龍南隧道斷層F8-1地質核查及處理建議

李建輝 劉磊 趙小峰

1.江西省地質局第七地質大隊 江西 贛州 341000 2.贛州市水利電力勘測設計研究院 江西 贛州 341000

1 工程概況

龍南隧道施工安全風險最高段落為長185m的F8區域性大斷層破碎帶，最高水壓達0.5MPa，最大日涌水量達1.8萬m3，總涌水量達到3000余萬m3，在采用“增設迂回導坑排水、地表與洞內注漿相結合、加強支護結構”等綜合處理方案穿越F8斷層施工區域在后，又遇到F8-1斷層破碎帶，此斷層在前期勘察時未查明其存在。

在施工過程中，DK100+005～DK100+070掌子面多呈砂土夾碎塊狀，有明顯斷層破碎擠壓現象。開挖過程中DK100+010、DK100+066、DK100+061右側拱腳位置出水，從底部向上冒水，清水，高20～30cm，初始水量較大，流量約50m3/h，之后逐漸減小，后穩定在9m3/h。2019年12月27日下午15:40左右DK100+056.6拱部突然坍塌，坍塌體呈土夾碎石狀，無水，約2000m3。

2 工程地質、水文地質條件

龍南隧道屬低山區地貌，總體地勢為中間高兩端低，中部地勢陡峭，兩側稍緩和；區內最高海拔為860m，相對高差為100～500m，隧道最大埋深約為580m。溝谷內多發育溪流，局部溝底出露泥盆系老虎坳組（D2l）基巖，山坡及山間谷地植被較發育。F8-1斷層破碎帶附近隧道埋深90～110m。

F8-1斷層破碎帶附近地層巖性為：

（1）0 人工填土：稍密，潮濕，主要成份為碎石，層厚1.6～2.8m，平均層厚2.06m。

（11）3-0 砂巖：全風化（W4），灰褐色，芯呈土狀、砂土狀，受地下水浸泡軟化。層厚2.8～15.4m，平均層厚9.18m。

（11）3-1 砂巖：全風化（W4），灰褐色，原巖結構尚可辨，巖芯呈土狀、砂土狀，局部夾少量碎塊狀強風化，層厚1.0～42.8m，平均層厚13.92m。

（11）3-2 砂巖：強風化（W3），黃褐色、灰褐色，裂隙發育，巖芯破碎，多呈碎塊狀、塊狀，裂隙面不新鮮，層厚0.0～＞35.0m。

（11）3-3 砂巖：弱風化（W2），主要礦物成分為石英、長石，砂質結構，中厚層狀構造，節理裂隙發育，巖芯多呈柱狀、短柱狀，少量塊狀，節長一般5～35cm，RQD=45%。

區域上，F8-1斷層屬于中寨（全南）～江頭圩（安遠）大斷裂（F8）的次生斷裂，中寨～江頭圩大斷裂表現為一系列近于平行的斷裂構造，斷裂延伸40～70km，斷裂多為壓性斷裂，受旋扭作用影響，不同部位斷裂面傾向不一，性質互異，總體走向北偏東約40°。F8-1斷層應由小里程傾向大里程，視傾角約65°，洞身斷層破碎帶寬約50m，交于地表DK99+961～DK100+019附近。

圖1 龍南隧道斷層F8-1位置及產狀圖

測區地形切割較為強烈，相對高差較大，風化裂隙十分發育，地面植被層較發育，強風化層厚度較厚，大氣降水為地下水主要補給來源。部分大氣降水通過裂隙、斷層帶下滲后，通過包氣帶后由垂向徑流轉向水平徑流，其中大部分賦存于淺部的風化裂隙和構造裂隙中，通過短途徑的地下徑流后在溝谷中或懸崖部位以下降泉或散流形式排泄，地下水水位動態變化大，部分沿著大的構造裂隙和斷層破碎帶向深部徑流，成為深部地下水靜儲量的一部分。

鉆探過程中，部分鉆孔（分別位于DK100+045左側1.3m、DK100+065右側6.4m、DK100+065左側1.2m處）孔口有涌水現象，水頭高約5cm， DK100+064左側1.2m處有一處出水點，推測為斷層破碎帶內裂隙水集中出水口。本隧道施工過程中遇到斷層裂隙水集中流出，穩定流量25～30m3/h,即600～720m3/d，考慮豐水期系數，預測該段最大出水量為1080m3/d。

3 勘察成果

3.1 拱頂上部

受測區兩端臺車控制，拱頂反磁通瞬變電磁法勘探作業里程為DK100+030至DK100+120段。

圖2 DK100+030至DK100+120段拱頂電阻率剖面及三維視圖

從拱頂測剖的電性剖面來看，DK110+050至DK110+070段均存在較明顯的低電阻率凹槽，推測該區域拱頂圍巖完整性較差，推斷圍巖完整性較差。推測拱頂圍巖完整性差、有地下水富集的可能性。

3.2 隧底

3.2.1 地質雷達法

圖3 DK100+025至DK100+120段地質雷達剖面圖

從200MHz隧底地質雷達剖面來看，電磁波信號衰減較快，僅可以反應5m左右的深度，受仰拱鋼筋網影響，存在極強的多次波，勘探效果不佳；100MHz雷達有效信號深度約15m左右，同樣受到多次波影響，從振幅特征來看DK100+025至DK100+070段振幅較強，整體反應隧底以下圍巖區域含水率高。

3.2.2 反磁通瞬變電磁法

從圖4剖面來看，其中DK100+020至DK100+070段存在明顯的低電阻率凹槽，推測該區域隧底圍巖完整性差；DK100+070至DK110+090段存在一高阻突起，推斷為巖性變化影響（不排除外源電磁干擾造成數據畸變的可能性）；測線兩端存在的低阻異常為兩端臺車干擾影響反應。整體來看DK100+020至DK100+070段低阻槽反應明顯，推測隧底圍巖完整性差、有地下水富集；低阻槽形態變化整體來看，小里程方向低阻發育深度變化較緩慢，而大里程方向電阻率存在低阻與高阻突變的電性分界線，傾角陡立。

圖4 DK109+985至DK110+150段HPTEM電阻率剖面及三維視圖

3.2.3 機動鉆探

隧底隧底補充機動鉆孔布置平面圖及剖面成果見圖5。

圖5 DK100+005～+085隧底補充機動鉆孔布置圖

如圖5、圖6所示，通過地質鉆探取芯提示，斷層F8-1破碎帶內巖石風化強烈，頂部5.0～18.6含水量高，巖芯灰黃色，呈可塑土狀，土質軟弱；下部巖芯呈全風化土夾碎塊狀，灰黃色，稍濕，中密。F8-1破碎帶周邊巖體巖性為砂巖，灰白色，風化較強烈，巖芯破碎，RQD=10-40%。鉆進時孔口少量涌水。其中斷層F8-1在鐵路左線位置寬約30m，中線位置寬約45m，右線位置寬約36m，傾向小里程，推測傾角約70-80°。

圖6 左線、中線和右線剖面圖

4 結論

通過地質雷達、反磁通瞬變電磁法并結合地質鉆探等勘探手段揭示：

（1）DK100+025～+070范圍內隧道洞頂一定深度內存在松動巖體，最大厚度超過20m，不排除坍塌空洞的存在。

（2）結合本段開展的補充綜合勘探成果，判定在DK100+025～DK100+070間發育一陡傾斷層F8-1，傾向小里程端，傾角陡傾。受其影響，本段隧道基底巖體風化不均現象突出，發育承壓斷層裂隙水。根據承壓水觀測數據并結合地形地貌、區域水文地質條件，預測該段最大出水量為1080m3/d。

5 意見建議

（1） 拱頂加固處理，拱頂上部需根據松動巖體厚度、空腔位置采用加固處理。建議采用徑向注漿、超前大管棚等施工措施。DK100+025～DK100+070段斷層破碎帶內基底以下5.0～18.6m范圍內土質軟弱，地基承載力低，需進行地基加固處理。建議采用袖閥管注漿和混凝土樁復合地基等加固措施。

（2） 斷層內承壓水需進行專項防排水設計，建議增設排水洞減壓排水。加強超前地質預報，加強隧道變形監測。

6 結語

1、在山區隧道地質勘察時，由于地質構造的復雜性，地質鉆探施工困難且布孔數量有限，而物探存在電磁波受干擾及解譯的多解性，難免有未查明的破碎帶存在，施工時應加強地質超前預報，必要時及時做施工補充勘察。

2、當隧道施工遇到復雜地質構造時，易形成垮塌、涌水、等突發事故，軟弱的破碎帶承載力低、壓縮性高，后期還可能產生翻漿、地面沉陷等地質災害，應采取適當的圍巖加固及地基處理措施。