寧波軌道交通育王嶺隧道巖土工程勘察與評價

葉榮華　王和坤　唐江(.寧波市軌道交通集團(tuán)有限公司，浙江寧波　350；. 寧波冶金勘察設(shè)計研究股份有限公司，浙江寧波　3504)Geotechnical Engineering Investigation and Evaluation of Yuwangling Tunnel in Ningbo Rail Transit ProjectYE Ronghua　WANG Hekun　TANG Jiang

寧波軌道交通育王嶺隧道巖土工程勘察與評價

葉榮華1王和坤2唐江2(1.寧波市軌道交通集團(tuán)有限公司，浙江寧波315101；2. 寧波冶金勘察設(shè)計研究股份有限公司，浙江寧波315041)Geotechnical Engineering Investigation and Evaluation of Yuwangling Tunnel in Ningbo Rail Transit ProjectYE Ronghua1WANG Hekun2TANG Jiang2

摘要育王嶺隧道是寧波市軌道交通工程中第一座礦山法施工的隧道，勘察中采用鉆探取樣與多種原位測試相結(jié)合的綜合勘察方法，查明了隧道沿線的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，提供合理的巖土參數(shù)，并綜合勘察成果，對隧道沿線圍巖進(jìn)行分級劃分和穩(wěn)定性分析，提出針對性的工程措施建議，為隧道設(shè)計、施工提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞育王嶺隧道工程地質(zhì)水文地質(zhì)圍巖分級

1工程概況

育王嶺隧道是寧波市軌道交通1號線二期工程寶幢站—鄔隘站區(qū)間的一段，處于蕭甬鐵路和全國重點佛教寺院阿育王寺附近，橫跨鄞州、北侖兩區(qū)，隧道全長約1.44 km，起止里程K30+680～K32+120。

隧道進(jìn)洞口位于育王公墓三墓園緩坡上，地形坡度約10～20°，出洞口位于瓔珞村北山坡上，地形坡度約30～40°，出洞口中間有一沖溝，深3.0～4.0 m，北側(cè)零星分布有墓地。進(jìn)洞口明洞與暗埋分界里程為K30+745，其明洞段長度約為65 m，拱底高程19.308 m；出洞口明洞與暗埋分界里程為K32+095，其明洞段長度約為25 m，拱底高程25.848 m。隧道擬采用礦山法爆破施工，為雙線單洞復(fù)合式襯砌斷面，結(jié)構(gòu)外輪廓尺寸為11.7 m×10.3 m(寬度×高度)。

隧道測設(shè)線通過段高程為20～175 m，相對高差達(dá)155 m。隧道橫穿山脊，整體地勢起伏較大，溝谷縱橫，風(fēng)化強(qiáng)烈。線路縱向地形地勢特點為中間高、兩邊低，橫向為北側(cè)高、南側(cè)低。山體整體植被茂盛，第四系覆蓋層主要為殘坡積含碎石黏性土，厚度一般為2.0～5.0 m，進(jìn)洞口處厚度較大，局部可達(dá)19.0 m。下伏全—微風(fēng)化基巖，主要為西山頭組晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r，柱狀節(jié)理發(fā)育，強(qiáng)風(fēng)化層厚約2.0～3.0 m，局部地段有安山玢巖及輝綠巖侵入。

2勘察方案

2.1　勘察方法

為了詳細(xì)查明隧道沿線的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，在綜合分析區(qū)域資料及現(xiàn)場詳細(xì)地質(zhì)調(diào)繪的基礎(chǔ)上，采用鉆探取樣、水文地質(zhì)試驗、波速測試、電阻率測試、鉆孔電視攝像、高密度電阻率法等綜合勘察方法。

2.2　勘探點布置

進(jìn)、出洞口段，共布置6個取樣鉆孔，進(jìn)、出洞口處，在隧道兩側(cè)各布置1個取樣鉆孔，然后在隧道兩側(cè)以20～30 m間距交叉布置取樣鉆孔。洞身段，勘探點沿線路在隧道兩側(cè)交叉布置，共布置12個取樣鉆孔，靠近進(jìn)、出洞口處，勘探點間距取20～30 m，隨后逐步增大間距，洞身段勘探點間距基本為80～200 m。

控制性取樣鉆孔要求進(jìn)入隧道底板下10 m，其他取樣鉆孔要求進(jìn)入隧道底板下5 m，洞身段取樣鉆孔進(jìn)入隧道底板下中—微風(fēng)化基巖3.0～5.0 m，斷層破碎帶與節(jié)理裂隙密集帶發(fā)育地段適當(dāng)加深。

2.3　工程物探

(1)高密度電阻率法

根據(jù)隧道工程特點，合理布置測線，其中沿隧道布設(shè)縱剖面測線1條，總長約為1 442 m，對進(jìn)出洞口、洞身布置若干條橫剖面測線，對不良地質(zhì)帶應(yīng)加密測線。考慮測試深度在100 m左右，選用電極距為15 m/4 m(斜距)。

(2) 鉆孔電視攝像

完成第一階段詳勘工作后，為進(jìn)一步查明f6、f7兩條斷層破碎帶對K31+221至隧道出洞口段的影響，在后期補(bǔ)充的2個鉆孔中進(jìn)行鉆孔電視攝像，對斷層破碎帶f6、f7進(jìn)行驗證。

3隧址區(qū)工程地質(zhì)條件

3.1　地質(zhì)構(gòu)造

(1)斷裂

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，影響隧址區(qū)的主要斷裂為鎮(zhèn)?！獙幒嗔?f9)，該斷裂破碎帶在隧址區(qū)西南側(cè)通過，在寶幢站—育王嶺隧道入口區(qū)間段揭露其次級斷裂，與隧道最近距離約500 m，走向與線路斜交，未通過隧址區(qū)，對隧道巖體完整性、穩(wěn)定性影響較小。

(2)斷層破碎帶和節(jié)理裂隙密集帶

根據(jù)詳勘成果資料[1]，隧址區(qū)內(nèi)對隧道開挖有一定影響的次級斷層和節(jié)理裂隙密集帶約有10條，受其影響，區(qū)內(nèi)巖體節(jié)理、裂隙較發(fā)育，產(chǎn)狀變化較大。

(3)節(jié)理與裂隙

隧道區(qū)內(nèi)基巖主要為晶屑玻屑熔結(jié)凝灰?guī)r和流紋斑巖，節(jié)理、裂隙較發(fā)育，受不同期次構(gòu)造運動的影響，產(chǎn)狀變化較大。隧道進(jìn)、出洞口植被發(fā)育，無露頭基巖，對測區(qū)節(jié)理裂隙的調(diào)查主要集中在洞身部分。結(jié)合節(jié)理裂隙統(tǒng)計和節(jié)理玫瑰花圖可知：隧址區(qū)巖體節(jié)理裂隙以250°～270°∠40°～85°和0°～15°∠53°～86°兩組最為發(fā)育，間距2～80 cm，節(jié)理裂隙面鐵錳質(zhì)渲染強(qiáng)烈，局部充填有方解石脈，巖體較破碎。節(jié)理裂隙多為剪節(jié)理，多成群出現(xiàn)，構(gòu)成平行排列或雁行排列的節(jié)理組或由兩組剪節(jié)理形成共軛的“X”形節(jié)理，兩組主要節(jié)理裂隙相互切割形成楔形體。

3.2　地層巖性

隧道進(jìn)、出洞口部分被第四系殘坡積含碎石黏性土覆蓋，下伏基巖主要為晚侏羅紀(jì)西山頭組熔結(jié)凝灰?guī)r和流紋斑巖，局部揭露安山玢巖及輝綠玢巖巖脈。

3.3　地震及場地類別

隧道進(jìn)洞口段為明挖淺埋段，場地上部廣泛分布有狀態(tài)不均勻的含碎石粉質(zhì)黏土；里程K31+850～K32+120段分布有平行隧道走向的斷層破碎帶，這兩段屬于建筑抗震不利地段，其余地段屬于建筑抗震一般地段。

場地地面下25.0 m深度范圍內(nèi)地基土等效剪切波速vse為250～576 m/s，均大于150 m/s。根據(jù)鐵路抗震規(guī)范[2]判定可知：進(jìn)洞口(K30+680～K30+745)段、K31+190～K31+240段、K31+730～K32+120段場地類別為Ⅱ類，其余區(qū)段場地類別為Ⅰ類。

根據(jù)場地設(shè)計地震動參數(shù)專題報告[3]，育王嶺隧道設(shè)計基本地震加速度為0.05g，抗震設(shè)防烈度為6度。進(jìn)洞口(K30+680～K30+745)段、K31+190～K31+240段、K31+730～K32+120段特征周期為0.35s，其余區(qū)段特征周期為0.25s。

3.4　不良地質(zhì)作用

隧址區(qū)存在的不良地質(zhì)作用主要為節(jié)理裂隙密集帶和斷層破碎帶。根據(jù)工程物探和鉆孔電視攝像成果[4]，推測隧道軸線K31+205～K31+220段為構(gòu)造破碎帶；推測隧道軸線K31+005～K31+015段、K31+625～K31+650段及K31+745～K31+760段為裂隙密集帶；推測隧道出洞口段(K32+040～K32+120)南、北兩側(cè)均有平行隧道走向的裂隙密集帶。

3.5　巖土主要物理力學(xué)參數(shù)

根據(jù)現(xiàn)場巖土鑒定、原位測試和室內(nèi)試驗成果，并結(jié)合相關(guān)規(guī)范[5-6]，綜合給出主要巖土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)建議值(如表1所示)。

4隧址區(qū)水文地質(zhì)條件

4.1　地表水

隧址區(qū)低山丘陵地帶的山麓溝谷地帶分布有溪流和季節(jié)性河流(如瓔珞河、寶幢河系、后塘河系、明倫河等)，現(xiàn)狀流量不大，其水位與流量受大氣降水及季節(jié)影響，在枯水期局部季節(jié)性河流斷流。山腳分布較多小水池，蓄水量隨季節(jié)變化較大。

4.2　地下水

根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料、現(xiàn)場調(diào)查及鉆探資料分析，場地水文地質(zhì)條件一般，地下水類型主要為松散巖類孔隙潛水和基巖裂隙水。

(1)松散巖類孔隙潛水

主要賦存于坡殘積含碎石粉質(zhì)黏土中，勘察期間為枯水季節(jié)，除隧道進(jìn)洞口段個別鉆孔遇見地下水外，其他鉆孔都未見地下水?？辈炱陂g測得隧道進(jìn)洞口段地下水穩(wěn)定水位埋深為3.0～5.1 m(相當(dāng)于高程15.0～22.0 m)。結(jié)合區(qū)域水文地質(zhì)資料，進(jìn)洞口段孔隙潛水穩(wěn)定水位變化幅度可按1.0～2.0 m考慮。

(2)基巖裂隙水

主要賦存于強(qiáng)—中風(fēng)化巖帶的基巖裂隙中，場地基巖裂隙以風(fēng)化節(jié)理裂隙為主，多呈閉合狀，且裂隙多被泥質(zhì)填充，故其地下水在基巖中的賦存量較小，水量貧乏，滲流條件差，透水性弱。

4.3　水文地質(zhì)試驗

結(jié)合隧址區(qū)地貌、水文、地層等條件，并兼顧相對均勻布置的原則，水文地質(zhì)試驗采用常水頭注水試驗和壓水試驗。

(1) 常水頭注水試驗

采取連續(xù)向孔內(nèi)注水，形成穩(wěn)定的水位和常量的注入量，注水穩(wěn)定時間一般為2～8 h。詳勘階段進(jìn)行的注水試驗共計2段次，常水頭注水試驗成果見表2。

(2)壓水試驗

采用單栓塞分段試驗方法，試驗段長度一般為5 m，巖芯完好時適當(dāng)加長試段，鉆孔孔徑為108 mm、91 mm、73 mm，三級壓力段一般為0.2 MPa、0.4 MPa、0.6 MPa，當(dāng)試驗段埋深較淺時，適當(dāng)減小壓力。詳勘階段進(jìn)行的壓水試驗共計6孔13段次，試驗前均進(jìn)行了管路壓力損失校核，壓水試驗成果見表3。

結(jié)合水文地質(zhì)試驗成果及隧址區(qū)工程地質(zhì)條件分析可知：隧道洞身圍巖大部分為弱透水巖體，全—強(qiáng)風(fēng)化基巖為孔隙性透水巖體，鉆進(jìn)時不返水，為強(qiáng)透水巖體，可定性為節(jié)理裂隙性涌水。

4.4　隧道涌水量預(yù)測

結(jié)合隧址區(qū)地形地貌、地層巖性、地下水類型、雨量分布狀況等因素，將育王嶺隧道以分水嶺為界劃分為5個計算區(qū)段，采用鐵路水文規(guī)范[7]中的大氣降水滲入量法進(jìn)行正常涌水量預(yù)測，計算公式見式(1)，預(yù)測值如表4所示。

(1)

式中Qs——隧道通過含水體地段的正常涌水量/(m3/d)；

α——降水入滲系數(shù)，取0.15；

W——年降水量/mm，取1 414.1 mm；

A——隧道通過含水體地段的集水面積/km2。

由涌水量預(yù)測值可知，隧道洞身涌水性一般。然而，根據(jù)鄰近厘安山隧道的實際施工經(jīng)驗，隧道洞口與節(jié)理裂隙密集帶的涌水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于洞身涌水量預(yù)測值，因此建議重視隧道洞口和節(jié)理裂隙發(fā)育密集處的防水、排水設(shè)計。

5隧道工程地質(zhì)分析與評價

5.1　進(jìn)洞口邊坡穩(wěn)定性分析

隧道進(jìn)洞口段基巖巖性主要為西山頭組晶屑玻屑熔結(jié)凝灰?guī)r，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體呈塊狀、塊碎狀，邊坡區(qū)主要發(fā)育兩組節(jié)理裂隙面：①250～270°∠40～85°，②0～15°∠53～86°。結(jié)合坡面情況，根據(jù)赤平投影法分析原理[8]，進(jìn)洞口邊坡穩(wěn)定性分析如下：

(1)進(jìn)洞口段天然斜坡為順層坡，但基巖節(jié)理裂隙①傾角比坡面傾角陡，而節(jié)理裂隙②與坡面呈大角度相交，天然斜坡基本穩(wěn)定。

(2)開挖洞口仰坡暫按53°傾角進(jìn)行放坡，開挖仰坡為順層坡，其節(jié)理裂隙①傾角接近坡角，與坡面呈小角度相交，邊坡基本穩(wěn)定，可視開挖后坡面情況，對局部不穩(wěn)定巖塊作清理或錨固處理。

(3)進(jìn)洞口開挖南側(cè)邊坡基巖節(jié)理裂隙②與坡面呈小角度相交，其節(jié)理裂隙對邊坡影響較大，邊坡不穩(wěn)定，可能沿交線方向滑動，需加強(qiáng)錨固處理。

(4)進(jìn)洞口北側(cè)邊坡基巖節(jié)理裂隙面與坡面呈反向和近垂直相交，邊坡穩(wěn)定，滑動可能性小，但巖層面與節(jié)理面切割形成的楔形體在開挖爆破時易出現(xiàn)局部崩塌、滑落，設(shè)計時應(yīng)采取適當(dāng)措施進(jìn)行支護(hù)。

5.2　出洞口邊坡穩(wěn)定性分析

隧道出洞口段基巖狀況與進(jìn)洞口段基本相同，邊坡區(qū)主要節(jié)理裂隙面也為上述兩組。與進(jìn)洞口邊坡穩(wěn)定分析類似，出洞口邊坡穩(wěn)定性分析如下：

(1)出洞口段天然斜坡基巖節(jié)理裂隙面與坡面呈反向和大角度相交，邊坡穩(wěn)定。

(2)開挖洞口仰坡暫按53°傾角進(jìn)行放坡，開挖仰坡節(jié)理裂隙面與坡面呈反向和大角度相交，邊坡穩(wěn)定。

(3)出洞口開挖南側(cè)邊坡基巖節(jié)理裂隙②與坡面呈大角度相交，且傾角大于坡角，邊坡基本穩(wěn)定。但巖層面與節(jié)理面易把巖體切割成大小不一的楔形體，需采取適當(dāng)措施進(jìn)行支護(hù)。

(4)出洞口開挖北側(cè)邊坡基巖節(jié)理裂隙面與坡面呈反向和近垂直相交，邊坡穩(wěn)定。但巖層面與節(jié)理面切割形成的楔形體易在爆破開挖施工過程中易產(chǎn)生局部崩塌、滑落，也需采取適當(dāng)措施進(jìn)行支護(hù)。

5.3　洞身穩(wěn)定性分析

隧道洞身段為西山頭組晶屑玻屑熔結(jié)凝灰?guī)r及流紋斑巖，局部侵入有安山玢巖與輝綠巖巖脈，圍巖節(jié)理裂隙較發(fā)育，局部巖石破碎，透水性較好，對隧道穩(wěn)定性存在一定的影響。

5.4　進(jìn)出洞口段基礎(chǔ)評價

進(jìn)洞口段淺部地基土層以殘坡積土為主，厚度較厚(15.8～19.8 m)。進(jìn)洞口段與區(qū)間高架連接段建議采用樁基礎(chǔ)，以中風(fēng)化熔結(jié)凝灰?guī)r作為樁基持力層，樁型可采用鉆孔灌注樁。

出洞口段淺部地基土層表層以殘坡積土為主，厚度較薄(1.3～2.4 m)，無軟弱土層分布。對于中風(fēng)化流紋斑巖埋深較淺地段，建議清除表層殘坡積土層，采用中風(fēng)化流紋斑巖作為天然地基淺基礎(chǔ)持力層；對于中風(fēng)化流紋斑巖埋深較深地段，建議采用中風(fēng)化流紋斑巖作為樁基礎(chǔ)持力層，樁型可采用鉆孔灌注樁。

根據(jù)鐵路橋涵規(guī)范[9]，結(jié)合沿線地層特征及地區(qū)經(jīng)驗，綜合分析確定各地基土層鉆孔灌注樁的樁基設(shè)計參數(shù)(如表5所示)。

5.5　圍巖分級及措施建議

根據(jù)規(guī)范[10]圍巖劃分原則，結(jié)合圍巖工程特征，隧道沿線圍巖基本分級如表6所示。

然而根據(jù)鉆探成果，Ⅱ級圍巖段受構(gòu)造影響，節(jié)理裂隙較發(fā)育，局部巖體較破碎，圍巖級別降低一檔修正為Ⅲ級；斷層破碎帶分布地段巖體破碎，圍巖級別降低二檔修正為Ⅳ級。Ⅲ級圍巖段受斷層破碎帶影響較為嚴(yán)重，節(jié)理裂隙發(fā)育，圍巖級別降低一檔修正為Ⅳ級。進(jìn)出洞口段受風(fēng)化和斷層破碎帶影響嚴(yán)重，巖體較破碎，圍巖級別降低二檔修正為Ⅴ級。

經(jīng)綜合分析，隧道沿線圍巖分級及相應(yīng)的工程措施建議如表7所示。

6結(jié)論

育王嶺隧道是寧波市軌道交通工程中第一座礦山法施工的隧道，其工程結(jié)構(gòu)、地質(zhì)條件和周邊環(huán)境條件復(fù)雜。在綜合分析區(qū)域資料及詳細(xì)地質(zhì)調(diào)繪的基礎(chǔ)上，根據(jù)隧道特點采用適宜的綜合勘察方法，查明隧道沿線的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，提出合理的巖土參數(shù)，為隧道設(shè)計提供了可靠的地質(zhì)資料。同時，綜合各項勘察成果，對隧道沿線圍巖進(jìn)行分級劃分和穩(wěn)定性分析，提出了針對性的工程措施建議。

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中圖分類號：U452.1+1

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1672-7479(2015)06-0036-05

作者簡介：第一葉榮華(1987—)，男，2013年畢業(yè)于寧波大學(xué)結(jié)構(gòu)工程專業(yè)，碩士，工程師。

收稿日期：2015-09-21