某核電排水隧洞工程地質條件分析

陳旭軍CHEN Xu-jun

（廣東科諾勘測工程有限公司，廣州 510700）

0 引言

某核電排水工程包括陸域排水工程、海域排水工程、閘門井及轉換井，其中隧洞為兩條平行隧洞，隧洞長1897m，隧洞間距約為13m。勘察的主要目的是查明隧洞沿線巖土層分布規律、地質構造特征、基巖巖性、巖面變化、風化程度等各類工程地質條件，提供各巖土層的物理性質和力學參數。

1 技術思路

勘察工作的總體技術思路是：根據勘察目的和相關規范、規程和標準的要求，首先，通過鉆探及取樣、原位測試、工程物探和室內試驗等多種勘察方法，兼顧經濟和技術的要求，有針對性地開展現場調查和勘察，范圍包括排水隧洞及排水管道沿線，結合前期勘察成果綜合評價沿線地形地貌、地層巖性、地質構造特征，巖土適宜性，不良地質作用發育規模及對管道穩定性的影響；提供相應地基巖土的物理力學性質指標；提供隧洞設計所需相關巖土參數并提出施工建議等。

2 工作布置

在充分分析、利用已有資料及現場調查的基礎上，結合地形地貌、地質條件和建（構）筑物平面位置等進行工作布置。①鉆探：鉆孔布置在隧洞外側6～8m 處，間距按50～100m 考慮，控制性鉆孔深度進入設計隧洞底標高以下中等風化或微風化巖體5m；一般性鉆孔深度進入設計隧洞底標高以下中等風化或微風化巖體3m。②取樣：巖土試樣的采取在平面上應盡量均勻布置，豎向間距視地層特點確定，重點考慮隧洞圍巖。③原位測試：主要有聲波測井、單孔波速測試和孔內電視，在隧洞沿線鉆孔中開展。④工程物探：自閘門井至轉換井沿排水隧洞的每條隧洞中心線各布置1 條物探測線（共2 條物探測線），采用地質地震映象法。⑤室內試驗：按《土工試驗方法標準》（GB/T50123-2019）和《工程巖體試驗方法標準》（GB/T50266-2013）等執行，開展巖土物理和力學室內試驗。

表1 巖土分層表

3 成果綜述

通過工程地質鉆探、取樣、原位測試、工程物探和室內試驗等方法，對隧洞沿線地層巖性進行了劃分、查明了沿線地質構造，并對基巖特征進行了分析，提出了主要巖土層的物理力學參數指標。

3.1 地層巖性 勘察場地內地層從上至下依次為第四系海積層（Q4m、Q3m）、燕山晚期侵入巖，局部地段上部分布人工填土（Q4ml）。第四系海積層主要為粉砂、中砂、粗砂、珊瑚礁混砂、黏性土層等，由陸域向海域深度變薄。燕山晚期侵入巖主要為黑云母花崗巖（γβ53（1））和石英閃長巖（δο53（2））。根本次勘察資料，排水隧洞主要位于微風化基巖內，局部為中等風化基巖。

3.2 地質構造 根據鉆探和物探勘察成果，勘察區域內未見斷層通過，新構造期以來勘察區域附近范圍構造穩定。

根據鉆探及鉆孔電視解譯成果，場地部分地段發育節理密集帶，通過對鉆孔電視解譯結果的統計分析，勘察區域內節理裂隙產狀主要有3 組，第一組傾向20°～70°、傾角45°～62°，第二組傾向270°～340°、傾角25°～53°，第三組傾向180°～240°、傾角24°～49°（詳見圖1）。節理裂隙以剪性高傾角節理為主，風化后一般呈微張狀態，張開度一般1～3mm，裂隙面有鐵錳質浸染，節理面粗糙，多為鐵錳質或其他次生礦物充填，節理長度大多小于5m。

圖1 節理產狀統計圖

值得注意的是，在鉆孔HK15、HK16、HK17 地段，發育節理密集帶，該地段節理極發育，巖芯破碎，節理面多見擦痕發育，多被鐵錳質、鈣質和泥質充填（圖2），節理傾角多為高角度。節理密集帶發育地段巖石強度低，錘擊易碎，部分手折易斷。

圖2 鉆孔巖芯節理面礦物充填及擦痕、階步發育

3.3 基巖特征 通過勘察，對隧洞沿線基巖的風化特征、巖面起伏形態、巖體結構特征、巖體堅硬程度等進行了分析。

3.3.1 巖體風化特征 根據按野外鑒別和巖石波速測試結果，將勘察區域巖體劃分為全風化、強風化、中等風化和微風化四級。（表2）

表2 巖石風化程度的定量劃分依據

全風化巖體：結構構造全部破壞，基巖大部分風化成土狀，有殘余結構強度，可見未完全風化的石英顆粒。巖芯呈碎沫狀或土狀。

強風化巖體：結構大部分破壞，尚可辨認，礦物色澤明顯變化，長石、云母等多風化成次生礦物。巖芯呈碎塊或碎屑狀。

中等風化巖體：結構部分破壞，沿節理面有次生礦物，風化裂隙發育，巖石風化呈塊狀，巖芯呈柱狀或碎塊狀。

微風化巖體：結構基本未變，僅局部沿節理面有浸染，巖石略帶有變色，有少量風化裂隙，巖芯呈柱狀。

3.3.2 巖面起伏形態 根據鉆探及物探成果，海域排水隧洞全～強風化巖面起伏較小，大致同地面線形態保持一致，中等風化～微風化巖面起伏規律性較差，局部存在風化深槽導致巖面起伏變化較大。

3.3.3 巖體結構特征 勘察區內結構面主要以節理裂隙為主，延展長度較短，大部分不超過5m。勘察區內節理裂隙包括原生節理、構造節理和風化裂隙。強風化巖體中以風化裂隙為主；中等風化巖體中以構造節理為主，受主構造方向的控制，一般呈帶狀分布，陡傾角為主，局部呈節理密集帶形式分布；微風化巖體中以構造節理為主，陡傾角居多。（表3）

表3 巖體結構特征一覽表

3.3.4 巖體堅硬程度 按《巖土工程勘察規范》（GB50021-2001）（2009 年版），根據巖石飽和單軸抗壓強度，巖石的堅硬程度可分為堅硬巖、較硬巖、較軟巖、軟巖和極軟巖。鉆孔揭露的主要巖石按堅硬程度劃分結果見表4。

表4 巖石堅硬程度分類成果表

3.3.5 巖體完整程度 根據波速隨深度的變化曲線劃分地層，分層統計各層的聲波速度，據《巖土工程勘察規范》（GB50021-2001）（2009 年版），按式（1）計算出各層的完整性指數，據表5 評價各巖層的完整性。

表5 巖體完整性程度分類表

式中：Vpm為巖體彈性縱波波速，Vpr為巖石彈性縱波波速。

巖塊聲波速度根據巖塊室內試驗結果并結合工程經驗進行取值，黑云母花崗巖取值為5850m/s；石英閃長巖取值為5950m/s，統計后場地各巖層的完整性評價結果見表6。

表6 場地巖層聲波測試成果及完整性評價表

3.4 主要巖土層物理力學參數指標

根據巖土分層情況，勘察過程中共采取土樣46 組，巖樣43 組，分別進行了土工與巖石室內試驗，獲得了主要巖土層的各類物理力學參數指標，見表7-表9。

表7 主要土層物理參數指標

表8 主要土層力學參數指標

表9 主要巖層物理力學參數指標

4 結論

①開展隧洞工程的地質勘察，應根據勘察任務，考慮隧洞工程建（構）筑物布局情況，兼顧經濟和技術的要求，采取合適的勘察方法，合理布置工作，有針對性地開展現場調查和勘察。②開展隧洞勘察，采取工程地質鉆探、原位測試、工程物探、室內試驗等綜合勘察手段十分必要，可有效查明隧洞沿線各項巖土工程條件。③在分析不同手段獲得的資料時，應綜合分析對比，若其結果不能相互印證，則應著重分析原因或采取更為適合的勘察方法。④巖質隧洞勘察時，應著重查明巖體特征，從風化程度、結構特征、堅硬程度、完整程度等多方面進行分析評價。