新中梁山隧道沿線斷層構造勘察研究

葉興軍，陳志平

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新中梁山隧道沿線斷層構造勘察研究

葉興軍，陳志平

（重慶市市政設計研究院，重慶 400030）

通過工程實例，簡單介紹了新中梁山隧道勘察采用地質測繪、地面物探以及工程鉆探等手段，查明了隧址區斷層的平面分布位置及斷破碎帶的深度、厚度、隧道圍巖完整性等，為施工圖設計提供了可靠的地質依據。施工揭露的地質條件與勘察成果高度吻合，表明上述勘察方法與手段行之有效，可供類似工程參考。

隧道；斷層；勘察研究;中梁山

斷層是越嶺隧道建設中常見的地質構造現象，它是造成隧道塌方的最主要原因，也是涌突水、瓦斯突出、巖爆等諸多地質災害的載體。因為斷層造成工程成本增加、工期延誤甚至危及施工人員生命及設備安全的事例并不鮮見。在提高施工技術的同時，應進一步提高對地質條件的認識和預判，完善設計方案和施工預案，能有效的避免和減少安全事故的發生。

1 工程概況及工程地質條件簡介

成渝高速中梁山隧道建于1990年，是當時國內最長、地質條件最復雜的高等級公路隧道。該隧道為雙洞四車道，設計通行量為每天2.4萬輛，至2014年隧道實際通行量已達9萬輛左右，成為重慶城區重大堵點之一。為了緩解交通擁堵，推動主城向西發展，經充分論證后擬在既有隧道兩側各修建一條兩車道隧道。

新成渝高速中梁山隧道左線長3 233m，右線長3 165m，最大埋深288.0m左右。隧道穿越山脈是以觀音峽背斜軸部隆起為主體的“背斜脊狀山”，沿線地面高程為325～628m，地形地貌受地質構造和地層巖性制約，呈“一山兩槽三嶺”形態。

圖1 工作區構造綱要圖

觀音峽背斜走向為北北東-南南西，為一狹長不對稱的梳狀扭轉背斜。軸部地層為飛仙關組、長興組、龍潭組，兩翼地層為嘉陵江組至新田溝組。背斜軸部位于新建隧道YK4+120附近，地表巖層傾角為10°~25°；兩翼巖層具有東陡西緩之勢，西翼傾角36°～74°，東翼傾角62°～80°。根據區域地質資料及原隧道竣工資料，隧道穿越段背斜軸部有4條壓扭性逆斷層形成，東翼有一條正斷層形成。

圖2 路塹邊坡中巖體破碎、產狀凌亂、表層泥土化嚴重

2 隧道沿線斷層構造痕跡及研究方法

2.1 工程地質測繪揭示的斷層構造痕跡

2.1.1 背斜核部斷層

據調查，隧址以南800m處長興組地層在背斜軸部附近出露地表，垂直構造線方向地層為飛仙關一段灰巖-長興組燧石灰巖-破碎帶（寬20m左右，巖體破碎，產狀紊亂）-飛仙關一段灰巖。長興組地層在飛仙關地層的中部出露，造成地層分布不連續，可初步確定破碎帶為由斷層破碎帶。

隧道軸線附近，背斜軸部地層主要為飛仙關一段灰巖，長興組地層未在地面出露。背斜軸部以東70m左右地面發現紅褐色、黃灰色、灰色粘土巖出露，出露寬度為12m左右。背斜軸部巖層傾角10°～20°，西翼巖層傾向258°~275°，傾角由近軸部20°漸變為40°～60°～74°，巖層傾角變化有序；背斜東翼巖層傾向75°~95°，傾角由近軸部20°迅速變為60°～80°，傾角變化不連續且規律性差。初步確定粘土巖出露位置為斷層破碎帶，粘土巖可能是長興組下伏龍潭組地層。

隧道軸線以北700m左右，背斜軸部附近地層出露正常，為飛仙關二段-飛仙關一段-飛仙關二段。但軸部東側飛仙關一段巖層產狀紊亂，巖層傾向90°、30°、10°不等，傾角10°、60°、90°不等，而且飛仙關二段地面出露厚度由西側310～350m變為60～80m，而區域地質資料記錄該地層真厚度為210～242m。飛仙關二段地層厚度異常可能因斷層引起，而地面巖層產狀紊亂處，可能是斷層構造運動引起。

2.1.2 背斜東翼斷層

該斷層位于背斜脊狀山東側槽谷中，隧道軸線南北1.0km范圍內地面建筑密集，人類工程活動頻繁，地質調繪條件極差。隧道軸線以南500m左右路塹邊坡中發現巖體擠壓揉皺現象十分明顯，巖體破碎、扭曲，傾角變化大。受風化影響后，部分巖塊土化、泥化嚴重，形成凌亂的軟巖夾層。（圖2）

2.1.3 地面測繪成果

勘察現場對隧道進出洞口兩側500m、軸線兩側1.2km范圍進行了詳細調查，綜合分析整理后形成工程地質平面圖（圖3）。

圖3 新中梁山隧道工程地質平面圖

2.2 地面物探揭示的斷層構造痕跡

表1 鉆孔揭露地層情況統計表

為了對地面測繪成果進行驗證，同時查明隧址區巖溶及地下水發育情況，沿左線隧道軸部布置了一條天然音頻大地電磁法（AMT法）物探測線。將AMT法物探電阻率斷面圖、電學地質斷面圖對比。對比結果如圖4所示。

根據地面物探，ZK3+900-ZK4+640段電阻率整體以中低阻為主，中部鑲嵌高阻。ZK4+260-ZK4+500段表現為高阻，ZK4+180附近有明顯向西傾斜、傾角約60°低阻帶存在，可能為斷層破碎帶所致。ZK4+570附近存在一封閉低阻范圍，正位于隧道洞身之上，可能為巖體局部積水所致。

ZK5+300附近有一向東傾斜低阻帶存在，可能存在斷層，斷面向東傾斜。受斷層破碎帶影響，深部有一向西傾斜低阻帶存在，可能為巖體破碎帶積水引起，隧道洞身附近巖體極為破碎或者含水性極強。

2.3 地質鉆探揭示的斷層構造痕跡

為了驗證地面測繪和物探成果，同時查明斷層破碎帶厚度，圍巖完整性和含水情況，現場實施了3個勘察鉆孔。鉆孔揭示地層及斷層構造痕跡如下。

圖4 左線電阻率斷面圖

2.3.1 背斜核部斷層

在背斜軸部以西110m以及軸部偏東20m處各實施一個鉆孔，鉆孔編號分別為YSK4和ZSK4。鉆孔揭露地層情況統計如表1。

根據鉆探巖心分析：鉆孔YSK4長興組灰巖中出現龍潭組頁巖，地層明顯不正常。龍潭組頁巖部分巖心黏土化嚴重，并有方解石團塊充填；燧石灰巖局部夾有角礫巖薄層，而且裂隙發育，裂面光滑，有明顯的擦痕。經分析，在孔深180.5m、197.6m應為次級斷層。

鉆孔ZSK4長興組地層出現在飛仙關一段地層中，地層明顯不正常。飛仙關一段灰巖夾大量方解石脈，而且層面傾角變化大，飛仙關一段內以及與長興組地層接觸處有斷層角礫巖巖形成。經綜合分析，該鉆孔在100.0~101.5m、111.1~118.5m、194.4~201.0m以及285.3~289.0m為次級小斷層。鉆孔YSK4、YSK4斷層附近巖芯照片如圖5~6所示。

圖5 ZSK3鉆孔揭露斷層情況

圖6 YSK4鉆孔揭露斷層情況

2.3.2 背斜東翼F4斷層

在斷層上盤實施了一個勘察鉆孔。根據鉆孔資料，孔深41~109m巖體十分破碎，巖層傾角紊亂，擠壓揉皺現象十分明顯，部分巖體泥化嚴重，且有斷層角礫及方解石脈等形成。ZSK7鉆孔巖芯照片如圖7所示。

3 斷層構造對隧道施工影響及防治對策

根據地面調查、物探及鉆探資料，結合設計方案，新建隧道左線ZK3+980-ZK4+200段、右線YK3+940-YK4+160段位于背斜核部斷層影響范圍內。該段圍巖破碎，自問能力擦差，拱頂易發生坍塌。地下水含量含量豐富，易發生突水事故。受構造運動及斷層影響，龍潭組煤系地層中的瓦斯氣體可能沿裂隙、溶隙等涌出。施工應采取有效的預防措施，實施超前地質雷達和地質鉆探，加強地下水和瓦斯監測，采取超前預注漿堵水和有效的通風、降塵措施，避免隧道突水和塵爆、瓦斯等災害發生。

圖7 ZSK7鉆孔揭露斷層情況

F4斷層位于背斜東翼巖溶槽谷中，斷層破碎帶分布于隧道左線ZK5+220-ZK5+300段、右線YK5+180-YK5+270段，斷層破碎帶影響寬度約80m。該段圍巖強度低、完整性差，拱頂易坍塌。地下水含量豐富，易發生突水事故。應采取超前支護措施，并加強地質雷達和超前鉆探，避免冒頂或突水事故發生。

4 結論

通過地面測繪與地面物探相結合的方法基本確定了隧址區斷層的平面位置，通過鉆孔取芯查明了斷層的分布深度和圍巖的完整情況。再利用鉆孔綜合測井、瓦斯測試，進一步查明巖體的完整性系數、地下水位、井溫、放射性以及瓦斯濃度等參數。通過分析和工程類比，基本查明了斷層的影響情況，為施工圖設計提供了可靠的地質依據。經分析整理后，背斜軸部及兩側地質縱斷面如圖8所示。

圖8 新中梁山隧道背斜軸部地質縱斷面圖

目前，該隧道已經全線貫通。施工揭露的地質情況與勘察成果高度吻合，施工過程中未發生坍塌冒頂、突水突泥、瓦斯涌出等安全事故；除局部初支加強外，隧道圍巖變更比例低，經濟效益明顯。

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[6]馬曉輝．隧道斷層地面地質調查技術及應用[Z]，1009-4539（2010）09-0026-05．

Faulted Structure along the New Zhongliangshan Tunnel

YE Xing-jun CHEN Zhi-ping

(Chongqing Municipal Design Institute, Chongqing 400030)

This study finds out distribution of faults, and depth and thickness of fractured zones as well as wallrock integrity along the New Zhongliangshan Tunnel by the use of geological surveying and mapping, geophysical and drilling methods, providing scientific basis for tunnel construction.

tunnel; fault; Zhongliangshan; investigation

[P642.3]

A

1006-0995（2017）03-0459-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2017.03.024

2017-01-04

葉興軍（1978-），男，陜西山陽縣人，高級工程師，主要從事巖土工程勘察設計