體思路及技術(shù)性能指標(biāo)

本研究項(xiàng)目主要技術(shù)性能指標(biāo)有：保證開(kāi)挖施工期間人員和設(shè)備安全，人員傷亡事故為0；保證圍巖和結(jié)構(gòu)物日后運(yùn)行安全，在施工期不留下變形、垮塌、滲漏等地質(zhì)危害，保證開(kāi)挖項(xiàng)目對(duì)水道充水發(fā)電的工期影響降到最小。

技術(shù)方案總體思路。從蝶閥室選址的設(shè)計(jì)勘探階段開(kāi)始對(duì)開(kāi)挖難度和風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行策劃，并在開(kāi)挖前期施作勘探孔，做到合理選址；在開(kāi)挖線路布局上利用專(zhuān)家調(diào)查法確定最優(yōu)開(kāi)挖線路及方案；在開(kāi)挖后支護(hù)方式選型上根據(jù)圍巖情況確定支護(hù)內(nèi)容和施工方式；在施工過(guò)程中避免盲目冒險(xiǎn)作業(yè)行為的發(fā)生。

2、技術(shù)方案設(shè)計(jì)選址。

根據(jù)地質(zhì)補(bǔ)勘階段成果等初步確定閥室位置。在地下洞室開(kāi)挖到該地段時(shí)再布置更多勘探孔進(jìn)一步確定該地段地質(zhì)條件，不得已時(shí)考慮變換蝶閥室在高壓管線線路上的位置。研究項(xiàng)目中的W蝶閥室在最終作價(jià)值比較時(shí)堅(jiān)持原蝶閥室布置方案——選在地下崩積層（colluvium）中。

開(kāi)挖線路的確定。在確定開(kāi)挖線路時(shí)，收集各類(lèi)必要的地質(zhì)條件資料、水文資料，兼顧施工前后安全和蝶閥室上游盲端洞室施工的需要確定開(kāi)挖線路。經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)方和施工方各方專(zhuān)家現(xiàn)場(chǎng)討論，最終確定了從靠山體側(cè)向上采用小斷面挖斜井到設(shè)計(jì)頂部高程，再向下回挖的開(kāi)挖線路的順序。因?yàn)榭可襟w側(cè)巖體風(fēng)化程度相對(duì)外側(cè)輕微，開(kāi)挖到頂后再開(kāi)挖外側(cè)山體時(shí)開(kāi)挖操作空間圍巖穩(wěn)定性被選擇為最好，此方案也就最有利施工安全。在導(dǎo)洞進(jìn)口外側(cè)周?chē)鷳铱諑r體下安置直徑250 的鋼管立柱保證不利裂縫切割體穩(wěn)定。

開(kāi)挖進(jìn)尺和循環(huán)支護(hù)主要方式的確定。單循環(huán)開(kāi)挖尺分兩種情況，一種是全斷面形成之前的分段成拱循環(huán)掏槽進(jìn)尺，一種是全斷面形成后的全斷面開(kāi)挖循環(huán)進(jìn)尺。根據(jù)閥室開(kāi)挖開(kāi)工之前積累的巖體和材料、工藝特性在蝶閥室開(kāi)挖之初盡快探索出循環(huán)開(kāi)挖標(biāo)準(zhǔn)化的方法和步驟。

靈活采用冗余設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)變更。在支護(hù)方案上采取保守方案，在不影響結(jié)構(gòu)物使用和安全功能時(shí)，進(jìn)行安全技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，大膽采用設(shè)計(jì)變更。

3、技術(shù)方案實(shí)施的工藝保證

（1）技術(shù)控制與質(zhì)量保證

地下工程開(kāi)挖必須尊重實(shí)際，嚴(yán)格按照規(guī)程規(guī)范進(jìn)行質(zhì)量控制，以保證質(zhì)量保證安全，從而保證工程進(jìn)度及順利履約，崩積層地下空間開(kāi)挖更應(yīng)如此。

（2）安全措施

①開(kāi)工前組織操作工、技術(shù)員、施工員、設(shè)計(jì)、專(zhuān)家等進(jìn)行開(kāi)挖方案討論會(huì)，并在碰到地址問(wèn)題時(shí)再次組織專(zhuān)家會(huì)診。施工期間嚴(yán)格按照現(xiàn)場(chǎng)商定的開(kāi)挖順序、支護(hù)步驟施工，并交底到每一個(gè)作業(yè)人員，還要讓下道工序作業(yè)者知道每一個(gè)危險(xiǎn)源，知道哪些環(huán)節(jié)不能做什么，要注意什么，例如告訴模板工、混凝土操作工哪些錨桿不能攀爬、哪些管棚埋件有可能受碰后引起落石、塌方而不能受外力或者不能切割。堅(jiān)持做好交底記錄。

②指定專(zhuān)人負(fù)責(zé)每班技術(shù)措施落實(shí)情況檢查。發(fā)現(xiàn)問(wèn)題立即解決。

③保證鉆孔作業(yè)人員在封閉防護(hù)條件下作業(yè)。

④采用直徑60cm的風(fēng)帶加強(qiáng)作業(yè)面通風(fēng)換氣，保證空氣質(zhì)量和視線清晰。

⑤安裝足夠數(shù)量的燈具照明，保證作業(yè)范圍照明滿足安全視距要求。

⑥場(chǎng)內(nèi)電線絕緣良好，避免采用接頭較多的電線。

⑦爆破后揚(yáng)塵未清、掌子面看不見(jiàn)時(shí)不安排排險(xiǎn)。

⑧堅(jiān)持對(duì)所有開(kāi)挖面噴護(hù)封閉。

⑨堅(jiān)持將前期開(kāi)挖過(guò)程中積累的安全防護(hù)措施標(biāo)準(zhǔn)化。

⑩安排專(zhuān)車(chē)和急救人員、器材24小時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)值班。在確實(shí)無(wú)法保證施工安全時(shí)考慮采取設(shè)計(jì)變更措施，或采取加密鋼拱架間距，或采取減小閥室尺寸的措施。