某高速公路搖金溝隧道工程地質(zhì)評價

陳洋　黎奇

摘? 要：通過地質(zhì)勘察，查明隧址區(qū)地形地貌、地層巖性、構(gòu)造、地震、地下水等工程地質(zhì)條件，通過分析圍巖力學性質(zhì)、完整性、地下水、地應力等影響因素對圍巖等級評級，為工程設(shè)計提供依據(jù)和建議，指導工程施工。

關(guān)鍵詞：公路隧道;工程地質(zhì)條件;地下水;圍巖特征;圍巖分級

中圖分類號：U455.1? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）31-0041-03

Abstract： Through geological investigation， the engineering geological conditions such as topography and geomorphology， stratum lithology， structure， earthquake and groundwater are found out， and the grade rating of surrounding rock is analyzed by analyzing the mechanical properties， integrity， groundwater， ground stress and other influencing factors of surrounding rock. The purpose of this paper is to provide basis and suggestions for engineering design and guide the construction of the project.

Keywords： highway tunnel; engineering geological conditions; groundwater; surrounding rock characteristics; surrounding rock classification

1 概況

某高速公路搖金溝隧道全長699m，為分體式，左右幅相距30m，直線型。勘察工作采取了資料收集、地質(zhì)測量、工程物探、工程鉆探、原位測試、室內(nèi)土工及巖石力學試驗等綜合手段。

工程區(qū)地貌單元屬龍崗山脈北側(cè)丘陵區(qū)，低山丘陵向盆地過渡地帶。海拔標高300.0～800.0m。隧道區(qū)段海拔高度380.0～500.0m，高差120.0m。山體坡角8～20°，南側(cè)進口邊坡8～15°，北側(cè)出口邊坡8～13°。

本區(qū)氣候類型屬北溫帶大陸性季風氣候。年平均氣溫3.7～5.2℃，年平均降水量576.3～737.7mm，標準凍土深度1.70m，最大凍土深度1.95m。南北兩側(cè)洞口部位為山前溪水源頭。通常情況下，僅有少量泉水溢出，暴雨時匯水形成短時急流。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地層

上覆第四系殘坡積粉質(zhì)粘土、碎石，結(jié)構(gòu)松散，由坡頂向坡腳逐漸增厚。下伏奧陶系三個頂子組大理巖，風化相對微弱，薄層狀構(gòu)造，層理、節(jié)理發(fā)育，巖體較破碎，巖層產(chǎn)狀225°∠65°，節(jié)理產(chǎn)狀150°∠62°，65°∠42°;中侏羅世花崗閃長巖，風化強烈，巖體破碎呈鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)，節(jié)理裂隙產(chǎn)狀40°∠68°、110°∠70°、260°∠75°，二者侵入接觸，接觸部位巖體破碎，并賦存地下水，水量一般。

2.2 物探反映特征

采用了高密度電法和淺震法，解譯結(jié)果詳見圖1、圖2。

通過測試成果可以看在K344+680處高密度電法反演斷面處電阻率82.0～181.0？贅·m，異常寬度40m左右。結(jié)合鉆探資料和現(xiàn)場踏勘推測異常部位為大理巖與花崗閃長巖巖性接觸帶，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石破碎、充水。

2.3 巖體風化特征

巖體風化程度不均，總體由山頂向兩側(cè)山腳風化逐漸強烈，層厚變大，風化層厚3～10m，局部受節(jié)理發(fā)育程度和巖性接觸控制。節(jié)理密集部位風化層垂向厚度可達20～30m，巖性接觸部位風化層厚度可達50m，區(qū)內(nèi)中風化帶巨厚。

2.4 構(gòu)造與地震

隧址區(qū)構(gòu)造單元屬于小綏河-呼蘭中間凸起，屬清源-敦化-密山巖石圈深大斷裂影響帶，該斷裂帶全新世以來活動不明顯，但造成區(qū)內(nèi)巖體破碎，局部風化強烈。

本區(qū)屬淺源地震區(qū)，最大震級5級。地震動峰值加速度0.05g，地震動加速度反應特征值為0.35s，地震基本烈度為Ⅵ度，地震分組為第一組。

勘察發(fā)現(xiàn)隧道進口處發(fā)育1處構(gòu)造破碎帶，沿破碎帶可見侏羅紀花崗閃長巖侵入。K344+640～K344+700區(qū)段為大理巖與花崗閃長巖巖性接觸部位，巖性接觸帶傾向東南，傾角60～70°，接觸帶上下巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，破碎帶松散并賦水，通過現(xiàn)場實測巖體節(jié)理裂隙發(fā)育特征和公路走向關(guān)系，繪制赤平極射投影圖分析：

（1）在進口和洞身段部位，J1、J2和洞壁切割的楔形體不利洞體左側(cè)洞壁穩(wěn)定，三者所切割的巖塊易沿J1和J2交線順線楔形滑落。

（2）在出口部位，J1、J2和洞壁切割的巖塊不利左側(cè)洞壁穩(wěn)定，易沿J1和J2交線發(fā)生順線楔形滑落;J3不利洞壁右側(cè)穩(wěn)定，易產(chǎn)生沿J3滑落。

2.5 洞體圍巖物性特征及完整性

對隧道底板之上三倍洞徑范圍內(nèi)大理巖、花崗閃長巖采取巖塊進行物理力學和完整性測試，具體結(jié)果詳見表1。

3 水文地質(zhì)特征

3.1 水文地質(zhì)條件

地下水主要賦存大理巖溶隙、裂隙中，平時水量較小，雨季水量中等。兩側(cè)洞口部位水位埋藏較淺，水位埋深2～5m，洞身部位水位埋藏較深，水位埋深5～30m。接受大氣降水補給，以地下徑流和補給下游溝谷方式排泄，巖溶裂隙發(fā)育不均勻，徑流條件受其影響較大。地下水化學類型HCO3-Ca型，pH=7.96～8.15，礦化度191.96～270.06mg/L，侵蝕性CO2為0.00mg/L，在Ⅱ類環(huán)境下對砼微腐蝕性。

3.2 涌水量估算

本次洞室內(nèi)最大涌水量估算采用地下水水平廊道法[3]計算。雨季汛期洞體最大涌水量為724.5m3/d，平時枯水期和旱季洞體涌水約為豐水期的1/5～1/3，涌水量145～245m3/d。計算過程如下：

B-隧道長度（690m）;k-滲透系數(shù)（0.50m/d）;L-含水層厚度（35.0m）;h0-地下水疏干后含水層厚度（0.0m）;L-洞體排水影響一側(cè)的寬度（293m）;q-單寬涌水量（1.05m3/d·m）;Q-洞體涌水量（724.5m3/d）。

4 圍巖分級及評價

根據(jù)《公路隧道設(shè)計規(guī)范》（JTGD70-2004）綜合考慮隧道底板標高以上洞身及三倍洞徑范圍內(nèi)的圍巖工程地質(zhì)條件及水文地質(zhì)條件，結(jié)合物探和巖土體物理力學性質(zhì)等資料計算圍巖質(zhì)量指標BQ（BQ=90+3Rc+250kV），采用修正的圍巖質(zhì)量指標[BQ]=BQ-100（K1+K2+K3）對隧道圍巖進行初步的工程地質(zhì)分級。修正值主要考慮地下水影響、軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀影響和初始應力狀態(tài)影響，參照現(xiàn)行《公路隧道設(shè)計規(guī)范》附錄A中表A.0.2-1.2.3進行取值。

K1（地下水影響修正系數(shù)）-依據(jù)BQ計算值和地下水出水狀態(tài)取相應值。

K2（主要軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀影響修正系數(shù)）-根據(jù)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀與洞軸線組合關(guān)系為其他組合關(guān)系取相應值。

K3（初始應力狀態(tài)影響修正系數(shù)）-本地區(qū)為非高應力和極高應力區(qū)，K3取值為0，施工過程中圍巖體不會有巖暴發(fā)生。

Ⅴ級圍巖：分布在K344+300-K344+400及進出口段，強～中風化大理巖、強～中風化花崗閃長巖，圍巖結(jié)構(gòu)破碎松散，巖體發(fā)育的三組節(jié)理不利邊坡和洞壁穩(wěn)定，洞體開挖時滲水為主，雨季可能出現(xiàn)小股涌水，頂板無自穩(wěn)能力，Rc=27.07～35.10MPa，Kv=0.15，K1=0.3，K2=0.3，[BQ]=149～173，洞口部位圍巖自穩(wěn)能力差，不易成洞，建議明洞開挖，并注意加固路基;若采用人工切坡宜引起滑塌，建議施工時做好防護工作。隧道開挖時，建議施工時進行超前地質(zhì)預報，施工時分層開挖，雙層注漿小導管或長管棚支護。

Ⅳ級圍巖：分布在K344+245-K344+300、K344+400-K344+460、K344+620-K344+650區(qū)段，中風化大理巖，巖體較破碎，洞體開挖時可能沿裂隙出現(xiàn)滲水，兩組節(jié)理不利洞體左側(cè)洞壁穩(wěn)定，頂板自穩(wěn)能力差。Rc=32.30MPa，Kv=0.50，K1=0.2，K2=0.2，[BQ]=262，建議按Ⅳ級相應復合式襯砌標準防護。

Ⅲ級圍巖：分布在K344+460-K344+620區(qū)段，中風化大理巖，巖體較完整。洞體開挖時沿裂隙滴水。頂板較不穩(wěn)定。Rc=48.70MPa，Kv=0.60，K1=0.1，K2=0.2，[BQ]=356，建議按Ⅲ級相應復合式襯砌標準防護。

5 結(jié)論與認識

（1）公路隧道圍巖分級主要受地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、巖性接觸和斷裂關(guān)系、風化狀態(tài)、巖體強度、節(jié)理組合關(guān)系、完整性、地下水、地應力等多種因素影響。在分級評價時對上述因素綜合分析。

（2）搖金溝隧道圍巖主要受巖體強度、節(jié)理組合與公路走向關(guān)系、巖性接觸和斷裂關(guān)系三個因素影響。

（3）Ⅴ級圍巖段開挖時可采用雙側(cè)壁導坑法施工并輔以長管棚支護，并注意地質(zhì)超前預報;Ⅳ級圍巖段開挖時可采用正臺階法施工，Ⅲ級圍巖段開挖時可采用全斷面法施工。

參考文獻：

[1]吉林省地質(zhì)礦產(chǎn)開發(fā)局.吉林省區(qū)域地質(zhì)志[M].北京;地質(zhì)出版社，1988.

[2]JTGT D70-2010.公路隧道設(shè)計細則[S].

[3]姜小妮，等.非完整大井法和水平廊道法計算礦坑涌水量[J].水資源與水工程學報，2018（05）：169-174.

[4]賈玉馥，韓衛(wèi)平.論公路隧道工程的地質(zhì)勘探技術(shù)[J].中國建設(shè)信息，2010（15）：88-89.

[5]高小平.高密度電法在某隧道勘察中的應用[J].黑龍江科技信息，2013（33）：175-176.