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      高邊坡改隧道工程設(shè)計中地質(zhì)分析可行性與措施

      2016-12-29 03:53:32廣東中天市政工程設(shè)計有限公司
      大陸橋視野 2016年10期
      關(guān)鍵詞:支護(hù)隧道工程偏壓

      陳 剛 / 廣東中天市政工程設(shè)計有限公司

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      高邊坡改隧道工程設(shè)計中地質(zhì)分析可行性與措施

      陳 剛 / 廣東中天市政工程設(shè)計有限公司

      【摘 要】本文通過對高邊坡改隧道工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件的分析及評價,確定隧道方案的可行性,并劃分出圍巖類別,為擬建隧道的設(shè)計和施工提出一些想法及建議。

      【關(guān)鍵詞】隧道工程;偏壓;工程地質(zhì);圍巖分類;支護(hù)

      前言

      我院組織對該高邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行重新分析論證,確定采用單幅隧道方案通過。針對隧道方案,我們組織對場地補(bǔ)充勘察,本次勘察根據(jù)項(xiàng)目要求主要采用工程地質(zhì)調(diào)繪、工程地質(zhì)鉆探、工程物探和取樣試驗(yàn)等勘察手段。

      1、工程地質(zhì)條件及評價

      1.1地形地貌

      建設(shè)場地位于山隧道南洞口附近,與山隧道相隔一條山澗,山體天然植被發(fā)育,山勢陡峻,山頂標(biāo)高達(dá)430米,山麓標(biāo)高為250米,山體自然邊坡是西南側(cè)陡,西北側(cè)緩,與巖層傾向一致,順向坡緩,反向坡陡,最陡達(dá)59°。路線自山體的西側(cè)山腰近山麓處左深切山體。邊坡側(cè)山體平均自然邊坡坡度為33°,最陡為45°,最緩為25°。

      1.2地層巖性

      建設(shè)場地地處巾石至新村花崗巖巖體的東北緣,系屬巾石至碧洲復(fù)式向斜的南段西北翼。區(qū)內(nèi)地層為寒武系上統(tǒng)水石群變質(zhì)巖系(ε)和第四系全新統(tǒng)殘坡積層()。

      3

      1.2.1寒武系上統(tǒng)水石群(ε3)

      寒武系地層為一套區(qū)域淺變質(zhì)巖系,地層總體產(chǎn)狀為55°∠22°,地層受多期地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動的作用及巖漿侵入影響,地層在區(qū)域變質(zhì)的同時,受巖漿的烘烤交代接觸變質(zhì)作用,區(qū)域地層處于混合巖化帶,主要表現(xiàn)為局部出現(xiàn)少量團(tuán)塊狀、透鏡狀及不規(guī)則狀偉晶質(zhì)和細(xì)晶質(zhì)脈體,開挖后出現(xiàn)的“孤石狀”巖體,可能是混合巖化成因,隧道區(qū)內(nèi)該套地層根據(jù)巖性組合可分為二大層。⑴板巖層⑵變質(zhì)砂巖層:

      主要為紅褐色、淺紫紅色粘土夾礫及碎石土。

      1.3地質(zhì)構(gòu)造

      1.3.1區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造

      區(qū)內(nèi)受東西向華夏和北東向新華夏系構(gòu)造的影響,構(gòu)造較發(fā)育,熱液活動也十分頻繁。區(qū)內(nèi)構(gòu)造以斷裂構(gòu)造為主,褶曲不明顯。

      1.3.2區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力分析

      區(qū)內(nèi)在加里東構(gòu)造運(yùn)動時期,以南北向的水平擠壓為主,逐漸形成南北方向的華夏系構(gòu)造。隨著時間的推移和南北向扭動作用的加強(qiáng),燕山晚期區(qū)域主應(yīng)力方向也由北西——南東向逐漸轉(zhuǎn)為北西西——南東東向,因而形成了現(xiàn)在的北北東向新華夏系構(gòu)造。由于早期構(gòu)造地應(yīng)力在斷層形成過程中被釋放,根據(jù)隧道施工觀察,本隧道的設(shè)計和施工無需考慮構(gòu)造地應(yīng)力的影響。對設(shè)計施工有影響的主要是由重力作用產(chǎn)生的地應(yīng)力,特別是偏壓作用。

      1.3.3隧道工程區(qū)主要地質(zhì)構(gòu)造及結(jié)構(gòu)面

      1.3.3.1斷裂構(gòu)造

      ⑴F1斷層:位于K203+594.9~K203+596.9,逆斷層,走向北76°東,傾向北西,傾角57°,下延30米以上,斷距3米左右,斷層泥厚2米左右,不漏水。

      ⑵F2斷層:位于K203+626~K203+633.8,走向北76°東,傾向北西,傾角65°,下延30米以上,斷層泥厚7米左右,不漏水。

      ⑶F3斷層:位于K203+680~K203+690,呈北東東走向,形跡不明,巖性在此出現(xiàn)明顯突變,自北往南,由堅(jiān)硬較完整變余砂巖轉(zhuǎn)變?yōu)榍稜罘凵百|(zhì)板巖夾變余砂巖及石英脈體,較破碎。

      1.3.3.2節(jié)理

      通過地質(zhì)斷面調(diào)查及鉆取巖芯分析,勘察區(qū)的巖體最少發(fā)育兩期節(jié)理裂隙,裂面有高傾角、壓性閉合或微張開等特點(diǎn)。早期節(jié)理裂隙一般被石英脈充填,呈膠結(jié)狀,有較高的抗剪強(qiáng)度;后期裂隙多呈“X”節(jié)理,由于其多向切割,巖體多半比較破碎。通過節(jié)理統(tǒng)計及“節(jié)理裂隙玫瑰圖”分析,得出主要發(fā)育的幾組優(yōu)勢節(jié)理面為:a、走向北85°西,傾向北,傾角45°~65°,與路線近垂交;b、走向北8 2°東,傾向北,傾角45°~65°,與路線近垂交;c、走向北5°~24°西,傾向西,傾角65°~85°,與路線近平行,對隧道圍巖穩(wěn)定性影響較大。

      1.3.4結(jié)構(gòu)面對隧道圍巖穩(wěn)定性評價

      隧道圍巖中的節(jié)理裂隙是影響其穩(wěn)定的主要因素,巖層面只對右側(cè)洞壁有影響。節(jié)理裂隙又以平行洞軸線的、后期的節(jié)理裂隙面影響最大,K203+590~K203+670段隧道右側(cè)洞頂附近發(fā)育1.5米左右厚的構(gòu)造破碎帶,對隧道拱頂穩(wěn)定不利。由于隧道所處的位置,地形起伏大,巖體風(fēng)化分界線起伏也大,節(jié)理裂隙一般洞頂比洞底發(fā)育,洞右側(cè)比左側(cè)發(fā)育,同一掌子面出現(xiàn)巖體完整性差異,所以,設(shè)計和施工應(yīng)引起重視,采取針對性工程處置措施。

      1.4新構(gòu)造運(yùn)動及地震

      勘察區(qū)地處贛中南大面積穩(wěn)定上升區(qū),以整體間歇性緩慢抬升為主,差異運(yùn)動不明顯,歷史上僅發(fā)生過4次強(qiáng)震,近期弱震活動亦比較少。根據(jù)《中國地震峰值加速度區(qū)劃圖》,區(qū)內(nèi)地震基本烈度小于Ⅵ度,地震動峰值加速度g<0.05,隧道工程可不考慮抗震設(shè)防。

      2.水文地質(zhì)條件及評價

      2.1地下水類型及分布

      根據(jù)地質(zhì)調(diào)查和鉆探揭露分析,區(qū)域分布有松散巖類孔隙水和基巖裂隙水兩種,其中以基巖裂隙水為主??紫端饕x存于第四系殘坡積成因的粘土碎石及基巖全風(fēng)化層中,由于地勢較陡,自身透水性較好,只能作為地表水的入滲通道;基巖裂隙水主要賦存在變質(zhì)巖層中,通過上覆松散巖層接受大氣降水的補(bǔ)給,由于基巖裂隙發(fā)育,地下水徑流通道好,而南方以暴雨等強(qiáng)降水形式為主,地下水較豐富。因此隧道開挖過程中應(yīng)備水泵,以免影響施工進(jìn)度。設(shè)計應(yīng)在隧道洞頂、洞壁及洞底設(shè)置排水系統(tǒng),如反過濾層、滲溝、盲溝等。

      2.2地下水出露點(diǎn)調(diào)查

      邊 坡 開 挖 后, 在 K203+619、K203+622、K203+695、K203+705左25米的第三級邊坡的坡腳處排泄孔中以及K203+690 右30米坡腳等處發(fā)育流量10ml/s~20ml/s的下降泉。而且據(jù)錨索成孔資料了解,大都數(shù)鉆孔均見地下水,局部水量還較大。

      2.3地下水的化學(xué)成分

      由于勘察區(qū)山體與隧道山體屬同一地下水系,水化學(xué)成分參考隧道水化學(xué)分析成果使用。根據(jù)水質(zhì)分析評價標(biāo)準(zhǔn),勘察區(qū)內(nèi)地下水類型屬于HCO3-Ca、Mg型水,弱堿性,腐蝕等級為無腐蝕。

      3、圍巖分類與支護(hù)分析

      3.1圍巖參數(shù)的確定

      ⑴巖體聲波速度根據(jù)P-S測井獲取縱波、橫波;

      ⑵巖土完整性系數(shù):I=Vp2/ Up2其中:

      Vp為巖體縱波波速,Up為巖石縱波波速;

      ⑶泊松比根據(jù)波速計算確定:

      μ d=Vp2-2Vs2/[2(Vp2-Vs2)]

      ⑷動彈性模量根據(jù)下式計算確定:

      Ed=ρ Vp2(1+μ d)(1-2μ d)/[g(1-μ d)]

      或 Ed=ρ Vs2(3Vp2-4Vs2)/(Vp2-Vs2)

      其中:ρ為密度g為重力加速度;

      ⑸靜彈模量:Es=0.1Ed1.43;

      ⑹飽和抗壓強(qiáng)度采用最小平均值確定。

      3.2圍巖類別確定

      隧道圍巖分類主要依據(jù)工程地質(zhì)條件、開挖穩(wěn)定性及巖體縱波波速、巖體完整系數(shù)、巖石質(zhì)量指標(biāo)等實(shí)測參數(shù)指標(biāo)綜合確定。

      3.3隧道圍巖分段劃分及建議支護(hù)

      3.3.1K203+557~K203+610(北洞口及洞身)

      圍巖巖性為變余砂巖夾板巖,風(fēng)化強(qiáng)烈,節(jié)理裂隙很發(fā)育,可見4組以上節(jié)理裂隙,多呈“X”型,巖體較破碎。拱部無支護(hù)時可產(chǎn)生坍塌,側(cè)壁有時失去穩(wěn)定,圍巖類別綜合定為Ⅱ類。建議:采用導(dǎo)坑法或臺階法施工并及時采取超前支護(hù)措施,洞口段適當(dāng)接部分明洞。

      3.3.2K203+610~K203+680(洞身)

      圍巖巖性為弱~微風(fēng)化變余砂巖,局部發(fā)育構(gòu)造破碎帶。圍巖總體較完整穩(wěn)定,局部呈碎裂結(jié)構(gòu),由于隧道淺埋偏壓,左側(cè)巖體堅(jiān)硬完整,右上部洞室圍巖范圍內(nèi),巖體比較破碎。拱部無支護(hù)可能產(chǎn)生坍塌,側(cè)壁基本穩(wěn)定,圍巖類別綜合定為Ⅳ類。建議:施工采用先拱后墻法施工,對于施工中可能發(fā)現(xiàn)的局部破碎帶、斷層軟弱破碎帶,應(yīng)局部特殊處理。

      3.3.3K203+680~K203+750(洞身及南洞口)

      圍巖巖性為以全、強(qiáng)風(fēng)化千枚狀粉砂質(zhì)板巖為主夾變余砂巖及石英脈體,風(fēng)化強(qiáng)烈,巖體軟硬不均,總體較軟,地下水較豐富。圍巖橫、縱向變化均比較大。右側(cè)洞壁較薄甚至裸露,巖體風(fēng)化呈土夾石狀,左側(cè)洞壁稍好。圍巖易坍塌變形,處理不當(dāng)會產(chǎn)生大坍塌,右上角地表可能出現(xiàn)塌陷。右壁處理不當(dāng)易出現(xiàn)大坍塌,圍巖類別綜合定為Ⅱ類。建議:采用單壁導(dǎo)坑法或正臺階法施工或暗洞明做,開挖前必須進(jìn)行超前支護(hù)處理,洞口和洞頂應(yīng)采用長導(dǎo)管超前支護(hù),洞壁采用深孔注漿阻水和抗偏壓,確定開挖期間洞室的穩(wěn)定,開挖后噴錨支護(hù)并襯砌。對于洞壁較薄段應(yīng)考慮接明洞通過。

      3.3.4K203+750~K203+779(左側(cè)高邊坡)

      本段上部20米左右千枚狀粉砂質(zhì)板巖夾變余砂巖全強(qiáng)風(fēng)化層及其殘坡積土,巖體風(fēng)化呈粉土狀,且處于地下水出露帶,地下水比較豐富,土體抗沖刷能力差。局部下部切入強(qiáng)、弱風(fēng)化變余砂巖,呈碎裂結(jié)構(gòu),邊坡巖體總體偏軟且破碎。建議:邊坡不陡于1:1,部分錨桿強(qiáng)支護(hù),注意坡體及地表排水設(shè)置??紤]到進(jìn)口段坡體穩(wěn)定性差,建議接長明洞處理,確保運(yùn)營安全。

      4 .結(jié)語

      4.1隧道處于山體斜坡處,地質(zhì)構(gòu)造相對復(fù)雜,洞身左側(cè)埋深在22左右,右側(cè)最大埋深在13米左右,隧道屬于淺埋偏壓型短隧道,設(shè)計和施工中應(yīng)充分考慮這方面因素。

      4.2隧道開挖爆應(yīng)采用控制爆破(光面爆破或預(yù)裂爆破),盡量使圍巖少受損傷,以免爆破過大,產(chǎn)生過量費(fèi)方,影響施工進(jìn)度,同時影響上部現(xiàn)有邊坡的穩(wěn)定。

      4.3隧道圍巖分類,是綜合鉆探、物探及地質(zhì)調(diào)繪等成果確定,在隧道開挖過程中,若發(fā)現(xiàn)圍巖類別劃分不準(zhǔn)確時應(yīng)根據(jù)施工實(shí)際情況進(jìn)行及時的調(diào)整。

      4.4作為“新奧法”的重要組成部分,隧道施工必須進(jìn)行施工監(jiān)測。

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