公路隧道地質(zhì)調(diào)查及圍巖穩(wěn)定性研究

楊青云，楊化林，張?zhí)煊?/p>

（1.中冶京誠(chéng)工程技術(shù)有限公司，北京 100176；2.廣西大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，廣西 南寧 530004）

隧道的開(kāi)挖方式有控制爆破法和機(jī)械開(kāi)挖法，在IV級(jí)圍巖以上圍巖隧道一般采取爆破開(kāi)挖法，然而使用爆破開(kāi)挖容易對(duì)圍巖造成擾動(dòng)，因此使用符合當(dāng)前圍巖抗振要求的爆破方法十分重要；另外隧道的開(kāi)挖形成了大面積的地下空間，開(kāi)挖后的圍巖中的原巖應(yīng)力場(chǎng)被破壞，巖石應(yīng)力重新分布，在隧道輪廓附近巖石中的應(yīng)力集中分布，重新形成的應(yīng)力平衡容易遭受破壞，容易產(chǎn)生軟弱破碎帶坍塌、突水和突泥的安全事故[1]，這與巖石的地應(yīng)力環(huán)境、區(qū)域斷裂構(gòu)造和地下水情況有關(guān)[2]，為了給合理的爆破方法的選擇提供依據(jù)，保證隧道的穩(wěn)定性，對(duì)隧道圍巖地質(zhì)情況進(jìn)行了調(diào)查分析。

1 遂址區(qū)地質(zhì)特征

1.1 隧道概況

梧州市環(huán)城公路工程3標(biāo)1、2工區(qū)位于梧州市城郊，經(jīng)萬(wàn)秀區(qū)龍湖鎮(zhèn)旺步村、朱品村、倒水村、河步等地。新建隧道4座，熊沖隧道右洞1536m，左洞1495m；沙子塘隧道右洞550m，左洞545m；底沖隧道右洞505m，左洞508m；上雷嶺隧道右洞975m，左洞978m。遂址區(qū)屬丘陵地貌，地形起伏較大，溝谷發(fā)育，沿隧道走向地表由破殘積層覆蓋，殘丘上植被發(fā)育，局部見(jiàn)基巖出露地表，無(wú)不良地質(zhì)現(xiàn)象，隧道基本情況見(jiàn)表1。

表1 梧州市環(huán)城高速隧道概況

1.2 巖石性質(zhì)

熊沖、底沖和上雷嶺隧道下伏基巖為寒武系上亞群中組砂巖，砂子塘隧道下伏基巖為寒武系上亞群上組砂巖，圍巖砂狀結(jié)構(gòu)；中厚層狀構(gòu)造。熊沖、底沖隧道巖石呈黃色和灰色，巖質(zhì)較硬，錘擊聲清脆，巖體較破碎—較完整，節(jié)理裂隙發(fā)育，裂隙面多被鐵錳質(zhì)浸染，局部石英填充，巖芯多呈短柱狀、碎塊狀少量呈碎塊狀，強(qiáng)風(fēng)化層和中風(fēng)化層分布于整個(gè)場(chǎng)地，以中風(fēng)化層為主；上雷嶺隧道巖石以強(qiáng)中風(fēng)化層為主；砂子塘隧道巖石為黃色，巖質(zhì)軟，風(fēng)化不均勻，局部夾全風(fēng)化，錘擊聲啞、易碎，巖體極破碎—破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，裂隙面多被鐵錳質(zhì)浸染，巖芯多呈砂狀，少量呈碎塊狀，強(qiáng)風(fēng)化層和風(fēng)化層分布于整個(gè)場(chǎng)地，以強(qiáng)風(fēng)化層為主。如表2所示。

1.3 遂址區(qū)斷層與斷裂情況

利用地震波的反射原理對(duì)遂址區(qū)圍巖進(jìn)行地質(zhì)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)[3]，熊沖隧道在遂址區(qū)西約3.5km處發(fā)育逆斷裂，長(zhǎng)度約為10km，走向近于正北，傾向西北，為不明性質(zhì)斷層，本隧道通過(guò)區(qū)域存在3處斷層或破碎帶，影響深度分布為55m、60m及80m。砂子塘隧道東約3km處存在一處發(fā)育逆斷裂，長(zhǎng)度為10km，走向近于南北，傾向北西，現(xiàn)場(chǎng)物探表明隧道洞身范圍內(nèi)無(wú)斷裂及構(gòu)造破碎帶，區(qū)域地質(zhì)較穩(wěn)定。底沖隧道遂址區(qū)無(wú)區(qū)域性斷裂及破碎帶。上雷嶺隧道遂址區(qū)無(wú)斷裂，本隧道通過(guò)區(qū)域存在2處斷層，影響深度分別為30m和50m。詳見(jiàn)表3。

表2 隧道巖石性質(zhì)

表3 遂址區(qū)斷層與斷裂分布

2 遂址區(qū)節(jié)理裂隙調(diào)查分析

2.1 節(jié)理裂隙調(diào)查

節(jié)理裂隙是巖體在應(yīng)力作用下形成的結(jié)構(gòu)面，是一種能反映出巖體內(nèi)主要構(gòu)造特點(diǎn)的結(jié)構(gòu)特征[4]。節(jié)理的分布情況影響著圍巖的穩(wěn)定性和可爆性，通過(guò)對(duì)隧道圍巖內(nèi)分布的節(jié)理裂隙進(jìn)行測(cè)量，記錄其產(chǎn)狀、數(shù)量等，將節(jié)理裂隙分布情況制作成玫瑰圖，來(lái)分析圍巖的完整性及抗振能力，為爆破參數(shù)的選取及隧道支護(hù)提供依據(jù)。

2.2 節(jié)理裂隙整體分布情況

熊沖隧道巖體較破碎，節(jié)理呈不規(guī)則狀交錯(cuò)分布，存在幾組發(fā)育節(jié)理，產(chǎn)狀分別為160°∠15°（2～3條/m）、115°∠62°（2～3條/m）115°∠63°（2～3條/m）、155°∠48°（3～4條/m）、180°∠45°（4～5條/m）、50°∠85°（3條/m）115°∠70°（2～3條/m）、186°∠55°（3～4條/m）；砂子塘隧道中節(jié)理裂隙發(fā)育，呈碎裂及鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)，產(chǎn)狀分別為160°∠45°（3條/m）、330°∠48°（2條/m）；底沖隧道區(qū)域地質(zhì)較完整，存在幾組節(jié)理產(chǎn)狀為230°∠75°（2～3條/m）、286°∠68°（3 條/m）、150°∠58°（3 條/m）193°∠66°（2～3條/m）；上雷嶺隧道發(fā)育節(jié)理產(chǎn)狀為250°∠80°（2～3條/m）、25°∠53°（2～3條/m）、70°∠72°（3～4條/m）、85°∠65°（2～3條/m）、10°∠65°（3～4條/m）、40°∠65°（2條/m）、168°∠60°（4條/m）、340°∠78°（2～3條/m）、174°∠50°（3～4條/m）。

2.3 熊沖隧道節(jié)理統(tǒng)計(jì)分析

節(jié)理裂隙的測(cè)量一般采用測(cè)線法，即在巖體表面布置一條測(cè)線，每隔一段距離取一個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)量節(jié)理裂隙產(chǎn)狀及位置[5]。熊沖隧道節(jié)理的測(cè)量則是將掌子面圍巖進(jìn)行測(cè)量及分組則，如表4、圖1所示。

圍巖的節(jié)理裂隙分布情況對(duì)爆破效果有著很大影響，沿著優(yōu)勢(shì)節(jié)理方向爆破爆破能量損失較大，需要更大的裝藥量才能達(dá)到效果，從測(cè)得的節(jié)理裂隙來(lái)看，存在2組優(yōu)勢(shì)節(jié)理，1組走向范圍為0°～40°，平均走向?yàn)?°，平均傾向?yàn)?4.5°，節(jié)理裂隙條數(shù)為6條；2組走向范圍為320°～360°，平均走向?yàn)?36°，平均傾向?yàn)?8.9°，節(jié)理裂隙條數(shù)為10條，在這2組優(yōu)勢(shì)節(jié)理方向需加大裝藥量進(jìn)行爆破。

式中：K——裂隙率；

B——節(jié)理寬度；

L——節(jié)理長(zhǎng)度；

A——調(diào)查區(qū)域面積。

K≤2%說(shuō)明被調(diào)查巖體節(jié)理裂隙不發(fā)育，2%≤K≤8%則說(shuō)明被調(diào)查巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育，K≥8%則說(shuō)明被調(diào)查巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，經(jīng)計(jì)算節(jié)理裂隙率為9.7%，計(jì)算節(jié)理平均間距RS進(jìn)行評(píng)價(jià)[6]，計(jì)算得熊沖隧道RS為37.4cm。當(dāng)前隧道圍巖為節(jié)理裂隙發(fā)育巖體。

表4 熊沖隧道某斷面節(jié)理走向情況統(tǒng)計(jì)

圖1 節(jié)理裂隙統(tǒng)計(jì)圖

3 結(jié)語(yǔ)與建議

對(duì)遂址區(qū)進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)隧道受附近斷裂帶的影響較大，基巖為寒武系上亞中組砂巖，巖石風(fēng)化程度高，圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育。以熊沖隧道為例，對(duì)其開(kāi)挖面進(jìn)行節(jié)理統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)存在多組發(fā)育節(jié)理，節(jié)理之間距離近RS為38.4，裂隙率K大于8%，巖體為節(jié)理裂隙發(fā)育巖體，為保證其安全性需做適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)。

隧道圍巖的地質(zhì)特征是隧道施工的重要參考資料，影響隧道的穩(wěn)定性，給隧道掘進(jìn)方案提供指導(dǎo)，本文通過(guò)對(duì)遂址區(qū)地質(zhì)情況，巖石性質(zhì)節(jié)理裂隙的調(diào)查分析，進(jìn)行了分析和總結(jié)，提出以下建議。

（1）隧道的水文地質(zhì)情況對(duì)隧道施工也具有一定影響，對(duì)隧道涌水預(yù)測(cè)常采用降水入滲法[7]，南方地區(qū)雨量充沛，巖溶發(fā)育，隧道內(nèi)易產(chǎn)生積水，若水未及時(shí)排出，長(zhǎng)時(shí)間浸泡隧道地面，容易碎漲擴(kuò)容強(qiáng)度降低，不利于隧道的穩(wěn)定[8]。

（2）遂址區(qū)巖石節(jié)理裂隙發(fā)育，爆破作用效果降低，針對(duì)巖性特點(diǎn)，需要采用合適的爆破工藝進(jìn)行開(kāi)挖爆破。

（3）破碎帶與完整性圍巖交替位置，需加強(qiáng)超前支護(hù)與輔助施工工藝，保證隧道的安全性，降低塌方風(fēng)險(xiǎn)[9]。

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