摘 要:文章講述了“遵循地質(zhì)選線理念”在公路隧道通過斷裂構(gòu)造帶的實(shí)際應(yīng)用。擬建公路隧道通過或位于多條區(qū)域斷裂帶附近,斷裂構(gòu)造對巖體的工程性質(zhì)起著重要的作用,并對隧址區(qū)水文地質(zhì)條件及洞室圍巖穩(wěn)定性起著控制性作用。通過詳盡的地質(zhì)調(diào)繪,并結(jié)合音頻大地電磁法(AMT)和鉆探,對“東西走向”和“南北走向”兩種隧道方案進(jìn)行了初步圍巖級別劃分和施工風(fēng)險評估,并對可能出現(xiàn)的主要工程地質(zhì)問題進(jìn)行了預(yù)測,為隧道選線提供了地質(zhì)依據(jù)。隧道方案應(yīng)盡量避開斷裂帶,盡可能垂直穿越,避免平行通過。
關(guān)鍵詞:地質(zhì)選線;隧道;斷裂;圍巖分級
引言
巖體通常被層理、節(jié)理、斷裂等結(jié)構(gòu)面切割成大小不等、形狀各異的塊體,使巖體成為一種多裂隙的不連續(xù)介質(zhì)。巖體的工程性質(zhì)首先取決于這些結(jié)構(gòu)面的性質(zhì),通常用完整性系數(shù)衡量,其次才是組成巖體的巖石性質(zhì),一般用單軸飽和抗壓強(qiáng)度衡量。巖體的變形、破壞與穩(wěn)定性主要取決于巖體內(nèi)各種結(jié)構(gòu)面的性質(zhì)及其對巖體的切割程度。因此,對結(jié)構(gòu)面的成因、特征、影響進(jìn)行分析研究,在工程中具有重要意義。
擬建公路隧道地處區(qū)域斷裂帶,為全線控制性工程,文章結(jié)合該隧道選線,探討了斷裂構(gòu)造對山區(qū)公路隧道的影響,從而為隧道選線及施工方案優(yōu)化提供參考。
1 工程概況
擬建公路隧道初擬兩種方案,東西向隧道方案由長嶺坡隧道組成,隧道總長約4212m,最大埋深約280m,地處區(qū)域斷裂帶上盤,路線距破碎帶最遠(yuǎn)約500m,路線走向與斷層走向近平行;南北向隧道方案由馬場隧道和三岔隧道兩個隧道組成,隧道總長約4365m,最大埋深約340m,路線近垂直穿越兩條區(qū)域斷層。
2 工程地質(zhì)條件
2.1 地形地貌
擬建隧道位于中高山區(qū),總體呈東西向延伸山脈。隧址區(qū)地形地貌受東西向斷裂構(gòu)造控制,地形破碎,形成眾多山間溝谷,溝谷一般呈南北向分布在隧道通過山體南北坡,切割深度大,邊坡陡峻,地形起伏變化大,山體風(fēng)化剝蝕嚴(yán)重,基巖裸露少,山麓、谷地被殘坡積、坡積、洪積角礫碎石覆蓋,植被覆蓋較好。隧址區(qū)地面高程2940m~3330m,相對高差約390m。
2.2 地層巖性
長嶺坡隧道:洞身圍巖巖性主要為二疊系(P1)炭質(zhì)頁巖、頁巖及斷層糜棱巖、壓碎巖等。炭質(zhì)頁巖、頁巖為隧道洞身主要巖性,青灰-灰黑-黑色,泥質(zhì)(隱晶質(zhì))結(jié)構(gòu),頁理構(gòu)造,頁狀和薄片狀層理極為發(fā)育,層厚一般在0.5-2cm,層理分明,易剝離成片狀,頁理面光滑,結(jié)合差,硬物擊打易裂成碎片,巖體抗風(fēng)化能力差,長時間裸露極易碎裂呈片狀,部分裸露巖體風(fēng)化浸水后污手,巖性軟弱,為軟巖-極軟巖,該段圍巖約2.82km,占隧道總長約67%;斷層糜棱巖、壓碎巖:分布在斷層破碎帶內(nèi),母巖成分為頁巖、炭質(zhì)頁巖,大部分原巖結(jié)構(gòu)已破壞變質(zhì),形成云母、方解石及粘土等次生礦物,殘留部分母巖碎塊,呈灰黑-黑色,夾方解石團(tuán)塊,呈碎裂狀,擠壓緊密,水穩(wěn)性很差,遇水后極易軟化成泥狀,自穩(wěn)能力很差,特別是遇水后抗剪強(qiáng)度急劇下降,易發(fā)生大變形及大范圍坍塌破壞,該段圍巖約1.39km,占隧道總長約33%。(如圖1、圖2)
馬場隧道、三岔隧道:洞身圍巖巖性主要為(γ)花崗巖;二疊系(P1)頁巖、板巖夾灰?guī)r和灰?guī)r;古近系(E)礫巖;三疊系(T)板巖;斷層糜棱巖、壓碎巖等?;◢弾r為較硬巖,較完整,圍巖長約280m,占隧道總長約7%;頁巖巖性同長嶺坡隧道方案,圍巖長約480m,占隧道總長約11%;礫巖為較硬巖,厚層塊狀,較完整,圍巖長約320m,占隧道總長約7%;板巖夾灰?guī)r為較硬巖,巖體較破碎,圍巖長約1400m,占隧道總長約32%;灰?guī)r為較硬質(zhì)巖,巖體較完整-較破碎,圍巖長約500m,占隧道總長約11%;板巖為較硬巖,巖體較破碎-較完整,圍巖長約980m,占隧道總長約22%;斷層破碎帶長約300m,占隧道總長約7%。
2.3 地質(zhì)構(gòu)造
隧址區(qū)位于臨潭-宕昌斷裂帶西段,該斷裂為一條規(guī)模較大的晚更新世-全新世活動斷裂帶,由多條平行的次級斷裂組成,斷裂帶水平滑動速率為2-2.5mm/a,垂直滑動速率為0.18mm/a,路線通過次級斷裂F26和F23,見圖3。
松柏梁斷層F26:屬逆沖左旋斷層,產(chǎn)狀NW275°NE∠40-60°,呈舒緩波狀近東西向展布,破碎帶寬300-400m,破碎帶物質(zhì)組成為壓碎巖、糜棱巖、斷層泥及炭質(zhì)頁巖風(fēng)化物,遇水極易軟化成泥狀,地調(diào)及鉆探揭示,斷裂構(gòu)造影響范圍大,二疊系地層巖體破碎,產(chǎn)狀多變,褶皺及次級斷裂發(fā)育,受斷裂構(gòu)造阻水影響,沿?cái)嗔褞媳P有眾多泉水出露,溝谷內(nèi)均有常年流水。大地電磁(AMT)物探揭示,F(xiàn)26斷層上盤呈羽狀分布多條次級斷裂,破碎帶寬100-250m。長嶺坡隧道自F26斷層上盤通過,洞身距斷層最遠(yuǎn)約500m,且穿越該斷裂多條次級斷裂,隧道全線受到斷裂構(gòu)造影響很大,隧道圍巖很差;馬場隧道近垂直穿越F26斷層,斷層對圍巖影響段落相對較短。
嚴(yán)家寺-格力那斷層F23:屬逆沖斷層,產(chǎn)狀NW290°NE∠50-60°,呈舒緩波狀近東西向展布,延伸長度約75km,破碎帶寬100-200m,破碎帶物質(zhì)組成為構(gòu)造泥及角礫巖,斷裂將二疊系(P1)地層推覆在三疊系(T)及古近系(E)地層之上,局部地層發(fā)生倒轉(zhuǎn),其上盤地層巖性多變。三岔隧道近垂直穿越F23斷層,斷層對圍巖影響段落相對較短。
2.4 水文地質(zhì)條件
地表水:隧址區(qū)地表水豐富,在隧道進(jìn)出口溝谷及洞頂?shù)乇頉_溝內(nèi)均有地表水分布,為常流水,水質(zhì)清澈,流量為5-10L/s,與地下水特別是出露泉水水力聯(lián)系密切,枯水季節(jié)主要由地下水補(bǔ)給,亦受大氣降水影響。
地下水:隧道區(qū)山體巖層歷經(jīng)多次構(gòu)造運(yùn)動,褶皺、斷裂、節(jié)理裂隙發(fā)育,其不同的巖性接觸帶、斷裂帶、向斜、巖層的片理、層理以及巖體的節(jié)理裂隙等為地下水儲存、運(yùn)移提供了空間和通道,進(jìn)而也決定了地下水以基巖裂隙水為主,接受大氣降水補(bǔ)給,在隧址區(qū)多以泉的形式排泄于溝谷及地勢較低的第四系堆積物中。隧道開挖后在頁巖段落以淋雨?duì)罴熬€狀流水為主,其中賦存于斷層破碎帶及褶皺核部的地下水儲存豐富,水量大,洞室開挖后會出現(xiàn)股狀流水及突涌水、涌泥現(xiàn)象。
構(gòu)造斷層帶富水性評價:斷裂破碎帶主要由斷層壓碎巖、壓碎巖、糜棱巖及斷層泥組成,呈散體碎裂結(jié)構(gòu),為地下水儲存提供了空間,加之?dāng)鄬佑绊憥r體受構(gòu)造影響,巖體破碎,為地下水富集運(yùn)移提供了天然通道,受斷裂帶阻水影響,在斷層上盤及斷裂帶以泉水形式排泄至溝谷。根據(jù)地調(diào)資料,沿?cái)嗔褞媳P出露眾多泉水,根據(jù)泉水分布特征,判定斷層破碎帶及斷層上盤巖體中均儲存有地下水,地下水豐富,具承壓性。
根據(jù)長嶺坡隧道鉆孔提水試驗(yàn),隧址區(qū)地下水埋深淺,一般在17-21m,地下水豐富,水位恢復(fù)速度快。地下水對炭質(zhì)頁巖頁理面和破碎帶物質(zhì)軟化作用明顯,頁巖遇水后極易沿頁理面開裂,破碎帶遇水后易軟化成散體狀或泥狀。隧道在斷層破碎帶中開挖易發(fā)生突涌水、突泥、大變形、冒頂?shù)鹊刭|(zhì)災(zāi)害,對隧道施工危害嚴(yán)重。
3 長嶺坡隧道施工中存在的主要地質(zhì)問題
隧道位于斷裂構(gòu)造帶,圍巖總體很差,地下水豐富,洞身巖性為軟巖-極軟巖,洞身多次穿越斷裂破碎帶,破碎帶、影響帶范圍大,施工難度大、風(fēng)險高,成洞條件很差,存在很大安全隱患,主要有以下工程地質(zhì)問題:
(1)隧道位于區(qū)域斷裂(F26)上盤,其上盤發(fā)育多條羽狀次級斷裂通過洞身,破碎帶寬100-250m,隧道通過斷裂帶總長約1.39km,占隧道總長約33%。破碎帶物質(zhì)組成為壓碎巖、糜棱巖、斷層泥及炭質(zhì)頁巖風(fēng)化物,遇水極易軟化成泥狀,遇水后圍巖無自穩(wěn)能力,隧道開挖易發(fā)生突涌水、突泥、大變形、冒頂?shù)?,圍巖收斂變形很大。
(2)隧道洞身通過巖性主要為頁巖、炭質(zhì)頁巖夾砂巖,頁狀和薄片狀層理極為發(fā)育,層厚一般在0.5-2cm,頁理面光滑,結(jié)合差,易剝離成片狀,長時間裸露極易碎裂呈片狀,巖性軟弱,為軟巖-極軟巖,遇水極易沿頁理面開裂坍塌,鉆孔揭示巖體中存在次級斷裂帶,分布不規(guī)則。該類圍巖總長約2.82km,占隧道總長約67%。,隧道開挖易發(fā)生掉塊及塌方,洞室有較大收斂變形,以淋雨?duì)罴熬€狀出水為主,圍巖自穩(wěn)性差,局部有突涌水及突泥現(xiàn)象。
(3)隧址區(qū)地下水豐富,地下水對炭質(zhì)頁巖頁理面和破碎帶物質(zhì)軟化作用明顯,頁巖遇水后極易沿頁理面開裂,破碎帶遇水后易軟化成散體狀或泥狀。隧道在斷層破碎帶中開挖易發(fā)生突涌水、突泥、大變形、冒頂?shù)鹊刭|(zhì)災(zāi)害,對隧道施工危害嚴(yán)重。
4 方案比選
通過對隧址區(qū)地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造及水文地質(zhì)條件綜合分析評價,結(jié)合施工中可能出現(xiàn)的工程地質(zhì)問題,就地質(zhì)條件而言,對比選的兩個方案進(jìn)行以下比較。(如表1)
5 結(jié)束語
(1)隧道走向與斷裂構(gòu)造線平行且臨近通過時,隧道全線均受斷裂構(gòu)造影響,巖體破碎,地下水豐富,圍巖自穩(wěn)能力差,施工難度大、風(fēng)險高,因此隧道方案選擇時應(yīng)盡量避開斷裂帶,無法避開時盡可能垂直穿越,避免平行通過。
(2)隧道通過斷層破碎帶時,開挖易發(fā)生突涌水、突泥、大變形、冒頂?shù)?,圍巖收斂變形很大,無自穩(wěn)能力,應(yīng)加強(qiáng)超前預(yù)報及超前支護(hù)措施,施工中應(yīng)采取降低水位及排水措施,并做好對突發(fā)事件的應(yīng)急預(yù)案。
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