中寨隧道巖土工程勘察與評價

陳 濤，陳昱志，陳文祥

(1.貴州省交通規劃設計研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550001；2.安順市關嶺縣交通運輸局，貴州 安順 561300)

1 區域地質特征

1.1 地形地貌

擬建中寨隧道地處貴州高原向湘西丘陵過渡地帶的北部邊緣一帶，場區屬溶蝕-侵蝕低山地貌。進口端為斜坡地形，自然坡度20°～30°；洞身段穿越山脊，最高點海拔919.6 m；出口端為斜坡地形，自然坡度10°～30°。場區海拔介于716.3～950.0 m，相對高差233.7 m；隧道軸線通過段海拔為751.3～919.6 m之間，相對高差168.3 m。

1.2 地層巖性及地質構造

隧址區地層巖性復雜，上覆第四系殘坡積粘土，下伏基巖為二疊系灰巖、煤系，和志留系泥巖等。

場區位于揚子準地臺-黔北臺隆-遵義斷拱-貴陽復雜構造變形區，無斷層通過，巖層單斜，巖層產狀8°～30°∠16°～45°，擬建場區節理發育，主要發育的節理產狀有J1：80°∠65°，J2：220°∠33°兩組。根據《中國地震動參數區劃圖》(GB 18306-2015)查得場區地震動反應頻譜特征周期為0.35 s，地震動峰值加速度值為0.05 g，對應地震基本烈度為Ⅵ度。

2 隧址區工程地質問題分析

2.1 采空區

隧址區出露有煤系地層，因此，勘察的第一步便是確定是否存在采空區及煤層瓦斯。位于ZK94+990～ZK95+035處的陡崖及陡崖左右一帶分布有集中采空區(含硫磺礦開采及小煤窯開采)，系當地村民私采濫挖所為。采空區的存在對高速公路建設的影響是嚴重的。因此，查明隧址區的采空區分布范圍是本隧道勘察的重要任務之一。

2.2 煤層瓦斯

瓦斯在煤系地層的隧道中始終存在，它是與煤層相生相伴的，煤層瓦斯的存在嚴重影響隧道施工安全。其濃度的不同造成的影響大小也不同。瓦斯勘察是目前隧道勘察中的一個難點。

2.3 巖溶

貴州省每條高速公路建設均會遇到不同程度的巖溶地質問題，本隧道穿越可溶巖區，地層露頭中發育有溶洞、巖溶洼地，且地表溶溝溶槽發育。施工中揭露隱伏巖溶(溶洞、巖溶裂隙及巖溶管道等)的可能性較大。查明隧址區的巖溶發育情況也是本隧道勘察的重要任務之一。

3 隧址區工程地質問題評價

3.1 采空區

根據調訪，開采年限為1950年至1960年左右，大部分井口已垮塌掩埋。洞寬1～3 m，高1～1.5 m，進深20～120 m不等，開采方向多為15°～20°，采空區沿K95+000陡崖下方呈帶狀開采，形成了平面長約40～120 m，寬約700 m的煤窯群采空區。硫磺礦廠開采規模較小，開采進深約20～50 m，該處采空區離隧道較遠，對隧道建設無影響。其余小煤窯的開采規模也較小，開采進深最大處約為100 m。該區的采空區位于隧道上方78～100 m處，對隧道無直接影響。但隧道施工爆破震動，可能導致采空區上部積水老煤窯底板巖層的垂向裂隙、節理與下部隧道連通，也可能沿巖性接觸帶貫通進入隧道，帶來高能涌水的重大安全風險。

3.2 煤層瓦斯

采集了深孔揭露的代表性巖樣，進行了隧道瓦斯測試。

(1)瓦斯含量

本次采集了隧道深孔揭露的代表性煤樣，進行了室內瓦斯含氣量測試，總含氣量為17.37 ml·g-1。測試結果見表1。

表1 鉆孔揭示煤層含氣量測試結果表

(2)瓦斯壓力

根據隧道S-ZK3深孔煤層瓦斯壓力測試，瓦斯壓力為0.08 MPa，測試結果見表2。

表2 鉆孔揭示煤層瓦斯壓力測試成果表

(3)煤的瓦斯放散初速度及堅固性系數

根據代表性煤樣進行室內檢測，煤的瓦斯放散初速度及堅固性系數見表3。

表3 鉆孔揭示煤層含氣量測試結果表

(4)煤與瓦斯突出性危險

根據瓦斯壓力、瓦斯放散初速度、煤的破壞類型等，對煤與瓦斯突出危險性進行判定，結果見表4。

表4 瓦斯突出標準判定表

通過瓦斯測試報告和類似工程經驗，隧道穿煤段瓦斯含量0.05 ml·g-1、瓦斯壓力0.08 MPa，煤與瓦斯無突出危險性。

本次瓦斯壓力測試段落鉆孔深度50～61.2 m，隧道穿煤段的最大埋深為120.6 m，要大于測試段落深度，其瓦斯壓力隨煤層埋深的增加有增高的趨勢，在隧道埋深范圍內的瓦斯壓力要高于此次測試結果。

3.3 巖溶

針對巖溶問題，布設了一條可控源音頻大地電磁法勘探測線，總長1.2 km，該方法具有信號穩定、信噪比高、穿透力強等特點。使用的儀器為美國EMI與Geometrics兩家公司聯合生產的EH-4。

異常出現在在可溶巖地層中，其視電阻率與圍巖呈明顯低阻變化，推測為溶蝕節理裂隙發育，不排除存在溶洞發育的可能；其中幾個異常區域與隧道區域相交，隧道開挖過程中，可能出現涌泥、涌水或空洞現象，需加強防護；ZK95+023附近，兩側巖體視電阻率呈明顯變化，結合地調資料分析，推測為巖體變化，巖性界面在ZK94+760附近與隧道相交。

存在的問題：因本階段施工鉆孔數量有限，鉆孔位置未揭露溶洞發育，但不排除鉆孔外其他位置存在隱伏巖溶發育的可能。

4 結論與建議

對隧道建設有影響的不良地質為煤層瓦斯、巖溶，須對不良地質處治后，方可建設。結合以上初步勘察存在的問題及施工圖階段對勘察精度的要求，建議詳細工程地質勘察階段采取有針對性的勘察對策如下。

(1)隧道局部穿越煤系地層，存在小煤窯采區，由于煤層瓦斯的復雜性和不確定性，對隧道安全有較大影響，下階段需進一步查明煤層與隧道的平面及空間關系，并加強現場瓦斯測試及附近煤礦瓦斯資料的收集，便于設計進行瓦斯隧道的專項設計。

(2)加強深部鉆探勘察，對代表性的物探異常進行鉆探工作，一方面可對物探成果進行驗證，同時可進行聲波測井和水文地質試驗，以對隧道穿越可溶巖地層段圍巖完整性和富水性進行定量評價，并獲取隧道洞身段不同含水層的水文地質參數，對隧道涌水量進行精確預測。