西成客運(yùn)專線福仁山隧道地質(zhì)勘察

景積倉(cāng)

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司， 陜西西安 710043)

1 工程概述

福仁山隧道位于陜西省漢中市洋縣附近,隧道進(jìn)口位于金水河牛角壩,出口位于酉水河宋家堰,洞身經(jīng)過(guò)水地溝、高家溝、大夫溝、野廟溝、廟埡坡、雍家林、西溝等溝谷。隧道起訖里程為DK159+671～DK172+742,全長(zhǎng)13071 m,進(jìn)口高程691.2 m,出口高程599.16 m,最大埋深929 m,在DK172+523及西溝聶家院附近以淺埋形式通過(guò),DK172+523處埋深約46 m,西溝聶家院(DK170+545)附近埋深約53 m。

2 福仁山隧道地質(zhì)條件概述

2.1 地形地貌特征

福仁山隧道場(chǎng)地為秦嶺南麓中山區(qū),平均海拔1 200 m,最高海拔為1 634.1 m。洞身地表起伏較大,地表自然坡度30°～40°。分布有眾多基巖“V”形侵蝕谷,溝谷多為南北展布,其中較大的有：水地溝、高家溝、大夫溝、野廟溝、廟埡坡、雍家林、西溝等,總體而言,工點(diǎn)區(qū)山高坡陡,基巖裸露,溝壑縱橫,地形復(fù)雜,植被茂密。

2.2 地層巖性特征

隧道工程涉及的主要巖性為第四系全新統(tǒng)坡積膨脹土、沖積卵石土、坡積碎石土及坡洪積塊石土,志留系下統(tǒng)片巖及片巖夾大理巖、大理巖,元古界中上統(tǒng)變粒巖夾大理巖、片麻巖夾云母石英片巖、片巖夾片麻巖、大理巖夾片麻巖、片麻巖夾片巖、片麻巖夾大理巖、片巖夾大理巖、片麻巖夾片巖夾片麻巖,上太古界片麻巖夾大理巖分布在斷帶內(nèi)的斷層角礫、斷層泥及碎裂巖中。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造特征

隧道區(qū)位于商丹斷裂帶和勉略-巴山弧形斷裂構(gòu)造帶夾持的南秦嶺構(gòu)造帶,是秦嶺造山帶的峰腰部位,主體上位于佛坪穹窿的南半部。經(jīng)多次構(gòu)造活動(dòng)的影響,其內(nèi)部組成與構(gòu)造變形十分復(fù)雜。隧道區(qū)主要的構(gòu)造為斷層構(gòu)造和褶皺構(gòu)造。

(1)主要斷層構(gòu)造

①f66：逆斷層,產(chǎn)狀N55°～80°W/60°～75°N,斷層破碎帶寬10～30 m。斷帶物質(zhì)為碎裂巖，局部夾斷層角礫,斷帶內(nèi)巖體較為破碎,隧道洞身通過(guò)地段為DK159+856～DK159+878.4。該斷層在地形、地貌及物探曲線上反映較明顯。斷層延伸較長(zhǎng)。

②f67：逆斷層,產(chǎn)狀N60°～80°W/50°～65°N,斷層破碎帶寬約為30～40 m。斷帶成分為斷層角礫巖組成,隧道洞身通過(guò)地段為DK160+281～DK160+318,該斷層延伸較長(zhǎng)。

③f68：逆斷層,產(chǎn)狀N70°～65°W/50°～60°N,斷層破碎帶寬約30～45 m,斷帶內(nèi)物質(zhì)主要為碎裂巖。隧道洞身通過(guò)里程為DK160+575～DK160+610。該斷層地形、地貌及地層巖性反映較明顯。

④f69：逆斷層,產(chǎn)狀為N50°～85°W/50°～80°N,破碎帶寬度為30～45 m,結(jié)構(gòu)面粗糙,斷層面上有擠壓膜,局部已糜棱巖化,斷帶物質(zhì)主要為斷層角礫,巖體節(jié)理很發(fā)育,較為破碎,隧道洞身通過(guò)里程為DK161+297～DK161+338。該斷層延伸較長(zhǎng),延伸長(zhǎng)度大于4 km。

⑤f70：逆斷層,產(chǎn)狀為N65°～88°W/35°～45°N,破碎帶寬度為10～25 m,斷帶物質(zhì)主要為斷層泥,局部可見糜棱巖化現(xiàn)象,物探反映明顯,隧道洞身通過(guò)里程為DK162+250～DK162+270。該斷層延伸較長(zhǎng),延伸長(zhǎng)度大于4 km。

⑥f70-1：逆斷層,產(chǎn)狀為N60°～80°W/75°～88°N,破碎帶寬度為20～40 m,斷帶物質(zhì)主要為斷層角礫,局部可見糜棱巖化現(xiàn)象,物探反映明顯,隧道洞身通過(guò)里程為DK167+943～DK167+968。

⑦f71：正斷層,產(chǎn)狀為N20°～45°W/40°～60°N,破碎帶寬度為10～40 m,斷帶物質(zhì)主要為斷層角礫,局部可見糜棱巖化現(xiàn)象,隧道洞身通過(guò)里程為DK168+500～DK168+525。該斷層延伸較長(zhǎng),延伸長(zhǎng)度大于4 km。

⑧f71-1：正斷層,產(chǎn)狀為N55°～75°W/55～75°N,破碎帶寬度為50～70 m,斷帶物質(zhì)主要為碎裂巖,局部可見糜棱巖化現(xiàn)象,隧道洞身通過(guò)里程為DK171+255～DK171+322。該斷層延伸較長(zhǎng),延伸長(zhǎng)度大于12 km。

⑨f71-2：正斷層,產(chǎn)狀為N45°～55°W/60～80°S,破碎帶寬度為25～40 m,斷帶物質(zhì)主要為碎裂巖,局部可見糜棱巖化現(xiàn)象,隧道洞身通過(guò)里程為DK171+977～DK172+009。該斷層延伸較長(zhǎng),延伸長(zhǎng)度大于12 km。

(2)褶皺構(gòu)造

福仁山隧道發(fā)育兩處背斜構(gòu)造和一處向斜構(gòu)造,背斜核部洞身中心里程DK165+543、DK169+062,巖體破碎,節(jié)理發(fā)育。向斜核部未穿過(guò)洞身,褶皺核部節(jié)理發(fā)育,巖體破碎且富水。

福仁山隧道主要巖性和構(gòu)造見圖1。

圖1 福仁山隧道洞身縱斷面

2.4 水文地質(zhì)特征

(1)地表水

福仁山隧道進(jìn)口為金水河,出口酉水河,均為常年流水,年徑流量2.7～4.31億m3,雨季水量增加顯著,是隧道區(qū)地下水最低排泄基準(zhǔn)面。隧道頂部較大的溝谷有火雞溝、南溝、稻田溝、大夫溝、野廟溝、鐵爐溝、陽(yáng)河、黑魚溝等,據(jù)調(diào)查,其流量為182.74～23 801.47 m3/d。

(2)地下水

隧道區(qū)地下水的形成和分布受地形地貌、巖性、構(gòu)造、植被、降水量等多種因素控制和影響。特別是在構(gòu)造作用下,斷層碎裂帶、巖性接觸帶、節(jié)理密集帶以及巖溶發(fā)育地區(qū),為地下水貯存和運(yùn)移創(chuàng)造了良好的地質(zhì)條件。地下水賦存類型主要為基巖裂隙水和巖溶水。

隧道區(qū)地表水和地下水水質(zhì)良好,對(duì)圬工無(wú)侵蝕性。

2.5 不良地質(zhì)和特殊巖土

隧道區(qū)范圍內(nèi)的不良地質(zhì)主要為隧道進(jìn)口左側(cè)金水河右岸的大理巖中,以溶洞形式發(fā)育的巖溶現(xiàn)象,溶洞直徑約1～3 m,可見延伸深度大于10 m,不完全充填,充填物為角礫及雜砂土。

隧道區(qū)的特殊巖土為膨脹土,具弱-中等膨脹性。

3 隧道主要工程地質(zhì)問題分析

通過(guò)對(duì)隧道區(qū)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件的綜合分析,預(yù)測(cè)隧道施工中可能存在如下主要地質(zhì)問題。

3.1 地應(yīng)力及巖爆

巖爆的發(fā)生主要由地應(yīng)力和巖性兩個(gè)因素決定。一是要有堅(jiān)硬完整的脆性巖石,二是巖體中存在有高地應(yīng)力。

根據(jù)福仁山隧道地應(yīng)力測(cè)試結(jié)果分析,本隧道埋深300～500 m圍巖中存在中-高地應(yīng)力,隧道埋深大于500 m的圍巖中存在高地應(yīng)力,局部地段存在極高地應(yīng)力。在巖質(zhì)堅(jiān)硬、巖體完整,巖性較脆且干燥無(wú)水、埋深300～500 m的大理巖Ⅱ級(jí)圍巖地段存在發(fā)生輕微-中等巖爆的可能,在埋深大于500 m的大理巖Ⅱ級(jí)圍巖地段有發(fā)生中等巖爆的可能。

由于引起巖爆的原因很多,影響因素復(fù)雜,除地應(yīng)力和巖性外,還與開挖斷面形狀,開挖方式等施工因素有關(guān)。因此,在勘察設(shè)計(jì)階段，尚難具體預(yù)測(cè)、劃分巖爆發(fā)生的地段和強(qiáng)度，只能在今后的施工實(shí)踐中逐漸認(rèn)識(shí)和研究。

3.2 突涌水(泥)

根據(jù)區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)調(diào)查中對(duì)地表水及地下水的調(diào)查,地表溝內(nèi)水量較大,為充足的地下水補(bǔ)給來(lái)源,地下局部地段地下水發(fā)育,主要富存于斷層破碎帶、地層接觸帶、長(zhǎng)大密集節(jié)理、進(jìn)口段～DK160+485、DK166+246～DK167+149、DK167+327～DK167+865段洞身大理巖巖溶發(fā)育地段及部分隧道淺埋地段中,這些部位巖體節(jié)理、裂隙發(fā)育,基巖裂隙水、構(gòu)造裂隙水、巖溶水較發(fā)育,產(chǎn)生突、涌水(泥)的可能性較大。

3.3 圍巖失穩(wěn)

隧道通過(guò)斷層破碎帶、褶皺核部、地層接觸帶、長(zhǎng)大密集節(jié)理帶、洞身位于大理巖的地段及部分隧道淺埋地段,由于巖體破碎,施工時(shí)極可能出現(xiàn)坍塌等圍巖失穩(wěn)現(xiàn)象。

4 結(jié)束語(yǔ)

特長(zhǎng)隧道由于其長(zhǎng)度長(zhǎng),埋深大,隧道施工可能遇到的地質(zhì)問題較多,在隧道勘察中,應(yīng)查明隧道區(qū)的地貌、巖性、構(gòu)造,水文地質(zhì)條件及隧道區(qū)的不良地質(zhì)現(xiàn)象和特殊巖土的分布，并分析研究隧道可能存在的局部突然涌水、高地應(yīng)力和巖爆、局部圍巖坍塌失穩(wěn)等主要地質(zhì)問題。

對(duì)易產(chǎn)生突涌水(泥)和圍巖坍塌的斷層破碎帶、褶皺核部、地層接觸帶、長(zhǎng)大密集節(jié)理帶、洞身位于大理巖的地段及部分隧道淺埋地段,在設(shè)計(jì)及施工中應(yīng)加強(qiáng)超前支護(hù)且及時(shí)襯砌,并加強(qiáng)防排水措施。

福仁山隧道斷層和褶皺構(gòu)造較發(fā)育,而且整座隧道不同程度的夾有大理巖,隧道水文地質(zhì)條件較為復(fù)雜,隧道計(jì)算最大涌水量7萬(wàn)多m3,在隧道坡度設(shè)計(jì)中,不宜采用單面坡,宜采用有利于排水的人字坡形式。

[1] TB10012—2001 鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S]

[2] TB10077—2001 鐵路工程巖土分類標(biāo)準(zhǔn)[S]

[3] TB10102—2004 鐵路工程土工試驗(yàn)規(guī)程[S]