甘塔斯隧道地質勘察

任文華

甘塔斯隧道為阿爾及利亞 55 km鐵路項目的控制性工程,其地質勘察的難點在于泥灰巖與砂巖的分布范圍、地下水情況和泥灰巖的地質特性及其對工程的影響,為此,我公司收集了大量的歷史資料,進行了詳細的地質勘察工作,穩定了地質模型,為該項目的順利開展作出了積極努力。

1 概況

1.1 工程概況

阿爾及利亞新建鐵路B.V.Ei Affroun～KHEMISMILIANA線起點位于Affroun車站,終點位于KHEMISMILIANA西部Sidi lakhdar車站,全長約55 km,控制性工程為甘塔斯隧道,該隧道為阿爾及利亞近 20年來最大的單項工程。

甘塔斯隧道全長7.35 km,為雙線雙洞隧道,線間距30m,最大埋深約 400m,共設 2個斜井,1號斜井長 530m,2號斜井長1 060m。

1.2 隧道地質勘察過程

甘塔斯隧道的APD階段(相當于國內初步設計階段)工作已于 1991年完成,并提出了地質模型;中國土木工程總公司于2008年委托意大利公司進行了一次地質勘察工作,完成了地質模型; 2009年 9月,法國 SETEC公司完成了基于歷史地質勘察資料的地質模型,2009年10月起,我公司開始該隧道的EXE階段(相當于國內施工圖設計階段)地質勘察工作,并于 2010年 11月完成了地質模型。

2 EXE階段地質勘察情況

2.1 主要工作量

本階段的地質勘察工作主要分為地質調查、鉆探、物探和室內實驗四部分。

地面調繪約 10 km2,調查記錄了隧道區地層巖性產狀、節理、斷層構造、泉水等地表可見的 52個地質信息點。

共實施了6個淺孔(孔深25m～60m,共計240m)和1個深孔(孔深293m),并擬實施第二個深孔(295m)。

隧道區共實施了大地電磁 V 8測試長度 5 650m,常規物探11 000m,綜合測井 1孔 293m,巖體波速測試 293m。

室內實驗主要完成常規物性實驗 47組,剪切實驗29組,膨脹實驗 62組,抗壓實驗51組,侵蝕性實驗 11組,并根據歐洲標準進行了 4組耐磨性實驗和 3組硬度實驗。

2.2 地層巖性

2.2.1 洞口區

洞身進口段地表覆蓋 2 m由第三系泥灰巖風化殘積泥灰質黏土,下部為泥灰巖,強風化～全風化層厚約 12m。

洞身出口段地層以泥灰質黏土為主,含較多鈣質結核,土體堅硬致密,含礫。

1號斜井洞口段地表覆蓋 3m～6m第三系泥灰巖風化殘積泥灰質黏土,下部為泥灰巖夾砂巖,強風化～全風化層厚約 10m。

2號斜井洞口段地表覆蓋 0.5m～2m坡積含礫石黏土,下部為砂巖,局部夾層厚0.3m～0.5m泥灰巖,強風化 ～全風化層厚約8m。

2.2.2 洞身區

未風化泥灰巖：淺灰綠色,層狀,傾角 15°～70°,巖體多有破碎,RCS小于5MPa。

未風化砂巖：屬于鈣質膠結,成巖性較好,巖體破碎,RCS在25MPa～32MPa。

風化泥灰巖：多呈淺灰綠色,淺藍色,風化程度深的已呈黏土狀,RCS在0.7MPa～1.5MPa,巖體軟弱。

風化砂巖：多呈銹黃色,碎塊狀,RCS在10MPa～25MPa。

2.3 水文地質

隧道范圍內地下水以基巖裂隙水為主,主要賦存于砂巖及淺部泥灰巖的裂隙中,接受大氣降水的補給,以泉水滲流的形式向外排泄,其出水點多位于泥灰巖和砂巖的接觸帶,泉水多位于低山區的上部,水量一般小于 5 t/d。

深孔鉆探顯示,深埋段(埋深大于 150m)洞身高程范圍內泥灰巖巖體微濕,基巖裂隙水微量,對工程影響較小。

部分淺埋段泥灰巖,特別是進口段,局部夾有薄層砂巖,其作為滲水通道軟化附近泥灰巖,使圍巖級別降低(水含量在RMR分級中比分較高),易造成洞身較大的塑性變形,個別富水段落甚至有突泥、涌水等風險。

3 歷史地質模型及評述

3.1 APD階段完成的地質模型

由加拿大公司1991年提供的APD地質模型見圖1。

該地質模型顯示,隧道地層是以白堊系頁巖為基底的,上覆第三系砂巖的褶皺發育的復雜地質體。圍巖以推測的白堊系頁巖和第三系砂巖為主,北端有少部分(約 1 000m)泥灰巖。

3.2 中土委托意大利公司 2008年完成的地質模型

意大利公司提出兩種地質模型,見圖 2,圖 3。

上述兩種地質模型顯示,隧道地層是以白堊系頁巖為基底的,上覆第三系泥灰巖、砂巖的褶皺發育的復雜地質體。圍巖以推測的白堊系頁巖和第三系泥灰巖為主,隧道兩端有少部分砂巖分布。

3.3 法國SETEC公司2010年完成的地質模型

2009年9月,法國SETEC公司根據地質調查和總結,在APD資料和意大利GEODATA綜合地質報告基礎上提出了他們的隧道地質剖面圖,見圖 4。

該模型反映了一個大膽推測：白堊系盆地基底在洞身范圍內并未出現,并剔除了隧道北段歷史地質模型中出現的砂巖。而隧道南段的向斜和巖性變化反映了出口段地質更為復雜。

總體隧道圍巖以第三系泥灰巖為主,出口段圍巖有小部分砂巖。

3.4 EXE階段完成的地質模型

根據上述三個地質模型及近期的地質勘察工作情況,本階段確定了如圖 5所示的地質模型。

通過深孔的地層可以確認,隧道軌底線以下 20m未發現白堊系地層,在物探大地電磁測試中也沒有發現與隧址附近白堊系地層吻合的數據,因此,該地質模型總體是個復雜的第三系海相沉積體,砂巖或砂巖夾泥灰巖地層是屬于地層時代相對較晚的,總體分布于山體的上部,隧道圍巖絕大多數以純的塊狀、層狀泥灰巖為主。

4 EXE階段地質勘察結論

4.1 圍巖統計

根據本階段各類地質勘察數據與地質模型綜合分析認為,甘塔斯隧道正洞及斜井的洞身地層為第三系泥灰巖和砂巖、第四系坡殘積黏性土,地質條件較差。

根據實測的各類地質參數進行圍巖RMR分級,隧道的圍巖劃分為Ⅳ類～Ⅴ類,其中Ⅳ類圍巖比例約為 40.4%,Ⅴ類圍巖比例約為59.8%。

4.2 重要地質敏感及風險區域

借鑒阿爾及利亞東西高速公路工程經驗,第三系泥灰巖具有成巖作用差、質地軟(Rc＜5MPa)、抗風化能力極差、極易崩解、含水、透水性能極差、膨脹、水穩性差等特點。這些工程特性導致隧道在施工中產生塑性變形、突泥、涌水等地質風險。

隧道進出口段,屬于受降水影響,易產生滑坡危害的區域。

V 1K 104+200～V1K 104+350段巖性以砂巖夾泥灰巖為主,為淺埋段并受地下水影響,地質風險較大,有突泥、涌水等風險。

V 1K 107+700～V1K 107+800段洞身處向斜核部,巖體破碎,地下水相對富集,施工中有坍塌、涌水等地質風險。

5 結語

阿爾及利亞 55 km鐵路甘塔斯隧道的地質勘察工作,由于全面執行歐洲標準規范,已進行近兩年,完成了 80%的工作,對于地質勘察成果和我公司地質人員專業素質及工作作風,業主和法國監理表示一致的肯定,一定程度上增強了阿爾及利亞國家投資局業主對中國公司的信任,并為我國地質同行執行歐洲標準規范起到了比較重要的借鑒作用。

[1] 紀 鵬,隆 威,梅 芳.雪峰山特長隧道高分辨率工程地震勘探技術[J].山西建筑,2010,36(1)：309-310.