毛埡山隧道工程地質(zhì)條件淺析

苗在斌

（蘇交科集團(tuán)（甘肅）交通規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司， 甘肅 蘭州 730010）

0 引言

地質(zhì)勘察是設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和依據(jù)，尤其是地質(zhì)條件復(fù)雜的山區(qū)，勘察越是細(xì)致，對(duì)后期項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工影響越小。

毛埡山隧道位于康縣城關(guān)鎮(zhèn)左家莊村，終點(diǎn)位于康縣云臺(tái)鎮(zhèn)大院村。按連體單洞設(shè)計(jì)，屬長(zhǎng)隧道，洞體凈空（寬×高）為1025×500cm，洞體全長(zhǎng)3175m，洞體最大埋深586.9m。該隧道工程地質(zhì)條件復(fù)雜，共穿過3條活動(dòng)性斷層，對(duì)隧道圍巖有較大影響?，F(xiàn)場(chǎng)通過地質(zhì)調(diào)繪、鉆探、物探等方法對(duì)該隧道進(jìn)行了地質(zhì)勘察工作。

1 地形地貌

隧址區(qū)地貌單元屬構(gòu)造剝蝕低中山區(qū)，毛埡山隧道橫穿基巖山梁，隧道穿越段地形切割強(qiáng)烈，起伏變化大，地勢(shì)洞身中部高，西北、東南兩端洞口低，地表最低海拔高程1209.50m，最高海拔高程1846.00m，相對(duì)高差636.5m。

2 地層結(jié)構(gòu)

隧址區(qū)地層結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，具體分布情況如下。

（1）粉質(zhì)黏土：淺棕黃色，土質(zhì)不均，含大量礫石及碎石，呈硬塑狀態(tài)，該套地層主要分布于隧址區(qū)洞身段頂部，厚約3～5m，對(duì)擬建隧道圍巖無影響。

（2）斷層角礫：主要為斷層破碎帶物質(zhì)，原巖為黑云母千枚巖，夾碎石及斷層泥，松散～碎裂狀結(jié)構(gòu)斷層；部分破碎帶原巖為灰?guī)r，巖體破碎，結(jié)構(gòu)面發(fā)育，結(jié)合差，碎裂狀結(jié)構(gòu)。

（3）灰?guī)r：青灰色～灰白色，強(qiáng)風(fēng)化層厚約5～10m，余為中風(fēng)化。巖體較完整～較破碎，結(jié)構(gòu)面較發(fā)育，結(jié)合一般，鑲嵌碎裂狀結(jié)構(gòu)，巖層產(chǎn)狀為181～352°∠36～52°。

（4）黑云母千枚巖：灰黑色，全風(fēng)化層厚約5～8m，強(qiáng)風(fēng)化層厚約10～15m，余為中風(fēng)化。巖體破碎～較破碎，結(jié)構(gòu)面發(fā)育～較發(fā)育，結(jié)合一般～差，碎裂狀結(jié)構(gòu)～鑲嵌碎裂狀結(jié)構(gòu)。巖層產(chǎn)狀為8°∠46°。

（5）碳質(zhì)千枚巖：灰黑色，強(qiáng)風(fēng)化層厚約10～15m，余為中風(fēng)化。巖體破碎～較破碎，結(jié)構(gòu)面發(fā)育～較發(fā)育，結(jié)合一般～差，碎裂狀結(jié)構(gòu)～鑲嵌碎裂狀結(jié)構(gòu)。巖層產(chǎn)狀為187°∠72°。

工程地質(zhì)縱斷面圖見圖1。

圖1 工程地質(zhì)縱斷面圖

3 地質(zhì)構(gòu)造與地震

3.1 地質(zhì)構(gòu)造

3.1.1 斷層

本次勘察通過工程地質(zhì)調(diào)繪、物探解譯、鉆探等勘察手段，共發(fā)現(xiàn)隧址區(qū)發(fā)育有3條斷層，編號(hào)分別為L(zhǎng)F1～LF3，其中LF1斷層為正斷層，LF2、LF3斷層為逆斷層，LF3為全新世活動(dòng)斷裂，根據(jù)《康縣-武都斷裂新活動(dòng)性及地震危險(xiǎn)性研究》和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查所獲得的實(shí)際資料，此斷層屬于晚更新世-全新世活動(dòng)性斷層[1][2]，斷層性質(zhì)逆沖兼走滑[3]，對(duì)隧道圍巖穩(wěn)定性有較大影響。本次勘察物探EH4共解譯6處異常區(qū)，推斷6處異常區(qū)結(jié)構(gòu)面雜亂無序，巖體破碎，可能富水，應(yīng)注意設(shè)防。各斷層與隧道的關(guān)系及對(duì)隧道影響程度見表1、圖2。

表1 斷層統(tǒng)計(jì)一覽表

圖2 各斷層的影響程度

（1）WTLF1推測(cè)斷層。該斷層為物探推測(cè)斷層。斷層頂端位于LK0+630附近，表現(xiàn)為明顯低阻通道，性質(zhì)具有逆斷層特征。推測(cè)傾向南傾，傾角約45°。斷層具有一定的富水性，與擬建隧道交匯，推測(cè)該處有富水區(qū)一處，施工時(shí)注意防水、防塌陷。

（2）LF2斷層。該斷層頂端位置處于LK1+180附近，電阻率二維反演圖上表現(xiàn)出明顯的低阻異常，傾向南傾，傾角60°，斷層寬約100m左右。推測(cè)該處可能裂隙區(qū)發(fā)育，含水相對(duì)較豐富。施工時(shí)要注意防水、防塌陷。該斷層與地質(zhì)調(diào)繪結(jié)果較為一致。

（3）LF3斷層。該斷層頂端位置里程LK1+430位置，北傾，傾角約50°。斷層在視電阻率二維反演斷面圖上表現(xiàn)為低阻異常（小于100Ω·m），推測(cè)該斷層與WTLF2斷層在深部（標(biāo)高1150m）交匯，交匯部位推測(cè)為富水區(qū)域。斷層周邊均為第四系覆蓋。斷層具有一定的逆斷層特征，北傾，傾角約45～50°。施工時(shí)要注意防水、防坍塌。

（4）WTLF2斷層。該斷層為物探推斷斷層，表現(xiàn)為明顯的極低值電阻率特征，近乎陡立，為該區(qū)域破碎帶明顯特征。斷層頂端位于LK1+730位置，斷層向下延伸較大，與LF3斷層標(biāo)高1100m處交匯。斷層下部寬度約150～200m，上部被第四系覆蓋。推測(cè)標(biāo)高1500m以下為斷層富水區(qū)域。施工時(shí)要注意防水、防坍塌。

（5）F14斷層。斷層位于LK2+880附近，表現(xiàn)為明顯低阻特征，產(chǎn)狀較陡，近直立，向深部延伸較大。斷層兩邊視電阻率值極大，最大達(dá)到40000Ω·m，與標(biāo)本中灰?guī)r電性特征較為吻合。斷層與擬建隧道交匯處標(biāo)高1250m，推測(cè)有一處富水區(qū)域，施工時(shí)要注意防水、防坍塌。

（6）WTLF3斷層。該斷層為物探推斷斷層，頂端處于LK3+130附近，等值線梯級(jí)帶位置，近直立。斷層兩邊地層巖性呈現(xiàn)不同電物性特征。推測(cè)該斷層為地質(zhì)分界線。

3.1.2 節(jié)理

依據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，隧址區(qū)進(jìn)出口段巖體強(qiáng)風(fēng)化帶節(jié)理裂隙很發(fā)育～發(fā)育，一般3組以上，雜亂無章，以構(gòu)造型為主，地層巖性為千枚巖、片巖，節(jié)理面粗糙，大部分無充填，局部泥質(zhì)或巖屑充填，結(jié)合差，貫通性差。

3.2 地震

根據(jù)《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2015）附表C.31中有關(guān)規(guī)定，隧址區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.20g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期0.40s，對(duì)應(yīng)的抗震設(shè)防烈度為Ⅷ度。

4 水文地質(zhì)條件

區(qū)內(nèi)地下水類型為基巖裂隙水和斷層帶水，富水區(qū)為斷層、裂隙發(fā)育區(qū)，在電阻率斷面圖上表現(xiàn)為明顯的低電阻率異常區(qū)，依據(jù)鈣質(zhì)、黑云母千枚巖的電阻率的特征，從電阻率數(shù)值的角度，將隧道穿過區(qū)區(qū)域劃分為富水區(qū)及相對(duì)富水區(qū)，以實(shí)測(cè)黑云母千枚巖斷裂帶（滲水）電阻率（1.5Ω·m）為依據(jù)，將電阻率低于10Ω·m的地段劃分為富水區(qū)，11～40Ω·m的范圍內(nèi)為相對(duì)富水區(qū)，其余電阻率范圍區(qū)為不富水區(qū)（見表2）。

表2 毛埡山隧道EH4測(cè)量推斷富水區(qū)特征表

綜合分析隧道水文地質(zhì)條件，最終采用降水入滲法計(jì)算隧道涌水量，預(yù)測(cè)隧道正常涌水量約2038.35m3/d，最大涌水量約6115m3/d。

5 成果分析

5.1 綜合測(cè)井成果分析

通過對(duì)2號(hào)孔進(jìn)行了井溫測(cè)量，孔內(nèi)最高溫度為14℃,最低溫度為12℃，平均值為13℃，未見地溫異常，屬地溫正常帶。323～390m為灰?guī)r,電阻率均值約為249Ω·m，聲波速度均值約為4.76km/s，自然伽瑪均值約為9γ。

5.2 地應(yīng)力成果分析

勘察過程中對(duì)2號(hào)孔進(jìn)行地應(yīng)力測(cè)試（水壓致裂法），根據(jù)裂縫方向的測(cè)定，求得最大水平主應(yīng)力方位分別為N88°E。由2號(hào)鉆孔應(yīng)力測(cè)量結(jié)果可知，所測(cè)范圍（336.5～373.7m）最大水平主應(yīng)力值為13.27～14.74MPa，最小水平主應(yīng)力值為10.24～11.45MPa。

通過地應(yīng)力測(cè)試結(jié)果分析，根據(jù)《公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》[4]，隧道Rc/σmax=1.92-2.92＜4，判定該隧道存在極高應(yīng)力現(xiàn)象。

中風(fēng)化灰?guī)r屬硬質(zhì)巖，開挖過程中時(shí)有巖爆發(fā)生，有巖塊彈出，洞壁巖體發(fā)生剝離，新生裂縫多，成洞性差，圍巖易失穩(wěn)。

黑云母千枚巖及炭質(zhì)千枚巖屬軟質(zhì)巖，巖芯常有餅化現(xiàn)象，開挖過程中洞壁巖體有剝離，位移極為顯著，甚至發(fā)生大位移，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，不易成洞。

5.3 圍巖分級(jí)（見表3）

表3 毛埡山隧道圍巖分級(jí)表

本隧道全長(zhǎng)3175m，根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范 第一冊(cè) 土建工程》[5]計(jì)算得出洞體由Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖構(gòu)成，其中Ⅲ級(jí)分布長(zhǎng)度為260m，占比8.2%；Ⅳ級(jí)分布長(zhǎng)度為1146m，占比36.1%；Ⅴ級(jí)分布長(zhǎng)度為1769m，占比55.7%。

6 結(jié)束語

（1）項(xiàng)目區(qū)位于隴南市康縣境內(nèi)，地震動(dòng)峰值加速度為0.20g，地震動(dòng)反應(yīng)普特征周期0.40s，對(duì)應(yīng)地震基本烈度為Ⅷ度。

（2）預(yù)測(cè)隧道正常涌水量約2038.35m3/d，最大涌水量約6115m3/d。

（3）通過井溫測(cè)量，孔內(nèi)最高溫度為14℃,最低溫度為12℃，平均值為13℃，未見地溫異常，屬地溫正常帶。

（4）隧道Ⅲ級(jí)分布長(zhǎng)度為260m，占比8.2%；Ⅳ級(jí)分布長(zhǎng)度為1146m，占比36.1%；Ⅴ級(jí)分布長(zhǎng)度為1769m，占比55.7%。

（5）隧道進(jìn)、出口位置所在斜坡在自然條件下均處于穩(wěn)定狀態(tài)。由于千枚巖節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎～較破碎，開挖后易發(fā)生碎落、崩塌等不良地質(zhì)現(xiàn)象。建議設(shè)計(jì)和施工時(shí)予以考慮，采用放坡、噴、錨及掛網(wǎng)等支護(hù)措施進(jìn)行治理，以防止邊坡坍塌，并及時(shí)進(jìn)洞，按防、排、截、堵相結(jié)合的原則設(shè)置防、排水系統(tǒng)。

（6）該隧道存在極高應(yīng)力現(xiàn)象。硬質(zhì)巖開挖過程中時(shí)有巖爆發(fā)生，有巖塊彈出，洞壁巖體發(fā)生剝離，新生裂縫多，成洞性差，圍巖易失穩(wěn)。軟質(zhì)巖，巖芯常有餅化現(xiàn)象，開挖過程中洞壁巖體有剝離，位移極為顯著，甚至發(fā)生大位移，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，不易成洞。