龍山隧道地質勘察與評價

姜　茂

(廣元市國土資源局利州區分局，四川 廣元　628017)

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龍山隧道地質勘察與評價

姜茂

(廣元市國土資源局利州區分局，四川 廣元628017)

摘要：通過地質調繪、衛星遙感、物探、鉆探及室內土工試驗等多種勘察方法，對龍山隧道進行了綜合地質勘察，查明了隧道工程地質、水文地質條件，基于巖石完整性和堅硬程度兩個基本因素，對巖體基本質量指標進行了綜合判定，并對圍巖進行了分級，為隧道設計和施工提供了依據。

關鍵詞：隧道，巖體，巖體質量指標，圍巖分級

1工程概況

龍山隧道是神華集團塔本陶勒蓋礦區配套鐵路運煤專用線——甘其毛道至萬水泉南段控制性工程之一，位于烏拉特前旗大佘太鎮烏蘭忽洞東部，巴彥查干山南部邊緣地段，起訖里程為改DK107+713～改DK108+450，隧道全長737 m。由于隧道穿越地層復雜，地形起伏大，多期構造活動強烈，節理裂隙發育，隧道圍巖破碎，做好隧址區地質勘察工作，正確評價隧道工程地質與水文地質條件，對隧道設計的經濟合理性、施工安全性以及避免運營后隧道病害具有重大的意義。

2勘察技術與方法

本次勘察采用多種勘察方法進行相互驗證、綜合分析，涉及地質調繪、衛星遙感、天然大地電磁法、地震折射層析法、高密度電法、孔內剪切波速法、鉆探及室內土工試驗等。具體勘察工作布置鉆孔4個，鉆探進尺87延米，孔內剪切波速法1孔23 m，室內實驗1組，地震折射法剖面6個，高密度電法剖面1個，天然大地電磁法測深點41個，完成1∶2 000比例尺地質調繪1.45 km2。

按照TB 10012—2007鐵路工程地質勘察規范和TB 10003—2005鐵路隧道設計規范要求，通過地質調查和鉆探查明了隧址區地形、地貌、巖性、構造特征；查明了隧址區水文地質條件以及地下水補給、排泄等動態特征；重點調查了隧址區可能存在的不良地質作用；通過室內實驗確定了隧址區巖石物理力學性質以及地下水侵蝕性。

3隧址區工程地質條件

3.1地形地貌

隧道位于巴彥查干山南部邊緣向內蒙河套斷陷盆地過渡地帶，地貌單元屬剝蝕中低山區，區內地面高程為1 205 m～1 331 m，相對高差126 m。隧址區山脈巖體破碎，溝谷切割強烈，呈“V”字形發育。隧道出口地形較平緩，呈“雞爪形”；進口地形陡峻，局部由于礦石開采形成平臺。

3.2地層巖性

2)洞身區(改DK107+760～改DK108+060)。洞身區圍巖復雜，改DK108+060～改DK108+400 m為古界奧陶系(O1+2)強風化～弱風化灰巖，巖體傾角53°～56°，隧道穿越該地層約300 m～400 m；改DK107+713～改DK108+450 m為寒武系上中下統(∈1+2+3頁巖(∈1)、鈣質粉砂巖(∈2)、鮞狀竹葉狀灰巖(∈3)，局部夾有泥質條帶灰巖，巖體傾角58°～65°，隧道穿越該地層約100 m～150 m；改DK107+900～改DK107+950 m為震旦系(Zsh)燧石條帶灰巖、粉砂巖，局部夾有硅質頁巖，巖石傾角35°～72°，隧道穿越該地層50 m～100 m；改DK107+760～改DK107+900 m為下伏太古界桑干群(Ar)全風化～強風化混合片麻巖，局部夾有糜棱巖，巖體傾角70°～81°，隧道洞身穿越該地層100 m～180 m。

3.3地質構造

隧址區位于華北地臺內蒙臺背斜大地構造單元，區內由于25億年來多期構造運動相互干擾疊加，褶皺、斷裂發育。斷裂走向主要為近東西向或東西向構造體系的次一級構造。

3.3.1褶皺構造

隧道褶皺構造主要為烏蘭忽洞向斜和烏蘭忽洞背斜，褶皺構造走向為北西西，地質構造特征如表1所示。

The construction technology of railway bridges solid high bridge pier

龍山隧道進口位于烏蘭忽洞背斜軸部下太古界混合片麻巖內，呈小角度穿越背斜北翼震旦系地層。北翼震旦系燧石條帶灰巖以及粉砂巖，多呈碎屑狀、泥狀。鞍部為頁巖，巖層近直立，巖體破碎。

在隧道改DK107+895處，做走向為N62°E的剖面A—B，地質構造如圖1所示。

3.3.2斷層構造

該地區經歷了多期地質構造，斷裂構造發育。隧址區呈東西向、北西西向為主的大斷層9條，屬于加里東期或華力西期，呈南北向斷層約3條，切穿其他斷層，屬于燕山期。

烏蘭忽洞背斜南翼與大佘太川相連處為一逆斷層，上盤為下太古界混合片麻巖，相對上升，擠壓掩蓋下盤背斜南翼震旦系地層。褶皺帶內巖石擠壓強烈，巖石破碎。

3.3.3節理裂隙

隧址區受多期構造、褶皺構造、巖漿活動及風化作用影響，區內巖石節理裂隙極發育，以構造節理和風化節理為主，其中不僅有大量張節理、剪節理，還發育有隱蔽節理。

經現場地質調繪，龍山隧道中各巖性的節理裂隙統計見表2。

隧道出口改DK108+266右18 m附近，實際測得28組節理，其玫瑰花圖如圖2所示。

節理裂隙發育，巖體切割破碎，巖石強度低，結構面大多連通，形成滲水通道，在施工過程中應注意地表水下滲引起的涌水、突水事故發生。

3.4水文地質

隧址區地下水主要為基巖裂隙水，巖體含水量較少。其中巖體節理裂隙發育帶、巖體不整合接觸面雨季可能富水、導水，其主要補給來源為大氣降水。局部巖溶發育地段含水。

3.5地震及區域穩定性

根據GB 18306—2015中國地震動參數區劃圖及GB 50111—2006鐵路工程抗震設計規范(2009年版)，隧址區地震反應周期為0.30 s，地震動峰值加速度為0.15g，隧道設防烈度為7度。場地土類型為巖石，場地類別為Ⅰ類，隧址區為抗震不利地段。

4隧址區巖土工程地質評價

4.1隧址區巖土物理力學指標統計

隧址區巖土物理力學指標見表3。

4.2隧道圍巖級別劃分

隧道圍巖分級是根據巖石完整性和堅硬程度兩個基本因素定性特征綜合分析的基礎上判定巖體基本質量指標，綜合進行圍巖分級。

1)圍巖的完整程度。根據表3及Kv與定性劃分巖體完整程度表可知，奧陶系強風化石灰巖完整性系數Kv取值為0.46，巖石較破碎，弱風化石灰巖Kv取值為0.58，巖石較完整；寒武系全風化頁巖Kv取值0.06，巖石極破碎，強風化灰巖Kv取值0.34，巖石較破碎；震旦系強風化燧石條帶灰巖和強風化粉砂巖Kv取值0.36，巖石較破碎；下太古界全風化混合片麻巖Kv取值0.05，巖石極破碎，強風化混合片麻巖Kv取值0.31，巖石破碎。

2)圍巖的堅硬程度。根據單軸飽和抗壓強度Rc與巖石堅硬程度劃分的關系，可知強風化～弱風化石灰巖為較軟巖～硬巖；全風化頁巖為軟巖；強風化灰巖為硬巖；強風化燧石條帶灰巖、粉砂巖為硬巖；全風化～強風化混合片麻巖為軟巖。

4.2.1圍巖基本質量指標BQ

圍巖基本質量指標BQ根據定量指標Kv和Rc按下式計算：

BQ=90+3Rc+250Kv。

使用上式應遵循下列限制條件：

1)當Rc>90Kv+30時，應以Rc=90Kv+30和Kv代入計算BQ值；2)當Kv>0.04Rc+0.4時，應以Kv=0.04Rc+0.4和Rc代入計算BQ值。

BQ值計算結果見表4。

4.2.2圍巖基本質量指標BQ值修正

圍巖詳細定級時，應考慮地下水、初始高地應力、圍巖軟弱結構面三種情況下予以修正。

1)地下水影響修正系數K1。隧址區洞身圍巖存在少量基巖裂隙水，隧道涌水量較小，但由于隧址區圍巖破碎，節理裂隙發育，在雨季可能涌水量較大，局部可能達到0.7 m3/d～1 m3/d，根據地下水影響系數修正表，K1分別取0.25，0.1，0.5，0.25，0.25，0.25，0.5，0.5。

2)主要軟弱結構面修正系數K2。現場調查可知隧址區巖石破碎，發育多組結構面，其主要軟弱結構面走向與隧道軸線夾角15°～30°，27°～59°，55°～86°。根據主要軟弱結構面產狀影響修正系數表，K2分別取值0.2，0.5，0.2，0.4，0.3，0.3，0.1，0.3。

3)初始應力狀態影響修正系數K3。隧址區巖石破碎，節理裂隙發育，巖體整體強度較低，巖體穩定性差，發生巖爆的可能性較小，本隧道不對初始應力狀態影響修正，但在施工時必須加強地質超前預報。

綜合上述三個影響因素，采用圍巖基本質量指標修正值公式：[BQ]=BQ-100(K1+K2+K3)進行修正，得到修正結果見表5。

4.2.3隧道圍巖級別劃分

按照圍巖基本質量修正指標【BQ】，得出強風化石灰巖為Ⅴ級圍巖，弱風化石灰巖為Ⅳ級圍巖；全風化頁巖為Ⅴ級圍巖；強風化灰巖為Ⅴ級圍巖；強風化燧石條帶灰巖為Ⅴ級圍巖；強風化粉砂巖為Ⅴ級圍巖；全風化、強風化混合片麻巖為Ⅴ級圍巖。

對應隧道各段圍巖分級及圍巖特征見表6。

4.3隧址區不良地質作用

4.3.1巖溶

隧道洞身段改DK108+060～改DK108+450穿越奧陶系石灰巖，石灰巖為易溶巖，一般沿裂隙、層面溶蝕擴大為巖溶化裂隙或小型洞穴，裂隙連通性較差。據物探資料可知局部地段巖溶發育較強烈，富水。施工過程中可能會遇到巖溶涌水問題，施工時應做好超前地質預報及加強防范措施，預防涌水和塌方。

表6隧道圍巖分級及圍巖特征

4.3.2泥石流及危巖、落石

隧道進口段地形變化大，沖溝發育，溝寬2 m～3 m，溝坡縱坡大于30°，溝源呈喇叭形，溝源及兩側堆積大量松散塊石，雨季極易順溝搬運，形成石流。

進口段隧道右側巖壁直立，基巖裸露，巖體節理裂隙發育，巖石多呈碎塊狀，在外力作用下極易崩落，產生落石，危及隧道施工及人身安全。

4.3.3隧道有害氣體評價

隧道通過段主要為混合片麻巖、石灰巖，燧石條帶灰巖，不含有害氣體礦物質，不會產生有毒有害氣體。

5工程措施及建議

1)隧道進口段巖石為片麻巖，風化嚴重，節理裂隙發育，巖體破碎，該段隧道淺埋，隧道開挖應注意加強支護，防止塌方冒頂；隧道出口段為強風化石灰巖，距斷層破碎帶較近，圍巖穩定性較差，應加強支護。

2)隧道進口段右側山坡落石分布，沖溝較發育，同時隧道進口段為和位于沖溝的洞身淺埋段易于匯水，施工中注意雨季強降雨引起的泥石流和落石，隧道上方應做排水溝，攔截、排泄地表水，避免地表水沿巖體軟弱結構面及節理裂隙面入滲，引起洞口邊坡失穩和洞身圍巖塌方。

3)隧道位于烏蘭忽洞背斜北翼和烏蘭忽洞向斜南翼段巖性為震旦寒武系灰巖、頁巖、粉砂巖，巖體強度低，施工中應做好地質超前預報，加強洞內襯砌支護。

4)隧道出口段巖性為奧陶系灰巖，為易溶巖，局部地段巖溶發育，根據物探資料巖溶可能富水，施工中應及時采取措施，做好應急處理預案。

參考文獻：

[1]TB 10003—2005，鐵路隧道設計規范.

[2]TB 10012—2007，鐵路工程地質勘察規范.

[3]GB 50218—94，工程巖體分級標準.

[4]JTG D70—2004，公路隧道設計規范.

[5]TB 10018—2003，鐵路工程地質原位測試規程.

Jiang Mao

(LizhouDistrictBranchofGuangyuanCityLandandResourcesBureau,Guangyuan628017,China)

Abstract： The paper introduces the geological survey of Longshan tunnel through the methods of engineering geological mapping, satellite remote sensing, geophysical prospecting, drilling and laboratory soil test, etc.. Using such testing methods, the tunnel engineering geological and hydrogeological conditions are identified and evaluated. On the basis of the rock mass integrality and hardness degree of rock, the rock mass quality index(BQ) was determined and the surrounding rock was classified, which provides a basis for the tunnel design and construction.

Key words: tunnel， rock mass， rock mass quality index， classification of surrounding rock

Geological investigation and evaluation on the Longshan tunnel

Dong Liang

(ChinaRailwayShanghaiEngineeringBureauGroupMunicipalCorporation,Shanghai200000,China)

Key words:high bridge pier, concrete, template, security

Abstract:Taking the Hubenhangou bridge engineering as the basis, from high bridge pier template manufacture installation and concrete construction two aspects, this paper elaborated the construction technology key points of railway bridges solid high bridge pier, and discussed the construction quality and safety control measures, laid solid foundation for the smooth of bridge engineering.

文章編號：1009-6825(2016)14-0168-03

收稿日期：2016-03-01

作者簡介：姜茂(1982- )，男，工程師

中圖分類號：U452.11

文獻標識碼：A