復雜山區城市隧道勘察方法及應用

2022-09-21 08:14:48朱經亮戴夏斌

黑龍江交通科技 2022年9期

朱經亮，戴夏斌，燕軻

(華設設計集團股份有限公司，江蘇南京 210014)

1 工程概況

溧陽市焦尾琴旅游綜合體—隧道項目路線起于104國道與長山路交叉處，樁號Z(Y)K0+000.000(坐標：77569.263，45864.294)，向北采用分離式隧道形式穿越西圣山，終于平陵西路與泓盛路交叉處，樁號ZK1+680.610(YK1+673.092)(坐標：78975.780，46706.310)，道路全長1.68 km。

本項目采用城市主干路的道路標準，設計速度60 km/h，路基寬度布置如下：機動車道2×2×3.75 m，中間帶2.5 m(含左側路緣帶0.50 m)，右側路緣帶2×0.5 m，保護性路肩2×0.75 m。行車道橫坡2.0%，保護性路肩橫坡4%，路基設計標高為道路中心線處路面頂面標高。主要工點為焦尾琴隧道，為分離式隧道，單幅建筑限界凈寬為10 m，凈高為5 m，左線長630 m、右線長625 m，最大埋深約62 m，明洞及洞門段采用明挖法施工工藝、暗洞段采用礦山法施工工藝。

2 工程地質條件

2.1 地形地貌

項目區位于江蘇省常州市溧陽市西圣山(仙人山)，為低山殘丘地貌，場區海拔標高22～158 m。山體植被茂密，自然坡度20°～40°左右，山坡上存在大量滾石。

2.2 氣象水文

項目區屬亞熱帶季風氣候區，干濕冷暖、四季分明、雨量充沛、無霜期長。全年平均溫度17.5 ℃，一月份3.2 ℃，七月份31.1 ℃，極端最高氣溫為39.4 ℃，極端最低氣溫-15.5 ℃。年均降水量1 149.7 mm，一月份42.2 mm，七月154.1 mm。大約日照時間，一月份137.6 h，七月份229 h。雪期一般在12月24日～來年3月9日之間，平均76.5 d。境內偏東風為主，年均風速3.0 m/s，最大風速22.5 m/s，瞬時風速曾達28 m/s。隧址區附近無大型地表水體。

2.3 區域地質構造及地震

(1)區域地質構造

隧址區所處大地構造位于揚子板塊下揚子褶皺沖斷帶。近場區主要斷裂有金壇—南渡斷裂(F2)、溧陽—南渡斷裂(F4)、溧陽—廟西斷裂(F5)。其中金壇—南渡斷裂為晚第四紀活動斷裂，距離本項目較遠；其余斷裂均非全新世活動斷裂。總體而言，近場區斷裂對本工程場地穩定性影響不大。

(2)地震

根據《中國地震動參數區劃圖》(GB 18306—2015)，項目所在區域為常州市溧陽市溧城鎮，II類場地基本地震動峰值加速度值為0.10 g，相當于抗震設防烈度7°，基本地震動反應譜特征周期為0.35 s。

2.4 地層巖性

隧址區主要地層為第四系全新統(Q)人工填土、殘坡積黏土及碎石土、侏羅系上統大王山組(J)全～中風化安山巖、二疊系孤峰組(P)全～中風化硅質頁巖、二疊系棲霞組(P)中風化灰巖。

2.5 水文地質條件

(1)地表水

項目區地表水主要以雨季洪流為主，局部分布魚塘，水量受季節性影響變化較大，其自然排泄暢通，無其它大型地表水體。地表水位位于隧道底板以下，不會產生倒灌。

(2)地下水

根據地下水埋藏特征，場地地下水類型為潛水、基巖裂隙水(構造裂隙水)、巖溶水。

潛水主要賦存于淺部填土及碎石土中，其主要接受大氣降水的入滲補給和地表水側向補給，以垂直蒸發和徑流方式排泄。據區域水文地質資料，隧址區潛水水位年變幅約為1.0 m，勘察期間量測鉆孔內穩定水位埋深為0.25～7.60 m，標高為5.71～11.45 m。

基巖裂隙及構造裂隙水、巖溶水主要賦存于裂隙、巖溶管道中，主要接受大氣降水、潛水的入滲補給，以徑流方式排泄。項目區巖體破碎，裂隙及巖溶發育富水性較差。勘察期間未見裂隙水、巖溶水。

3 采用的勘察方法

本項目具有構造斷裂發育、巖性種類多、外業開展難度大等特點，且路線穿越灰巖區，故本次勘察采用工程地質調繪、鉆探、原位測試(包括標準貫入試驗、重Ⅱ動力觸探試驗、孔內波速測試等)、注水水文試驗、室內巖土水試驗、物探等綜合勘察手段。其中，物探先采用了高密度電法，后又結合場地條件及隧道埋深，采用了國內新近技術——反磁通瞬變電磁法。該物探方法從理論和儀器上實現了純二次場的觀測。其裝置示意圖詳見圖1。

圖1 反磁通瞬變電磁法裝置示意圖

反磁通瞬變電磁測線的布設：沿左、右隧道、車行橫洞、人行橫洞洞軸線各布置1條測線；隧道進出洞口、路塹開挖段等垂直路線布設橫向測線，其中進出洞口上中下各3條、路塹開挖段布設2條。

勘探孔的布設以機鉆孔為主。隧道進、出洞口位置結合物探測線各布設2個鉆孔；洞身鉆孔位置結合地形、地質調繪和物探成果布設，布設在隧道結構外側3～5 m，間距控制在50～100 m。

4 取得的成果

通過采用反磁通瞬變電磁法，結合傳統的勘察手段，查明了工程地質水文地質條件如下。

4.1 斷裂構造的分布及類型

項目區有二十多條斷層及破碎帶，其分布詳見圖2。這些斷層根據上下盤相對位置，分為正斷層、逆斷層、平移斷層等斷層類型。按方向分為：北北西向，如圖中f 6～f 8；北東東向，如圖中f 13～f 16；北北東向，如圖中f 24、f 25；北西西向，如圖中f 26、f 29等。

圖2 項目區斷裂構造圖

4.2 巖性種類及分布

項目區巖性主要有屬于火成巖類的侏羅系安山巖，屬于沉積巖類的二疊系頁巖、灰巖及泥盆系石英砂巖。其分布詳見圖3。

圖3 項目區巖性分布圖

4.3 巖溶發育情況

初步擬定的設計方案穿越灰巖區約480 m，在分析物探成果的基礎上實施了6個鉆孔，均揭示溶洞發育，鉆孔遇洞率100%，線巖溶率21.5%，綜合分析屬巖溶強發育區。溶洞高8.0～23.1 m，溶洞以半填充為主，充填物主要為可塑狀態的碎石土，局部無填充。

5 對路線方案的優化

經過本次勘察，隧址區的工程地質條件總體較復雜，特別是巖溶強發育，對隧道的設計及施工均有較高要求，造價也較高，故經過地質選線，提出了繞避的優化方案A及方案B。

優化方案A：路線由入口一進洞，從出口二出洞。沿線穿越地層主要為安山巖與頁巖。該方案局部穿越灰巖，經物探及鉆探揭示長度約180 m，且僅1孔發育溶洞，洞高6.8 m，巖溶發育程度較原方案明顯降低，且該方案雖與多條斷層相交，但交角均較大。

優化方案B：路線由入口二進洞，從出口一出洞。沿線穿越地層主要為安山巖與石英砂巖。該方案穿越灰巖長度約180 m，但該路線與f7斷層重疊，巖體極破碎。

地質必選情況：方案A和方案B雖仍穿越灰巖區，但長度較原方案減少了300 m，且巖溶發育程度較原方案低，均優于原方案；方案B斷層重疊，巖體極破碎，原方案穿越多條斷裂，且個別呈小角度相交，巖體較破碎，方案A雖穿越多條斷裂，但都以大角度交叉，巖體相對完整。綜合分析方案A優于原方案及方案B，故推薦方案A為最終優化方案。優化路線詳見圖4。