冬奧會山區(qū)綜合管廊1#支洞關(guān)鍵工程地質(zhì)問題及地質(zhì)選線

楊良權(quán)， 晉鳳明， 袁鴻鵠， 孫宇臣， 張如滿， 王魏東

(北京市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院， 北京 100048)

2022年冬奧會綜合管廊工程是北京冬奧會關(guān)鍵性工程，全線長7.9 km，將統(tǒng)籌安排造雪用水、生活用水、再生水、電力、電信及有線電視等管線入廊。工程的實(shí)施將為冬奧會延慶賽區(qū)提供市政管線能源輸送支持，是維持保障延慶賽區(qū)國家高山滑雪中心、國家雪車雪橇中心、奧運(yùn)村、媒體中心等設(shè)施的能源生命線。綜合管廊的安全穩(wěn)定運(yùn)行，對于保障冬奧會延慶賽區(qū)的供水供電可靠性起著決定性的作用。

由于時間緊、任務(wù)重，為了保障綜合管廊能在規(guī)定時間內(nèi)順利貫通，綜合管廊設(shè)計(jì)有5個施工支洞，累計(jì)總長度1 309 m，施工后作為永久通風(fēng)及車輛進(jìn)出口。其中，1#支洞既是全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)(tunnel boring machine，TBM)法施工段的終點(diǎn)，又是鉆爆法施工段的起點(diǎn)，地形條件及地質(zhì)條件又最為復(fù)雜，所以 1#支洞的線路選線問題是影響設(shè)計(jì)、施工進(jìn)度的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)之一，甚至是工程能否順利完工的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)之一。

山體隧洞工程地質(zhì)問題的研究一直是國內(nèi)外學(xué)者研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)問題，石生明等[1]通過采用室內(nèi)試驗(yàn)、現(xiàn)場測試和工程地質(zhì)類比分析，對白龍江引水工程西秦嶺1#隧洞的高地應(yīng)力、巖爆、高地溫、隧洞涌水及突水、有害氣體等工程地質(zhì)問題進(jìn)行探討；胡永占[2]通過地質(zhì)調(diào)繪、現(xiàn)場鉆探、綜合物探、綜合測井、水文試驗(yàn)等勘察方法查清了西安—十堰高速鐵路穿越秦嶺山區(qū)段的地質(zhì)條件，對長大區(qū)域斷裂、山區(qū)不穩(wěn)定斜坡及巖溶發(fā)育等工程地質(zhì)問題進(jìn)行了綜合分析； 杜宇本等[3]以地形地貌、氣候和巖溶問題為主控因素的分區(qū)原則，構(gòu)建了高速鐵路巖溶工程地質(zhì)區(qū)；王旺盛等[4]在勘察期通過大范圍線路比選和綜合勘察測試研究，選定了隧洞線路并基本查明其地質(zhì)條件，對滇中引水工程香爐山深埋長隧洞高地震烈度區(qū)抗震與穿越活動性斷裂抗斷問題、涌突水(泥)與地下水環(huán)境影響問題、高地應(yīng)力與硬巖巖爆及軟巖大變形問題、高外水壓力問題及穿越煤層、膨脹土特殊巖土工程地質(zhì)問題等進(jìn)行了深入分析；徐正宣等[5-7]通過綜合技術(shù)手段川藏鐵路雅安至林芝段工程地質(zhì)環(huán)境，系統(tǒng)分析了主要工程地質(zhì)問題,提出鐵路減災(zāi)選線原則；杜小洲[8]針對秦嶺輸水隧洞施工過程中遇到的高地應(yīng)力、巖爆、長距離施工通風(fēng)、突涌水、硬巖掘進(jìn)、圍巖失穩(wěn)、軟巖變形、高地溫等問題，開展了超長隧洞巖爆預(yù)測與防治、突涌水分析和防治、深層圍巖基本工程特性、高地應(yīng)力軟巖變形及防治、TBM硬巖掘進(jìn)等關(guān)鍵技術(shù)研究；肖云華等[9]對烏東德水電站兩岸地下廠房主要工程地質(zhì)問題進(jìn)行了深入研究，并對各類工程地質(zhì)問題的特點(diǎn)進(jìn)行歸納總結(jié)，為設(shè)計(jì)采取針對性的處理措施奠定堅(jiān)實(shí)的地質(zhì)基礎(chǔ)。

為了能夠確定冬奧會山區(qū)綜合管廊1#支洞線路路由，在前人研究成果及已有工程經(jīng)驗(yàn)[10-11]基礎(chǔ)上，現(xiàn)采用地質(zhì)測繪、鉆探、工程物探、原位測試、水文試驗(yàn)、室內(nèi)試驗(yàn)的綜合勘察技術(shù)方法結(jié)合建筑信息模型(building information modeling，BIM)技術(shù)對1#支洞的主要工程地質(zhì)問題進(jìn)行深入研究，并對初定的選線路由(南線、北線)進(jìn)行對比分析，綜合給出優(yōu)選方案。

1 地質(zhì)背景及地質(zhì)特征

1.1 復(fù)雜地形地貌特征

1#支洞場區(qū)(圖1)內(nèi)主要分布有溝谷地貌單位和低山地貌單元兩大類。

圖1 1 #支洞選址區(qū)位置示意圖Fig.1 Location diagram of No.1 branch tunnel location area

(1) 溝谷地貌單元。溝谷地貌單元為2#支溝溝谷地段，支溝屬于季節(jié)性河流，雨季時有暫時流水，匯入下游的佛峪口主溝中，流入佛峪口水庫中。溝谷走向約25°，溝谷長約1.1 km，谷底縱坡約14.5%，流域面積約1 km2。溝谷形狀呈由上游“V”形谷逐步過渡到中下游的“U”形谷，溝谷兩側(cè)山體植被覆蓋較好，兩岸坡度一般為35°～55°。

(2) 低山地貌單元。低山地貌單元的隧洞洞身段主要穿越山體，總體表現(xiàn)出中部高兩側(cè)低的地形特點(diǎn)，屬于低山地貌單元。地貌成因以內(nèi)動力地質(zhì)作用為主，并經(jīng)受長期強(qiáng)烈的剝蝕切割作用，擬選隧洞沿線多呈現(xiàn)山高、坡陡、谷深特點(diǎn)，山頂海拔690～736 m，山坡坡度30°～55°，坡面樹木等植被茂密。

1.2 復(fù)雜地層巖性特征

場區(qū)地層巖性復(fù)雜多變，分布有第四系卵漂石、碎石土及燕山晚期侵入的花崗巖及安山巖等[12]。

Kfs為鉀長石；Pl為斜長石；Q為石英；Bt為黑云母圖2 粗中粒二長花崗巖顯微鏡下鑒定圖Fig.2 Identification diagram of coarse-medium monzogranite under microscope

圖3 碎裂巖化粗中粒花崗巖顯微鏡下鑒定圖Fig.3 Microscopic identification of cataclastic rockized coarse-medium grained granite

圖4 花崗質(zhì)碎斑巖顯微鏡下鑒定圖Fig.4 Identification of granitic porphyries under microscope

1.3 復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造特征

1.3.1 深大斷裂構(gòu)造

延礬盆地北緣斷裂，是延慶—礬山次級盆北部邊界，北起延慶東北端的營盤，往西南經(jīng)黑峪口、龍慶峽口、黃柏寺、西羊坊、佛峪口、方家沖、蠶房營、狼山、八營、十營、張官營、前郝窯、果園、黑山寺北、口前西，終止在紅土溝一帶，整體走向NE，由一系列NNE、NE、NEE向不連續(xù)的次級活動斷層組成。狼山以西次級活動斷層呈右階斜列，狼山以東鋸齒狀追蹤延伸，長約105 km。斷裂兩側(cè)地形反差明顯，屬傾滑正斷層，斷面傾向SE，傾角50°～80°。斷裂切割了海駝山南麓第四紀(jì)中晚期沖洪積體系，沿?cái)鄬盂E線形成基巖斷崖、斷層三角面、斷層陡坎等斷錯地貌，是一條晚更新世—全新世活動斷層。位于場址東南，距場址最近處近不足1 km。

1.3.2 選址區(qū)斷層構(gòu)造

根據(jù)地質(zhì)測繪、地質(zhì)鉆探，1#支洞選址區(qū)內(nèi)存在多條斷裂構(gòu)造。斷層主要展布方向?yàn)镹NE向及NW向，以正斷、高傾角為主，多伴隨有巖脈侵入。具體詳見表1。

表1 選址區(qū)及附近斷層統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistical table of site selection area and nearby faults

對支洞選址影響較大的斷層主要為斷層F66，位于2#支溝溝谷右側(cè)山坡，走向27°～40°，傾向300°，高傾角約75°。斷層帶內(nèi)充填構(gòu)造角礫巖，圍巖節(jié)理化帶寬5～10 m，斷層面見有擦痕現(xiàn)象。地貌上表現(xiàn)為溝谷、山鞍等負(fù)地形。

鉆孔取芯以碎塊狀為主、局部砂礫狀，主要組成物質(zhì)為斷層角礫巖和花崗巖囊狀風(fēng)化砂，局部夾斷層泥，斷層規(guī)模較大，膠結(jié)程度較差，整體強(qiáng)度低。鉆孔取芯的碎塊狀錘擊易碎、手掰易斷，花崗巖蝕變明顯。斷層部位鉆孔取芯情況，如圖5所示。

圖5 山體段鉆孔巖芯(54.8～64.8 m)Fig.5 Drilling core of mountain section ( 54.8～64.8 m )

為了進(jìn)行多手段驗(yàn)證，在1#支洞選址區(qū)典型地段布置地震波CT測試2對鉆孔，分別是DAXK108#-DAXK191#和DAXK187#-DAXK191#。鉆孔信息如表2所示，其中DAXK108#鉆孔為管廊主洞預(yù)留鉆孔。

表2 鉆孔信息統(tǒng)計(jì)表Table 2 Statistical table of borehole information

DAXK108#-DAXK191#鉆孔地震波CT反演斷面如圖6所示。紅色實(shí)線范圍內(nèi)地震波速度為1 600～2 800 m/s，推測巖體完整性相對較差；其余大部分范圍地震波速度為2 800～4 500 m/s，推測巖體相對較完整。

圖6 DAXK108#-DAXK191#鉆孔地震波CT反演斷面圖Fig.6 Seismic wave CT inversion section of DAXK108#-DAXK191# borehole

DAXK187#-DAXK191#鉆孔地震波CT反演斷面如圖7所示，紅色實(shí)線范圍內(nèi)地震波速為1 800～2 800 m/s，推測巖體完整性相對較差；其余大部分范圍地震波速度為2 800～4 900 m/s，推測巖體相對較完整。

圖7 DAXK187#-DAXK191#鉆孔地震波CT反演斷面圖Fig.7 Seismic wave CT inversion section of DAXK187 #-DAXK191 # borehole

1.3.3 節(jié)理構(gòu)造

受區(qū)域構(gòu)造的影響，1#支洞選址區(qū)花崗巖區(qū)巖體結(jié)構(gòu)面較為發(fā)育，主要發(fā)育3組節(jié)理。

(1)J1。走向北西(340°～350°)、傾向70°～80°、傾角35°～55°。

(2)J2。走向北西(270°～280°)、傾向0°～10°、傾角45°～65°。

(3)J3。走向北東(70°～80°)、傾向340°～350°、傾角55°～75°。

主要節(jié)理的走向玫瑰花圖如圖8所示。

圖8 巖體主要結(jié)構(gòu)面(走向)玫瑰花圖Fig.8 Rose diagram of main structural plane (strike) of rock mass

1.4 復(fù)雜水文地質(zhì)特征

1#支洞選址區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件復(fù)雜，分布有地表水、第四系孔隙潛水及構(gòu)造裂隙水。

場區(qū)內(nèi)的2#支溝內(nèi)無長流水，溝谷旱季多為干涸，雨季時有適當(dāng)流水急流，與季節(jié)關(guān)聯(lián)大。調(diào)查期間，溝內(nèi)有小細(xì)流，流量不大。

溝谷區(qū)內(nèi)主要為第四系孔隙潛水，地下水位埋深為15.8～22.1 m，水位高程為665～673 m，含水層為溝谷洪沖積卵漂石覆蓋層。其補(bǔ)給源主要為大氣降水、溝谷兩側(cè)山體基巖裂隙水及溝谷上游地下徑流補(bǔ)給，排泄方式主要為向下游流入佛峪口主溝。地下水位變化大，潛水水位隨季節(jié)變化，年變幅一般為3～5 m。

場區(qū)山體地下水以構(gòu)造裂隙水為主，地下水位埋深為30～41 m，水位高程為677～680.5 m，含水層為斷層破碎帶及節(jié)理裂隙密集帶。地下水高于隧洞洞頂為10～25 m。大氣降水及側(cè)向徑流是地下水的主要補(bǔ)給源，排泄方式主要以向下游及山間溝谷徑流排泄為主。

1.5 不良地質(zhì)作用

1.5.1 不穩(wěn)定斜坡

1#支洞選址區(qū)內(nèi)僅分布一處不穩(wěn)定斜坡，主要位于2#支溝的北部，坡高一般為20～40 m，坡度一般為25°～42°，坡長一般為90～180 m。不穩(wěn)定斜坡特征詳見表3。

表3 不穩(wěn)定斜坡現(xiàn)狀特征表Table 3 Characteristics of unstable slopes

1.5.2 崩塌

崩塌主要表現(xiàn)為2#支溝南部斜坡上的危巖體，崩塌特征是地形坡度大，一般坡面角度在40°～90°，坡高較高，坡體上巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育，或風(fēng)化較為嚴(yán)重，在外部觸發(fā)作用下(降雨或人類工程活動)，易發(fā)生崩落現(xiàn)象，具體特征指標(biāo)見表4。

表4 崩塌現(xiàn)狀特征表Table 4 Characteristics of collapse status

1.5.3 泥石流溝(沖溝)

在充分利用遙感解譯工作基礎(chǔ)上，對選址區(qū)進(jìn)行了泥石流地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查，經(jīng)地質(zhì)測繪與調(diào)查，分析可知，選址區(qū)內(nèi)的泥石流溝(沖溝)規(guī)模為小規(guī)模，流域面積在0.96 km2，山坡平均坡度約20.3°，溝谷相對高差在350 m。具體特征內(nèi)容詳見表5。

表5 泥石流溝(沖溝)現(xiàn)狀特征表Table 5 Debris flow gully ( gully ) status characteristics table

2 主要工程地質(zhì)問題

2.1 不良地質(zhì)作用問題

1#支洞穿越溝谷區(qū)、低山區(qū)兩類地貌單元，地形地貌復(fù)雜。溝谷區(qū)段將采用明挖法施工、穿山段采用鉆爆法施工。溝谷區(qū)地勢低，發(fā)育有不穩(wěn)定斜坡、崩塌及泥石流災(zāi)害，在明挖施工前要采用相應(yīng)的工程措施對多災(zāi)種分別進(jìn)行治理。

2.2 斷裂構(gòu)造影響問題

2.2.1 深大斷裂及發(fā)震斷裂

延礬盆地北緣斷裂，整體走向NE，由一系列NNE、NE、NEE向不連續(xù)的次級活動斷層組成。斷裂兩側(cè)地形反差明顯，屬傾滑正斷層，斷面傾向SE，傾角50°～80°。斷裂切割了海駝山南麓第四紀(jì)中晚期沖洪積體系，沿?cái)鄬盂E線形成基巖斷崖、斷層三角面、斷層陡坎等斷錯地貌，是一條晚更新世-全新世活動斷層。該斷裂是區(qū)內(nèi)的主要發(fā)震斷層，斷層上揭露出多次古地震事件。位于場址東南，距場址最近處約1 km。在選址時要針對活動斷裂進(jìn)行場地地震安全性評價，保障工程選址的合理性。

2.2.2 小型斷裂

1#支洞選址區(qū)分布有多條斷裂構(gòu)造，對支洞影響較大。經(jīng)勘測，斷層帶內(nèi)多充填構(gòu)造角礫巖，圍巖節(jié)理化帶寬大于5 m，斷層面多能見有擦痕現(xiàn)象。地貌上表現(xiàn)為溝谷、山鞍等負(fù)地形。經(jīng)鉆探，取芯以碎塊狀為主、局部砂礫狀，主要組成物質(zhì)為斷層角礫巖和花崗巖囊狀風(fēng)化砂，局部夾斷層泥，膠結(jié)程度較差，整體強(qiáng)度低。斷裂構(gòu)造對圍巖穩(wěn)定影響較大，設(shè)計(jì)時要采取相應(yīng)的支護(hù)措施。

2.3 水文地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜問題

2.3.1 隧洞巖體透水性大

針對1#支洞選址區(qū)，布置鉆孔進(jìn)行孔內(nèi)壓水試驗(yàn)。結(jié)果顯示，花崗巖透水率q為1.20～10.40 Lu，平均值3.48 Lu，其中1 Lu=1 L/(min·MPa·m)，具弱-中等透水性；安山巖(閃長巖)透水率q為1.20～1.80 Lu，平均值1.50 Lu，具弱透水，局部局中等透水性。

巖體破碎帶、節(jié)理裂隙密集帶無法卡塞試驗(yàn)，實(shí)際巖體透水率將會比試驗(yàn)成果偏大。溝谷之間的巖體基巖滲透性可就近參考統(tǒng)一類型巖體透水率，按地質(zhì)原理綜合分析，其滲透性總體上比溝谷處巖體相對較弱。地質(zhì)測繪的斷層破碎帶，綜合分析其具中等透水性。孔內(nèi)壓水試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表詳見表6。

表6 孔內(nèi)壓水試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表Table 6 Statistical results of water pressure test in holes

同時，在選址區(qū)內(nèi)進(jìn)行鉆孔簡易抽水試驗(yàn)，依據(jù)工程類別法，采用潛水完整孔法進(jìn)行計(jì)算。抽水試驗(yàn)成果表明，計(jì)算出巖體等效滲透系數(shù)為4.8 m/d，具體計(jì)算參數(shù)見表7。由于巖體透水性主要依靠結(jié)構(gòu)裂隙，透水性不具均一性，實(shí)際巖體透水率將會比試驗(yàn)成果存在一定差異。

表7 水文地質(zhì)參數(shù)計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)表Table 7 Statistical table of calculation results of hydrogeological parameters

在隧道施工時應(yīng)警惕溶洞和隧道突水對工程建設(shè)的影響，巖體較破碎段應(yīng)該做好防排水預(yù)案和支護(hù)措施。

2.3.2 地下水涌水量大

1#支洞隧洞開挖會揭露地下水，地下水會沿構(gòu)造節(jié)理裂隙、斷層破碎帶、節(jié)理密集帶產(chǎn)生滴水、線狀流水，局部可能會發(fā)生涌水，特別是斷層破碎帶涌水的可能性更大。

為判斷隧洞涌水量，分別進(jìn)行了正常涌水量及最大涌水量計(jì)算分析。

(1) 正常涌水量。按降水入滲法估算，公式為

Qs=2.74αWA

(1)

式(1)中：Qs為隧洞通過含水體地段的正常涌水量，m3/d；α為降水入滲系數(shù)，取經(jīng)驗(yàn)值0.3；W為年降水量，取張山營站多年平均值450 mm；A為隧洞通過含水體地段的集水面積，km2，取匯水面積約南線1、北線2。經(jīng)計(jì)算，推斷南線、北線隧洞正常涌水量為370 m3/d和550 m3/d。

(2) 最大涌水量。按古德曼經(jīng)驗(yàn)公式法估算，公式為

Q0=L(2πKH)/ln(4H/d)

(2)

式(2)中：Q0為隧洞通過含水體地段的最大涌水量，m3/d；K為含水體滲透系數(shù)，綜合考慮抽水試驗(yàn)與壓水試驗(yàn)成果，建議值取2 m/d；H為靜止水位至洞身橫斷面等價圓中心的距離，取28 m；d為洞身橫斷面等價圓直徑，取毛洞洞徑6.3 m；L為隧洞通過含水體的長度，取斷層及斷層破碎帶南線取95 m、北線取150 m。經(jīng)計(jì)算，推斷南線、北線斷層破碎帶隧洞最大涌水量為12 000 m3/d和19 000 m3/d。

綜合分析認(rèn)為，上述正常涌水量及最大涌水量計(jì)算式均為經(jīng)驗(yàn)公式，基巖水文地質(zhì)條件復(fù)雜，地下水運(yùn)動主要受構(gòu)造節(jié)理裂隙以及斷層等結(jié)構(gòu)面控制，含水巖組為非均質(zhì)，不同斷面涌水形式、涌水量差異性會很大，估算涌水量只能說明宏觀量級，可作為設(shè)計(jì)及施工措施參考。

2.4 圍巖穩(wěn)定問題

1#支洞選址區(qū)隧洞圍巖地形地貌、巖性、風(fēng)化程度、地質(zhì)構(gòu)造、埋深等因素分析，按照水電分類(hydropower classifying，HC)法，進(jìn)行圍巖工程地質(zhì)分類，給出1#支洞選址區(qū)隧洞圍巖類別分級特征表，見表8。其中，南線Ⅴ類圍巖長度小計(jì)112 m、占比64.1%，Ⅳ類圍巖長小計(jì)20 m、占比11.4%；北線Ⅴ類圍巖長度小計(jì)120 m、占比35.9%，Ⅳ類圍巖長小計(jì)194 m、占比58.1%。

表8 1#支洞隧洞圍巖分級工程特征表Table 8 No.1 branch tunnel surrounding rock classification engineering feature table

3 地質(zhì)選線原則及線路比選

3.1 1#支洞地質(zhì)選線基本原則

基于冬奧會綜合管廊1#支洞場區(qū)地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造及水文地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，綜合利用工程地質(zhì)測繪、鉆探、工程物探、原位測試、水文試驗(yàn)、室內(nèi)試驗(yàn)及BIM技術(shù)的綜合勘察成果，提出了針對1#支洞的基本選線原則。

(1) 場區(qū)內(nèi)地貌條件復(fù)雜，路線應(yīng)盡量避開不穩(wěn)定斜坡地段、潛在泥石流溝等災(zāi)害易發(fā)區(qū)段，特別是無法避開穿越2#支溝時，應(yīng)有預(yù)留足夠的過水行洪通道，避免形成山洪災(zāi)害、泥石流災(zāi)害。必要時采取一定的治理措施。

(2) 場區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，雖無多條區(qū)域性深大斷裂和發(fā)震斷裂，但區(qū)內(nèi)斷層密集且交錯，線路盡可能短距離、大角度且以簡單工程類型通過斷層及其破碎帶。

(3) 場區(qū)水文地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，特別是地下水問題突出，地下水對破碎巖體影響較大，在設(shè)計(jì)與施工中，隧道選線應(yīng)盡量避免穿越大型儲水構(gòu)造部位，特別是避開場區(qū)內(nèi)斷層破碎帶。

(4) 場區(qū)內(nèi)的花崗巖受斷層影響，多以碎裂化結(jié)構(gòu)、碎斑結(jié)構(gòu)為主，且多為地下水發(fā)育地段，穿山段隧道應(yīng)盡量避開破碎狀花崗巖地層，盡量選擇較完整或較破碎巖體通過。

3.2 1#支洞線路比選

1#支洞線路方案主要比選了北線、南線兩個方案(圖9) 。兩方案均近東西向垂直穿越山脊與主洞銜接。影響兩個方案選線的主要地質(zhì)因素為地質(zhì)災(zāi)害的分布范圍、圍巖情況、斷層構(gòu)造發(fā)育情況等。

圖9 比選方案設(shè)計(jì)路由Fig.9 Scheme design routing

北線方案隧道進(jìn)口地形平緩，埋深較淺。支洞洞口施工條件較好，交通方便。隧道埋深相對較深，洞頂最大埋深約160 m。洞口及其附近主要發(fā)育不穩(wěn)定斜坡、泥石流災(zāi)害，規(guī)模較小。區(qū)內(nèi)延礬盆地北緣斷裂雖為深大斷裂和發(fā)震斷裂，且距設(shè)計(jì)線路最短距離不足1 km，但經(jīng)地震安全性評價，該斷裂對工程影響小。北線路由方案穿越斷層4條，其中3條(F71、F74、F75)與路由呈大角度相交、僅1條(F76)為小角度相交且分布有50 m斷層破斷帶(圖10)。地層巖性多以花崗巖為主，局部為安山巖、閃長巖，隧道圍巖級別為Ⅳ～Ⅴ。基巖地下水多以節(jié)理裂隙水、斷層裂隙水、為主，最大涌水量約19 000 m3/d。設(shè)計(jì)路由區(qū)內(nèi)主要發(fā)育不穩(wěn)定斜坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，其災(zāi)害規(guī)模小，采用工程措施可消除安全隱患，總體上地質(zhì)災(zāi)害對工程建設(shè)影響小。

圖10 比選路由與斷層結(jié)構(gòu)關(guān)系的展示圖(BIM)Fig.10 Display of the relationship between route selection and fault structure (BIM)

南線方案隧道進(jìn)口地形相對較陡，但施工條件較好，交通較方便。隧道埋深較小，最大埋深約80 m。洞口及其附近主要發(fā)育崩塌、泥石流等災(zāi)害，采用一定措施較容易治理。沿線主要穿越斷層1條，該斷層為小角度相交，與路由呈近似平行且分布有45 m斷層破斷帶。地層巖性多以花崗巖為主，局部為安山巖、閃長巖，隧道圍巖級別為Ⅳ～Ⅴ。基巖地下水多以節(jié)理裂隙水、斷層裂隙水、為主，最大涌水量約12 000 m3/d。設(shè)計(jì)路由區(qū)內(nèi)主要發(fā)育崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，其災(zāi)害規(guī)模小，采用一定工程措施即可消除安全隱患。

南線、北線方案沿線具體情況詳見表9。

表9 各方案主要比選指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表Table 9 Statistical table of main comparison indexes for each scheme

4 結(jié)論

通過地質(zhì)測繪、鉆探、工程物探、原位測試、水文試驗(yàn)、室內(nèi)試驗(yàn)及BIM的綜合勘察技術(shù)方法對冬奧會綜合管廊1#支洞選址區(qū)的主要工程地質(zhì)問題進(jìn)行了深入研究與分析。主要得出以下結(jié)論。

(1) 針對突出地質(zhì)問題采用的綜合勘察技術(shù)方法科學(xué)有效，不但能夠查清設(shè)計(jì)和施工面臨的工程地質(zhì)問題，更能極大縮短了勘察周期和建設(shè)周期，近而保證了工程的順利實(shí)施。

(2) 研究表明，斷層帶破碎、突水涌水、圍巖穩(wěn)定為1#支洞突出的工程地質(zhì)問題，雖然選址區(qū)內(nèi)仍存在不穩(wěn)定斜坡、崩塌、泥石流等災(zāi)害，但其規(guī)模小、易治理。

(3) 在地質(zhì)選線原則基礎(chǔ)上，并結(jié)合BIM三維模型，從線路長度、地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件、隧洞圍巖級別、地質(zhì)災(zāi)害及施工作業(yè)條件等方面對北線、南線方案進(jìn)行了比選，確定了地質(zhì)條件相對較優(yōu)的南線方案。