龍山隧道地質(zhì)勘察與評(píng)價(jià)

姜　茂

(廣元市國(guó)土資源局利州區(qū)分局，四川 廣元　628017)

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龍山隧道地質(zhì)勘察與評(píng)價(jià)

姜茂

(廣元市國(guó)土資源局利州區(qū)分局，四川 廣元628017)

摘要：通過(guò)地質(zhì)調(diào)繪、衛(wèi)星遙感、物探、鉆探及室內(nèi)土工試驗(yàn)等多種勘察方法，對(duì)龍山隧道進(jìn)行了綜合地質(zhì)勘察，查明了隧道工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，基于巖石完整性和堅(jiān)硬程度兩個(gè)基本因素，對(duì)巖體基本質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行了綜合判定，并對(duì)圍巖進(jìn)行了分級(jí)，為隧道設(shè)計(jì)和施工提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：隧道，巖體，巖體質(zhì)量指標(biāo)，圍巖分級(jí)

1工程概況

龍山隧道是神華集團(tuán)塔本陶勒蓋礦區(qū)配套鐵路運(yùn)煤專(zhuān)用線(xiàn)——甘其毛道至萬(wàn)水泉南段控制性工程之一，位于烏拉特前旗大佘太鎮(zhèn)烏蘭忽洞東部，巴彥查干山南部邊緣地段，起訖里程為改DK107+713～改DK108+450，隧道全長(zhǎng)737 m。由于隧道穿越地層復(fù)雜，地形起伏大，多期構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，節(jié)理裂隙發(fā)育，隧道圍巖破碎，做好隧址區(qū)地質(zhì)勘察工作，正確評(píng)價(jià)隧道工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件，對(duì)隧道設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)合理性、施工安全性以及避免運(yùn)營(yíng)后隧道病害具有重大的意義。

2勘察技術(shù)與方法

本次勘察采用多種勘察方法進(jìn)行相互驗(yàn)證、綜合分析，涉及地質(zhì)調(diào)繪、衛(wèi)星遙感、天然大地電磁法、地震折射層析法、高密度電法、孔內(nèi)剪切波速法、鉆探及室內(nèi)土工試驗(yàn)等。具體勘察工作布置鉆孔4個(gè)，鉆探進(jìn)尺87延米，孔內(nèi)剪切波速法1孔23 m，室內(nèi)實(shí)驗(yàn)1組，地震折射法剖面6個(gè)，高密度電法剖面1個(gè)，天然大地電磁法測(cè)深點(diǎn)41個(gè)，完成1∶2 000比例尺地質(zhì)調(diào)繪1.45 km2。

按照TB 10012—2007鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范和TB 10003—2005鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范要求，通過(guò)地質(zhì)調(diào)查和鉆探查明了隧址區(qū)地形、地貌、巖性、構(gòu)造特征；查明了隧址區(qū)水文地質(zhì)條件以及地下水補(bǔ)給、排泄等動(dòng)態(tài)特征；重點(diǎn)調(diào)查了隧址區(qū)可能存在的不良地質(zhì)作用；通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)確定了隧址區(qū)巖石物理力學(xué)性質(zhì)以及地下水侵蝕性。

3隧址區(qū)工程地質(zhì)條件

3.1地形地貌

隧道位于巴彥查干山南部邊緣向內(nèi)蒙河套斷陷盆地過(guò)渡地帶，地貌單元屬剝蝕中低山區(qū)，區(qū)內(nèi)地面高程為1 205 m～1 331 m，相對(duì)高差126 m。隧址區(qū)山脈巖體破碎，溝谷切割強(qiáng)烈，呈“V”字形發(fā)育。隧道出口地形較平緩，呈“雞爪形”；進(jìn)口地形陡峻，局部由于礦石開(kāi)采形成平臺(tái)。

3.2地層巖性

2)洞身區(qū)(改DK107+760～改DK108+060)。洞身區(qū)圍巖復(fù)雜，改DK108+060～改DK108+400 m為古界奧陶系(O1+2)強(qiáng)風(fēng)化～弱風(fēng)化灰?guī)r，巖體傾角53°～56°，隧道穿越該地層約300 m～400 m；改DK107+713～改DK108+450 m為寒武系上中下統(tǒng)(∈1+2+3頁(yè)巖(∈1)、鈣質(zhì)粉砂巖(∈2)、鮞狀竹葉狀灰?guī)r(∈3)，局部夾有泥質(zhì)條帶灰?guī)r，巖體傾角58°～65°，隧道穿越該地層約100 m～150 m；改DK107+900～改DK107+950 m為震旦系(Zsh)燧石條帶灰?guī)r、粉砂巖，局部夾有硅質(zhì)頁(yè)巖，巖石傾角35°～72°，隧道穿越該地層50 m～100 m；改DK107+760～改DK107+900 m為下伏太古界桑干群(Ar)全風(fēng)化～強(qiáng)風(fēng)化混合片麻巖，局部夾有糜棱巖，巖體傾角70°～81°，隧道洞身穿越該地層100 m～180 m。

3.3地質(zhì)構(gòu)造

隧址區(qū)位于華北地臺(tái)內(nèi)蒙臺(tái)背斜大地構(gòu)造單元，區(qū)內(nèi)由于25億年來(lái)多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)相互干擾疊加，褶皺、斷裂發(fā)育。斷裂走向主要為近東西向或東西向構(gòu)造體系的次一級(jí)構(gòu)造。

3.3.1褶皺構(gòu)造

隧道褶皺構(gòu)造主要為烏蘭忽洞向斜和烏蘭忽洞背斜，褶皺構(gòu)造走向?yàn)楸蔽魑鳎刭|(zhì)構(gòu)造特征如表1所示。

The construction technology of railway bridges solid high bridge pier

龍山隧道進(jìn)口位于烏蘭忽洞背斜軸部下太古界混合片麻巖內(nèi)，呈小角度穿越背斜北翼震旦系地層。北翼震旦系燧石條帶灰?guī)r以及粉砂巖，多呈碎屑狀、泥狀。鞍部為頁(yè)巖，巖層近直立，巖體破碎。

在隧道改DK107+895處，做走向?yàn)镹62°E的剖面A—B，地質(zhì)構(gòu)造如圖1所示。

3.3.2斷層構(gòu)造

該地區(qū)經(jīng)歷了多期地質(zhì)構(gòu)造，斷裂構(gòu)造發(fā)育。隧址區(qū)呈東西向、北西西向?yàn)橹鞯拇髷鄬?條，屬于加里東期或華力西期，呈南北向斷層約3條，切穿其他斷層，屬于燕山期。

烏蘭忽洞背斜南翼與大佘太川相連處為一逆斷層，上盤(pán)為下太古界混合片麻巖，相對(duì)上升，擠壓掩蓋下盤(pán)背斜南翼震旦系地層。褶皺帶內(nèi)巖石擠壓強(qiáng)烈，巖石破碎。

3.3.3節(jié)理裂隙

隧址區(qū)受多期構(gòu)造、褶皺構(gòu)造、巖漿活動(dòng)及風(fēng)化作用影響，區(qū)內(nèi)巖石節(jié)理裂隙極發(fā)育，以構(gòu)造節(jié)理和風(fēng)化節(jié)理為主，其中不僅有大量張節(jié)理、剪節(jié)理，還發(fā)育有隱蔽節(jié)理。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)繪，龍山隧道中各巖性的節(jié)理裂隙統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。

隧道出口改DK108+266右18 m附近，實(shí)際測(cè)得28組節(jié)理，其玫瑰花圖如圖2所示。

節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體切割破碎，巖石強(qiáng)度低，結(jié)構(gòu)面大多連通，形成滲水通道，在施工過(guò)程中應(yīng)注意地表水下滲引起的涌水、突水事故發(fā)生。

3.4水文地質(zhì)

隧址區(qū)地下水主要為基巖裂隙水，巖體含水量較少。其中巖體節(jié)理裂隙發(fā)育帶、巖體不整合接觸面雨季可能富水、導(dǎo)水，其主要補(bǔ)給來(lái)源為大氣降水。局部巖溶發(fā)育地段含水。

3.5地震及區(qū)域穩(wěn)定性

根據(jù)GB 18306—2015中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖及GB 50111—2006鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(2009年版)，隧址區(qū)地震反應(yīng)周期為0.30 s，地震動(dòng)峰值加速度為0.15g，隧道設(shè)防烈度為7度。場(chǎng)地土類(lèi)型為巖石，場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅰ類(lèi)，隧址區(qū)為抗震不利地段。

4隧址區(qū)巖土工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

4.1隧址區(qū)巖土物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

隧址區(qū)巖土物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表3。

4.2隧道圍巖級(jí)別劃分

隧道圍巖分級(jí)是根據(jù)巖石完整性和堅(jiān)硬程度兩個(gè)基本因素定性特征綜合分析的基礎(chǔ)上判定巖體基本質(zhì)量指標(biāo)，綜合進(jìn)行圍巖分級(jí)。

1)圍巖的完整程度。根據(jù)表3及Kv與定性劃分巖體完整程度表可知，奧陶系強(qiáng)風(fēng)化石灰?guī)r完整性系數(shù)Kv取值為0.46，巖石較破碎，弱風(fēng)化石灰?guī)rKv取值為0.58，巖石較完整；寒武系全風(fēng)化頁(yè)巖Kv取值0.06，巖石極破碎，強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)rKv取值0.34，巖石較破碎；震旦系強(qiáng)風(fēng)化燧石條帶灰?guī)r和強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖Kv取值0.36，巖石較破碎；下太古界全風(fēng)化混合片麻巖Kv取值0.05，巖石極破碎，強(qiáng)風(fēng)化混合片麻巖Kv取值0.31，巖石破碎。

2)圍巖的堅(jiān)硬程度。根據(jù)單軸飽和抗壓強(qiáng)度Rc與巖石堅(jiān)硬程度劃分的關(guān)系，可知強(qiáng)風(fēng)化～弱風(fēng)化石灰?guī)r為較軟巖～硬巖；全風(fēng)化頁(yè)巖為軟巖；強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r為硬巖；強(qiáng)風(fēng)化燧石條帶灰?guī)r、粉砂巖為硬巖；全風(fēng)化～強(qiáng)風(fēng)化混合片麻巖為軟巖。

4.2.1圍巖基本質(zhì)量指標(biāo)BQ

圍巖基本質(zhì)量指標(biāo)BQ根據(jù)定量指標(biāo)Kv和Rc按下式計(jì)算：

BQ=90+3Rc+250Kv。

使用上式應(yīng)遵循下列限制條件：

1)當(dāng)Rc>90Kv+30時(shí)，應(yīng)以Rc=90Kv+30和Kv代入計(jì)算BQ值；2)當(dāng)Kv>0.04Rc+0.4時(shí)，應(yīng)以Kv=0.04Rc+0.4和Rc代入計(jì)算BQ值。

BQ值計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

4.2.2圍巖基本質(zhì)量指標(biāo)BQ值修正

圍巖詳細(xì)定級(jí)時(shí)，應(yīng)考慮地下水、初始高地應(yīng)力、圍巖軟弱結(jié)構(gòu)面三種情況下予以修正。

1)地下水影響修正系數(shù)K1。隧址區(qū)洞身圍巖存在少量基巖裂隙水，隧道涌水量較小，但由于隧址區(qū)圍巖破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，在雨季可能涌水量較大，局部可能達(dá)到0.7 m3/d～1 m3/d，根據(jù)地下水影響系數(shù)修正表，K1分別取0.25，0.1，0.5，0.25，0.25，0.25，0.5，0.5。

2)主要軟弱結(jié)構(gòu)面修正系數(shù)K2?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查可知隧址區(qū)巖石破碎，發(fā)育多組結(jié)構(gòu)面，其主要軟弱結(jié)構(gòu)面走向與隧道軸線(xiàn)夾角15°～30°，27°～59°，55°～86°。根據(jù)主要軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀影響修正系數(shù)表，K2分別取值0.2，0.5，0.2，0.4，0.3，0.3，0.1，0.3。

3)初始應(yīng)力狀態(tài)影響修正系數(shù)K3。隧址區(qū)巖石破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體整體強(qiáng)度較低，巖體穩(wěn)定性差，發(fā)生巖爆的可能性較小，本隧道不對(duì)初始應(yīng)力狀態(tài)影響修正，但在施工時(shí)必須加強(qiáng)地質(zhì)超前預(yù)報(bào)。

綜合上述三個(gè)影響因素，采用圍巖基本質(zhì)量指標(biāo)修正值公式：[BQ]=BQ-100(K1+K2+K3)進(jìn)行修正，得到修正結(jié)果見(jiàn)表5。

4.2.3隧道圍巖級(jí)別劃分

按照圍巖基本質(zhì)量修正指標(biāo)【BQ】，得出強(qiáng)風(fēng)化石灰?guī)r為Ⅴ級(jí)圍巖，弱風(fēng)化石灰?guī)r為Ⅳ級(jí)圍巖；全風(fēng)化頁(yè)巖為Ⅴ級(jí)圍巖；強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r為Ⅴ級(jí)圍巖；強(qiáng)風(fēng)化燧石條帶灰?guī)r為Ⅴ級(jí)圍巖；強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖為Ⅴ級(jí)圍巖；全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化混合片麻巖為Ⅴ級(jí)圍巖。

對(duì)應(yīng)隧道各段圍巖分級(jí)及圍巖特征見(jiàn)表6。

4.3隧址區(qū)不良地質(zhì)作用

4.3.1巖溶

隧道洞身段改DK108+060～改DK108+450穿越奧陶系石灰?guī)r，石灰?guī)r為易溶巖，一般沿裂隙、層面溶蝕擴(kuò)大為巖溶化裂隙或小型洞穴，裂隙連通性較差。據(jù)物探資料可知局部地段巖溶發(fā)育較強(qiáng)烈，富水。施工過(guò)程中可能會(huì)遇到巖溶涌水問(wèn)題，施工時(shí)應(yīng)做好超前地質(zhì)預(yù)報(bào)及加強(qiáng)防范措施，預(yù)防涌水和塌方。

表6隧道圍巖分級(jí)及圍巖特征

4.3.2泥石流及危巖、落石

隧道進(jìn)口段地形變化大，沖溝發(fā)育，溝寬2 m～3 m，溝坡縱坡大于30°，溝源呈喇叭形，溝源及兩側(cè)堆積大量松散塊石，雨季極易順溝搬運(yùn)，形成石流。

進(jìn)口段隧道右側(cè)巖壁直立，基巖裸露，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石多呈碎塊狀，在外力作用下極易崩落，產(chǎn)生落石，危及隧道施工及人身安全。

4.3.3隧道有害氣體評(píng)價(jià)

隧道通過(guò)段主要為混合片麻巖、石灰?guī)r，燧石條帶灰?guī)r，不含有害氣體礦物質(zhì)，不會(huì)產(chǎn)生有毒有害氣體。

5工程措施及建議

1)隧道進(jìn)口段巖石為片麻巖，風(fēng)化嚴(yán)重，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，該段隧道淺埋，隧道開(kāi)挖應(yīng)注意加強(qiáng)支護(hù)，防止塌方冒頂；隧道出口段為強(qiáng)風(fēng)化石灰?guī)r，距斷層破碎帶較近，圍巖穩(wěn)定性較差，應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)。

2)隧道進(jìn)口段右側(cè)山坡落石分布，沖溝較發(fā)育，同時(shí)隧道進(jìn)口段為和位于沖溝的洞身淺埋段易于匯水，施工中注意雨季強(qiáng)降雨引起的泥石流和落石，隧道上方應(yīng)做排水溝，攔截、排泄地表水，避免地表水沿巖體軟弱結(jié)構(gòu)面及節(jié)理裂隙面入滲，引起洞口邊坡失穩(wěn)和洞身圍巖塌方。

3)隧道位于烏蘭忽洞背斜北翼和烏蘭忽洞向斜南翼段巖性為震旦寒武系灰?guī)r、頁(yè)巖、粉砂巖，巖體強(qiáng)度低，施工中應(yīng)做好地質(zhì)超前預(yù)報(bào)，加強(qiáng)洞內(nèi)襯砌支護(hù)。

4)隧道出口段巖性為奧陶系灰?guī)r，為易溶巖，局部地段巖溶發(fā)育，根據(jù)物探資料巖溶可能富水，施工中應(yīng)及時(shí)采取措施，做好應(yīng)急處理預(yù)案。

參考文獻(xiàn)：

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[4]JTG D70—2004，公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范.

[5]TB 10018—2003，鐵路工程地質(zhì)原位測(cè)試規(guī)程.

Jiang Mao

(LizhouDistrictBranchofGuangyuanCityLandandResourcesBureau,Guangyuan628017,China)

Abstract： The paper introduces the geological survey of Longshan tunnel through the methods of engineering geological mapping, satellite remote sensing, geophysical prospecting, drilling and laboratory soil test, etc.. Using such testing methods, the tunnel engineering geological and hydrogeological conditions are identified and evaluated. On the basis of the rock mass integrality and hardness degree of rock, the rock mass quality index(BQ) was determined and the surrounding rock was classified, which provides a basis for the tunnel design and construction.

Key words: tunnel， rock mass， rock mass quality index， classification of surrounding rock

Geological investigation and evaluation on the Longshan tunnel

Dong Liang

(ChinaRailwayShanghaiEngineeringBureauGroupMunicipalCorporation,Shanghai200000,China)

Key words:high bridge pier, concrete, template, security

Abstract:Taking the Hubenhangou bridge engineering as the basis, from high bridge pier template manufacture installation and concrete construction two aspects, this paper elaborated the construction technology key points of railway bridges solid high bridge pier, and discussed the construction quality and safety control measures, laid solid foundation for the smooth of bridge engineering.

文章編號(hào)：1009-6825(2016)14-0168-03

收稿日期：2016-03-01

作者簡(jiǎn)介：姜茂(1982- )，男，工程師

中圖分類(lèi)號(hào)：U452.11

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A