龍山曲線隧道工程地質特征與分析

2016-04-13 03:26:30曹秋平

鐵道勘察 2016年1期

劉　剛　曹秋平

(中交鐵道設計研究總院有限公司，北京　100088)

龍山曲線隧道工程地質特征與分析

劉剛曹秋平

(中交鐵道設計研究總院有限公司，北京100088)

Analysis on Engineering Geological Characteristics of Long Shan Curve Tunnel

LIU GangCAO Qiuping

摘要內蒙古新建甘泉鐵路龍山隧道以曲線形式穿越烏蘭呼洞背斜和向斜，地質構造復雜，節理裂隙發育，地層巖性多變，風化差異較大。勘察過程中采用衛星圖片、地質調繪、綜合物探和鉆探等多種勘探手段，相互補充，基本查明了隧道工程地質特征，分析了風險因素，為設計提供了地質參數與工程措施建議。施工過程中應避免盲目大意，重視地質條件的復雜多變，加強地質素描和超前地質鉆探等預報工作，及時掌握地質條件的變化情況，合理調整圍巖級別與施工措施，確保隧道安全施工。

關鍵詞曲線隧道褶皺綜合勘察工程地質特征分析

1概述

龍山曲線隧道位于內蒙古自治區烏拉特前旗大佘太鎮，曲率半徑800 m，全長737 m，最大埋深為185.6 m，為新建甘泉鐵路的控制性工程。

勘察過程中應注重綜合勘察[1]，在分析區域地質資料的基礎上，對衛星遙感圖片進行地質判釋，為地質調繪工作明確方向與重點；在地質調繪過程中，采用追索法與穿越法相結合，由面到點，點面結合，為后續勘探工作方法選取、點位布置和地質解釋提供合理及有效的依據[2]；勘探工作采取天然大地電磁法、地震折射層析法、高密度電法等多種物探方法[3]，并在地質調繪與物探成果的基礎上，有針對性的布置鉆探，進行孔內波速測試和室內試驗等工作。各種勘探方法相互結合、補充驗證，不斷深化認識，查明了隧址區的地質條件，為設計與施工提供了合理的參數與建議。

2自然地理特征

隧址區位于巴彥查干山南部邊緣地帶，地形起伏較大，溝谷發育，為剝蝕中低山區，相對高差約236 m，區內巖性復雜，褶皺構造發育。

本區屬于大陸性溫帶氣候區，四季分明，溫差較大，年極端最高氣溫40 ℃，年極端最低氣溫-36.5 ℃，年最大降水量564.0 mm，年最小降水量79.5 mm，降雨集中在夏季7、8月，而且多為暴雨。地震動峰值加速度0.15g，地震動反應譜特征周期為0.30 s，屬于抗震不利地段。

3工程地質特征

3.1地層巖性

隧址區出露的主要地層有：第四系全新統、奧陶系、寒武系、震旦系、下太古界，以及阜平期和華力西晚期的侵入體。各時代地層分述如下。

(1)第四系全新統：主要為坡、殘積的碎石土，分布于背斜北翼山坡。

(2)奧陶系中、下統：主要為石灰巖，含有方解石脈，地表可見明顯的溶槽、溶穴，節理裂隙發育，物探揭示巖體內部巖溶發育，主要分布在向斜核部。

(3)寒武系上、中、下統：主要為頁巖、鈣質粉砂巖及鮞狀竹葉狀灰巖，產狀近直立，巖體破碎，節理裂隙發育，局部夾含薄層狀泥灰巖；其中頁巖層厚相對較大，抗風化能力較差，表現為馬鞍形地形，主要分布在背斜北側。

(4)震旦系：主要為燧石條帶灰巖、泥質粉砂巖，產狀近直立，其中灰巖巖體破碎，節理裂隙發育，粉砂巖為全風化，呈夾層狀分布于灰巖層內，主要出露于背斜兩翼。

(5)下太古界桑干群：主要為混合片麻巖，黑云母、金云母及長石含量較高，受構造影響嚴重，巖體完整性差，風化差異明顯，主要分布于背斜核部。

(6)侵入體：主要為阜平期花崗巖、華力西晚期石英巖脈侵入體，節理裂隙發育，分布于混合巖化片麻巖中。

3.2地質構造

本區基底巖石為下太古界的桑干群混合片麻巖，受多期構造運動及其相互疊加的影響，區內構造復雜，褶皺、斷裂很發育。

(1)褶皺

區內的褶皺構造主要表現在加里東期，為烏蘭呼洞背斜和烏蘭呼洞向斜，使震旦系、寒武系和奧陶系地層發生褶皺，褶皺構造走向為北西西，受構造與風化剝蝕等作用的影響，背斜頂部巖體缺失較大。在垂直褶皺走向方向的地質構造剖面如圖1所示。

Arsn—桑干群片麻巖；Zsh—震旦系灰巖夾粉砂巖；∈1—寒武系下統頁巖；∈2+3—寒武系中上統砂巖、灰巖；O2+3—寒武系中上統粉砂巖、灰巖；Q4—第四系覆蓋層圖1　隧址區地質構造示意

隧道進口段位于背斜核部下太古界混合片麻巖內，以曲線形式向右偏轉，依次穿越背斜北翼震旦系燧石條帶灰巖夾粉砂巖、寒武系下統頁巖、寒武系中上統粉砂巖及鮞狀竹葉狀灰巖等地層及其不整合接觸帶，夾角約為21°～32°，隧道出口位于向斜核部的奧陶系石灰巖地層中。

(2)斷裂

斷裂構造發育于加里東期、華力西期和燕山期等階段，后期斷裂繼承早期斷裂，并在其基礎上發展為新的斷裂，新斷裂破壞了老斷裂的完整性，從而使整個地質構造更加復雜。在出口附近，隧道穿越一條逆斷層，斷層寬約10 m，產狀為191°∠38°，與隧道大角度相交，傾向隧道洞身。斷層破碎帶節理裂隙發育，多為寬張節理，巖體破碎紊亂。

(3)節理裂隙

受褶皺構造、多期斷裂構造、巖漿活動及風化作用的相互交叉影響，區域內巖體節理裂隙極發育，其產狀、性質及發育程度各不相同，以構造節理和風化節理為主，其中不僅有張節理、剪節理等，還發育有隱閉節理。

由于隧道呈曲線形式，故將其分為四段，并對現場量測的節理裂隙分段做統計分析，其中與隧道呈小角度相交的共計為8組，占統計總量的28.57%。

4水文地質特征

區內地形地貌、地層巖性及降水特征，尤其是強烈的褶皺構造形成的節理裂隙密集帶、大角度直立的巖性接觸帶等，都是影響隧道涌水量的重要因素[4]。地下水賦存類型主要為第四系孔隙潛水、基巖裂隙水和和巖溶水，主要受大氣降水補給。根據地質調查、孔內水文試驗和物探資料分析，隧道洞身以弱富水區、貧水區為主，局部為中等富水區[5]。

5工程地質特征與分析

5.1背斜核部

隧道進口段位于背斜核部，巖性主要為混合片麻巖。受褶皺構造作用影響，巖層上部受拉、下部受壓，多發育有呈“V”字形的張裂隙[6]，便于表水下滲。巖體中的云母、長石等暗色礦物抗風化能力較差，且分布不均勻，局部分布集中地段易形成規模較大、強度相對較低的囊狀風化區域，有利于地下水的聚集存貯。施工開挖過程中，可能引發局部涌水突泥、坍塌等地質問題，建議加強超前地質預報和監測工作，并加強初期支護并及時封閉[7]。

5.2背斜北翼

隧道中段以小角度通過背斜北翼，先后穿越下太古界—震旦系—寒武系—奧陶系地層及其不整合接觸帶。該段巖性較為復雜，軟硬不均勻，且巖層產狀近大角度直立，構造裂隙發育，尤其是在不同巖層的接觸帶附近，結構面較多且大多連通，形成了滲水通道。另外，由于構造影響和不同巖層的抗風化能力不同，該段巖體風化差異較大，特別是是震旦系地層中的粉砂巖、寒武系地層中的頁巖等風化嚴重，經野外調查和鉆探揭示，多呈全風化狀，有利于表水下滲。對于軟質巖層，表水下滲還可能帶來圍巖自重、結構面軟化等不利影響[8-9]，施工開挖過程中，可能引發塌方、季節性涌水、突泥等地質問題，需加強工作面及洞身的地質素描和超前地質預報[10]。

背斜北翼地表的震旦系燧石條帶灰巖，節理裂隙發育，存在大量危巖，易發生落石現象[11]，對隧道進口存在安全隱患，建議在隧道爆破開挖前，對存在影響的危巖及時清除或錨固。

5.3向斜核部

隧道后半段位于向斜核部，該段洞身圍巖為奧陶系石灰巖，地表基巖出露，可見溶溝溶槽，裂隙連通性較好。根據天然場大地電磁法揭示，隧道洞身位置形成低阻閉合圈或從上至下形成低阻帶狀異常區，結合巖性資料，推測圍巖中局部巖溶發育強烈，可能富水，施工中要預防涌水和塌方，在巖溶發育地段應加強超前地質鉆探。

在隧道出口附近發育的逆斷層，距離隧道出口較近，地表縱坡較緩，洞身埋深不大，建議以大開挖接明洞的方式通過。

5.4圍巖的節理裂隙

受自下太古界以來多期構造運動和風化作用等的交叉影響，隧址區巖體各種類型節理、劈理等都很發育，原生、次生結構面等相互穿插，這種雜亂無章的結構面組合，嚴重破壞了巖體的完整性，形成了滲水通道，加劇了巖體的不穩定性，在施工中易形成塌方。尤其是洞身發育的節理，未必能夠很好的繼承并發育到地表以便于量測，故建議加強工作面和洞身的地質素描。

參考文獻

[1]TB10012—2007鐵路工程地質勘察規范[S]

[2]易鑫，白雪飛.淺談綜合地質勘察在長大隧道勘察中的應用[J].鐵道勘察，2011(2)

[3]TB10013—2010鐵路工程物理勘探規程[S]

[4]鐵道部第一勘察設計院.鐵路工程地質手冊[M].北京：中國鐵道出版社，1999

[5]TB 10049—2004鐵路工程水文地質勘察規程[S]

[6]蔣爵光.鐵路工程地質學[M].北京：中國鐵道出版社，1991

[7]李金城.關角特長鐵路隧道工程地質概述[J].鐵道勘察，2007(6)

[8]朱李春，陳水勝，馮震華，等.黑山隧道震旦系圍巖地質特征分析[J].工程勘察，2014(8)

[9]豐明海，何振寧.鐵路隧道施工中圍巖變形失穩工程地質問題[J].工程地質學報，2014，22(4)

[10]鐵建設[2008]105號鐵路隧道采取地質預報技術指南[S]

[11]TB10027—2012鐵路工程不良地質勘察規程[S]