山西黎城至霍州段高速公路寓仁隧道工程地質(zhì)特性及穩(wěn)定性評價

孔德民

(甘肅省地質(zhì)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 蘭州 730020)

1 序言

寓仁隧道位于山西省沁源縣靈空山鎮(zhèn)寓仁村北側(cè)約1 km處。隧道按左、右分離式設(shè)計，洞體凈空為1 025 cm×500 cm(寬×高)，兩洞中軸線最大間距約28 m，最小間距約為15 m，洞體軸線進出口段均為弧線形，洞身段為直線型，總體軸向呈東—西向，軸向260°(圖1、圖2)。左線洞體全長2 080 m，霍州端洞口底板設(shè)計高程1 145.57 m，洞體最大埋深184.5 m；右線洞體全長2 049 m，霍州端洞口底板設(shè)計高程1 149.76 m，洞體最大埋深182.99 m。

圖1 隧道沁源端洞口處地形地貌

圖2 隧道霍州端洞口處地形地貌

2 地質(zhì)環(huán)境概況

2.1 地形地貌

隧址區(qū)地貌屬侵蝕剝蝕小起伏中山區(qū)，山體以侵蝕作用為主，剝蝕作用次之，山巒疊嶂，溝壑縱橫，地形復(fù)雜，起伏大，溝谷形態(tài)多呈“V”字形。微地貌為基巖山脊、陡崖、深谷等，山勢較高，山脊呈狹長形，山坡坡度一般15°～50°。出露地層為古生界二疊系、石炭系砂巖、泥巖、頁巖、灰?guī)r及煤層等。地面相對高差一般在200～250 m之間。

2.2 地質(zhì)構(gòu)造

隧址區(qū)位于郭道—安澤近南北向褶帶內(nèi)，于太岳山坳緣翹起帶與沾尚—武鄉(xiāng)—陽城褶帶之間，南北長約140 km，東西寬20 km(北寬南窄)；出露地層為石炭系、二疊系、三疊系。該褶帶走向北北東，褶皺排列較為緊密，單個褶曲的寬度2～3 km，兩翼傾角為10°～40°，偏西部的褶曲軸面略向東傾，兩翼不對稱；東部褶曲的兩翼近于對稱。該褶帶延長較長，受到北東東向構(gòu)造干擾所致，使這些褶皺的樞紐呈波浪狀起伏。

2.3 地震及新構(gòu)造運動

隧址周邊地區(qū)共發(fā)生6級以上地震4次、5級以上地震6次；屬板內(nèi)構(gòu)造地震區(qū)，震源淺，強度大，平面上為北北東向、北東向，隧址區(qū)場地地震活動具備中強地震的地質(zhì)條件。隧址區(qū)一直處于間歇性的上升區(qū)，主要表現(xiàn)為樹枝狀沖溝發(fā)育，溝岸切割強烈，下部基巖裸露，溝谷多呈“V”字形；其次發(fā)育有不同高程和規(guī)模的夷平面、階地等，亦表明區(qū)內(nèi)經(jīng)歷了多次上升和相對穩(wěn)定時期。

3 隧址物探特征

以測線里程樁號為橫坐標(biāo)，海拔高程為縱坐標(biāo)(圖3、圖4)?？v向上，視電阻率曲線從淺到深呈現(xiàn)由低—中—高的電性特征，數(shù)值為30～600 Ω·m，反映了新生界地層和表層基巖中強風(fēng)化面的電性變化；深部為高阻或相對低阻表現(xiàn)，推斷礦區(qū)采空區(qū)的影響[1]。

圖3 左線瞬變電磁視電阻率擬斷面解釋圖

圖4 右線瞬變電磁視電阻率擬斷面解釋圖

4 隧道穩(wěn)定性分析評價

4.1 隧道圍巖分級

隧道左線全長2 080 m，洞體由Ⅳ3～Ⅴ2級圍巖構(gòu)成，其中Ⅳ3級圍巖長度130 m，約占洞體圍巖總量的6.3%，Ⅴ1級圍巖長度1 483 m，約占洞體圍巖總量的71.3%，Ⅴ2級圍巖長度467 m，約占洞體圍巖總量的22.4%；右線全長2 049 m，洞體由Ⅳ3～Ⅴ2級圍巖構(gòu)成，其中Ⅳ3級圍巖長度130 m，約占洞體圍巖總量的6.3%，Ⅴ1級圍巖長度1 458 m，約占洞體圍巖總量的71.2%，Ⅴ2級圍巖長度461 m，約占洞體圍巖總量的22.5%。

4.2 隧道洞身穩(wěn)定性分析評價

(1)左側(cè)隧道整體位于汾西煤業(yè)太岳煤礦采空區(qū)之上，采空區(qū)位于隧道底板設(shè)計深度之下421～434 m之間。洞體埋深為29.7～175.1 m，圍巖由二疊系石盒子組砂巖、泥巖組成；砂巖節(jié)理裂隙發(fā)育—較發(fā)育，巖體破碎，呈碎裂結(jié)構(gòu)，巖體體積節(jié)理數(shù)Jv=20～35條/m3，巖體完整性系數(shù)Kv=0.15～0.35，單軸飽和抗壓強度Rc=23.0～36.24 MPa，圍巖基本質(zhì)量指標(biāo)BQ為244～283.72，圍巖質(zhì)量指標(biāo)修正值[BQ]為204.0～243.72；泥巖巖體破碎，結(jié)構(gòu)面發(fā)育，呈碎裂狀結(jié)構(gòu)，Jv=20～35條/m3，Kv=0.15～0.35，Rc=6.87～11.4 MPa，BQ為195.61～209.2，[BQ]為155.61～169.2。圍巖穩(wěn)定性主要受煤礦采空區(qū)影響，圍巖自穩(wěn)能力較差，開挖時跨度>6 m，完全無自穩(wěn)性，可發(fā)生中—大塌方，成洞較困難，地下水出水狀態(tài)為點滴狀出水[2]。

(2)右側(cè)隧道整體位于汾西煤業(yè)太岳煤礦采空區(qū)之上，采空區(qū)位于隧道底板設(shè)計深度之下421～434 m之間。洞體埋深為36.2～171.69 m，圍巖由二疊系石盒子組砂巖、泥巖組成；砂巖，砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育—較發(fā)育，巖體破碎，呈碎裂結(jié)構(gòu)，Jv=20～35條/m3，Kv=0.15～0.35，Rc=25.9～43.98 MPa，BQ為240.2～294.44，[BQ]為200.2～254.44；泥巖，強—中風(fēng)化，屬軟巖，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，巖體破碎，結(jié)構(gòu)面發(fā)育，結(jié)合一般，呈碎裂狀結(jié)構(gòu)，Jv=20～35條/m3，Kv=0.15～0.35，Rc=8.8～9.25 MPa，BQ為188.9～190.25，[BQ]為48.9～150.25。碎石土，土質(zhì)不均，以砂巖碎塊為主，混雜粉質(zhì)黏土，無膠結(jié)，稍濕、稍密，呈散體狀，圍巖無自穩(wěn)能力。圍巖自穩(wěn)能力較差，開挖時跨度>4 m完全無自穩(wěn)性，可發(fā)生中—大塌方，成洞較困難，地下水出水狀態(tài)為點滴狀出水[3]。

4.3 隧道進出口邊坡穩(wěn)定性評價

(1)沁源端洞口：洞口位于沖溝西側(cè)斜坡上，坡向60°左右，坡角在20°～40°之間，左右線洞口仰坡高15～20 m，洞口圍巖由第四系碎石土、二疊系泥巖、砂巖組成。泥巖、砂巖呈互層狀，裂隙發(fā)育，巖體破碎—較破碎，巖層產(chǎn)狀90°∠10°，穩(wěn)定性較差。在工程開挖擾動條件下易發(fā)生上部碎石土沿土石界面產(chǎn)生順層滑動和砂巖沿泥巖軟弱結(jié)構(gòu)面順層滑塌等現(xiàn)象，洞口邊坡穩(wěn)定性差[4]。

(2)霍州端洞口：洞口位于沖溝東側(cè)斜坡上，坡向280°左右，坡角在30°～50°之間，左右線洞口仰坡高40～60 m，洞口圍巖由二疊系泥巖、砂巖組成，以泥巖為主；風(fēng)化和構(gòu)造裂隙發(fā)育，巖體破碎—較破碎，巖層產(chǎn)狀270°∠5°，巖層傾向坡腳，但由于巖層傾角較緩，邊坡基本穩(wěn)定，在工程開挖擾動條件下易發(fā)生碎落及小范圍內(nèi)坍塌等現(xiàn)象，洞口邊坡穩(wěn)定性較差[4]。

5 結(jié)論

(1)隧址區(qū)地形地貌復(fù)雜，地層巖性為強—中風(fēng)化的泥巖、砂巖，巖土種類簡單，水文地質(zhì)條件簡單，地質(zhì)構(gòu)造較發(fā)育，受煤礦采空區(qū)影響場地穩(wěn)定性為基本穩(wěn)定。綜合評價，隧址區(qū)場地穩(wěn)定較差，工程建設(shè)適宜性較差，基本適宜隧道工程的建設(shè)。

(2)隧道為左右線分離式洞體，隧道左線全長2 080 m，洞體由Ⅳ3～Ⅴ2級圍巖構(gòu)成；右線全長2 049 m，洞體由Ⅳ3～Ⅴ2級圍巖構(gòu)成。大部分為Ⅴ1級圍巖，占洞體圍巖總量的70%以上。

(3)隧址區(qū)范圍內(nèi)無特殊巖土分布，影響場地穩(wěn)定性的不良地質(zhì)為煤礦采空區(qū)，采空區(qū)位于地表埋深之下421～434 m，采空區(qū)場地穩(wěn)定性等級為基本穩(wěn)定，對路線工程有影響，影響程度中度。