齊云山隧道工程地質(zhì)條件的調(diào)查與評價

胡為然

1 概述

齊云山位于安徽省休寧縣城西15 km處，群山俊秀，奇峰挺拔，因其“一石插，直入云端與碧云齊”而得名。景區(qū)面積110 km2，分為月華街、樓上樓、云巖湖、橫江四大游覽區(qū)，是一處集丹霞地貌、道教文化、摩崖石刻，融山光水色于一體的國家重點風(fēng)景名勝區(qū)。

由于旅游建設(shè)的需要，勘察設(shè)計周期較緊張，為了盡快完成設(shè)計任務(wù)，盡量保護(hù)生態(tài)環(huán)境，本次勘察工作收集了很多相關(guān)基礎(chǔ)資料，針對隧址區(qū)地質(zhì)條件，地形地貌特征，采取以工程地質(zhì)調(diào)繪為主，結(jié)合少量探坑、取樣測試及水質(zhì)分析對隧道區(qū)進(jìn)行綜合工程地質(zhì)勘察。

2 隧址區(qū)域地質(zhì)背景

2.1 地形地貌

齊云山位于風(fēng)景秀麗的黃山市境內(nèi)，東西長16 km，南北寬6.9 km，面積110 km2。以典型丹霞地貌為特色，其丹霞地貌類型齊全，屬峰叢式丹霞地貌，集奇、險、秀、美于一身，區(qū)內(nèi)奇峰崢嶸、怪石嶙峋、丹崖赤壁危立、重巒疊嶂、千姿百態(tài)?？傮w來說丹霞地貌有三大特點:1)頂平:與水平巖層有關(guān)，露出的都是巖層面。2)身陡:陡崖較多，與垂直節(jié)理裂隙發(fā)育有關(guān)。3)麓緩:巖石崩塌，在山麓形成坡積裙，風(fēng)化形成泥土，植物生長茂盛。

齊云山丹霞地貌是在漫長的地質(zhì)歷史時期產(chǎn)生、演化而成。在距今9000萬年～6500萬年間的晚白堊世沉積了紫紅色礫巖、砂巖互層的淺湖相—山麓河流相沉積，構(gòu)成了齊云山丹霞地貌的物質(zhì)基礎(chǔ)，在新構(gòu)造運動中，該區(qū)經(jīng)歷了隆升過程，巨厚的白堊系沉積物變成了海拔500 m～600 m的山體。抬升過程中形成的斷裂、節(jié)理，形成了齊云山丹霞地貌的展布格局;近水平的地層產(chǎn)狀和巖性的差異，為平臺、崖洞等丹霞地貌景觀的形成提供了條件。地殼抬升、流水和重力作用是齊云山丹霞地貌景觀形成的直接因素。

2.2 地層

根據(jù)野外調(diào)查和勘探資料，隧址區(qū)地層主要有:

①全新統(tǒng)殘破積層(Qel+dl4):灰黃色，潮濕，稍密，為砂巖及礫巖風(fēng)化殘積土夾碎石，主要分布于山麓，厚度2 m左右。

②白堊紀(jì)晚世齊云山組鈣質(zhì)、泥質(zhì)砂巖、礫巖交互層(K2q):紫紅色、磚紅色，碎屑結(jié)構(gòu)，薄～厚層塊狀構(gòu)造，巖層產(chǎn)狀近水平，鈣質(zhì)膠結(jié)為主、泥質(zhì)膠結(jié)為輔，全、強風(fēng)化層薄，總體為中～微風(fēng)化狀態(tài)，巖體較完整堅硬。

巖層中的碎屑物質(zhì)有的大，有的小，而且交錯出現(xiàn)。地質(zhì)學(xué)上將這種現(xiàn)象叫做“韻律層”。不同巖層中的碎屑物質(zhì)有的大有的小，則稱做大型韻律層。如果在同一個巖層中，顆粒物質(zhì)也出現(xiàn)顆粒大小的成層分布，則稱小型韻律層。

在沉積過程中地勢的影響是齊云山白堊系紅層出現(xiàn)大型韻律層的根本原因;沉積過程中洪水期和平水期交替出現(xiàn)是白堊系紅層小型韻律層產(chǎn)生的原因。這種長年累月的粗細(xì)交錯沉積，就是今日齊云山砂巖和礫巖互層出現(xiàn)的原因。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

隧址區(qū)位于揚子陸塊東南部，自中元古代以來，經(jīng)歷了多期次的構(gòu)造活動，主控構(gòu)造為齊云山向斜、東閣向斜及鄭家塢斷層，走向東西。構(gòu)造變形以脆性變形或斷裂為主，褶皺及疊加褶皺相對簡單，基本保持水平層理，垂直節(jié)理、裂隙發(fā)育。

地質(zhì)調(diào)繪查明節(jié)理裂隙發(fā)育～不發(fā)育，均為張性節(jié)理?？傮w來看，巖體較完整。各主要觀測點節(jié)理統(tǒng)計見表1。

表1 隧址區(qū)各觀測點節(jié)理統(tǒng)計表

2.4 水文地質(zhì)

1)地表水。隧址區(qū)地表水系屬長江水系，主要河流為新安江兩大支流——率水、橫江，從齊云山南北兩側(cè)流過，流向由西至東。區(qū)內(nèi)河流為典型的山區(qū)河流，流域面積小，河谷狹窄，河流下切強烈;河床基巖裸露或覆蓋薄層的礫卵石、漂石;河谷縱坡比大，河流水流湍急。這些山區(qū)河流，暴雨和山洪同時發(fā)生。暴雨季節(jié)洪峰流量、水位猛漲陡落，在降雨發(fā)生后1 d～2 d或幾小時內(nèi)，便可使河流徑流量猛增，出現(xiàn)很大的洪峰;隨著降雨中止，流量迅速下降，洪峰隨之消失。河流水位的變化對擬建工程無影響。

2)地下水。隧址區(qū)地下水水量較貧乏，屬水量較貧乏的塊狀巖類裂隙含水巖組，含水層巖性為白堊紀(jì)晚世齊云山組鈣質(zhì)、泥質(zhì)砂巖、礫巖交互層(K2q)，地下水賦存于風(fēng)化裂隙及構(gòu)造裂隙中，單井涌水量小于10 m3/d，地下水位埋深為5.0 m～15.0 m，礦化度 0.1 g/L ～0.3 g/L，pH 值 7.3，水質(zhì)類型為 HCO3—Ca及HCO3—Ca·Na型。地下水的補給方式主要為大氣降水，排泄方式主要為地下泄流和地表蒸發(fā)。

3 工程地質(zhì)條件綜合評價

3.1 圍巖級別確定

根據(jù)中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JTG D70-2004公路隧道設(shè)計規(guī)范及交通部標(biāo)準(zhǔn)JTJ 064-98公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范，結(jié)合本次調(diào)繪、試驗等勘察成果，按圍巖或土體結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征、受構(gòu)造影響及節(jié)理裂隙發(fā)育程度等定性特征及圍巖基本質(zhì)量指標(biāo)BQ定量特征，綜合確定隧道圍巖級別。以隧道進(jìn)洞口巖石為例，隧道圍巖物理力學(xué)指標(biāo)見表2。

表2 隧道圍巖物理力學(xué)指標(biāo)

根據(jù)上述試驗確定巖體(巖石)物理力學(xué)指標(biāo)，初步確定圍巖級別，計算如下:

BQ=90+3Rc+250Kv=90+3 ×40.57+250 ×0.5=336.71。

為了準(zhǔn)確確定圍巖級別，根據(jù)隧址區(qū)圍巖地質(zhì)條件對巖體基本質(zhì)量指標(biāo)BQ進(jìn)行修正:

［BQ］=BQ －100(K1+K2+K3)=384.4 －100 ×(0.2+0.2+0)=296.71。

計算結(jié)果表明，修正的圍巖基本質(zhì)量指標(biāo)［BQ］=296.71＞251，所以該段隧道圍巖級別應(yīng)確定為Ⅳ級，隧道其他段落圍巖級別參照此計算結(jié)果，并結(jié)合調(diào)繪資料綜合確定，見表3。

表3 隧道圍巖分級一覽表

3.2 穩(wěn)定性評價

隧道進(jìn)出口基巖裸露，巖性為砂巖與礫巖互層，中～微風(fēng)化。砂巖層厚40 cm～80 cm，礫巖層厚10 cm～40 cm，巖性堅硬，錘擊聲脆。節(jié)理裂隙發(fā)育～不發(fā)育，巖體破碎～較完整。自然邊坡基本穩(wěn)定，建議早進(jìn)洞，晚出洞，注意保護(hù)自然生態(tài)，確保仰坡穩(wěn)定。由于位于低山埡口位置，地表水匯集，進(jìn)洞口段容易產(chǎn)生沖刷滲漏，在雨季施工或不正確施工可能產(chǎn)生洞頂?shù)魤K、坍塌現(xiàn)象，應(yīng)加強防護(hù)，并采取防水、截流、疏排、堵漏措施。

隧道洞身巖體較完整，中厚層結(jié)構(gòu)。成洞條件較好，利于施工，但由于巖層產(chǎn)狀水平，巖性脆，易產(chǎn)生垂直節(jié)理裂隙，開挖時應(yīng)采用小劑量爆破，并注意支護(hù)。地下水水量較貧乏，屬水量較貧乏的塊狀巖類裂隙含水巖組，雨季時可能有點滴狀出水。

3.3 不良工程地質(zhì)問題

1)坍塌。隧道進(jìn)、出口段巖性為砂巖與礫巖互層，節(jié)理裂隙發(fā)育～不發(fā)育，巖體較完整，但由于巖層產(chǎn)狀水平，巖性脆，易產(chǎn)生垂直節(jié)理裂隙，開挖時應(yīng)采取合適工藝，防止由于施工不當(dāng)而造成巖體開裂，產(chǎn)生掉塊、坍塌現(xiàn)象，建議采取有效的工程防護(hù)措施。2)淺埋。隧道進(jìn)、出洞口埋深較淺，且位于低山埡口位置，上部山坳有匯水面積，雨季地表水不及時疏排，容易滲漏滴水，在設(shè)計襯砌時，應(yīng)予以充分考慮，施工時應(yīng)做好防水、防漏工作。

4 結(jié)語

1)隧址區(qū)內(nèi)巖性為白堊紀(jì)晚世齊云山組碎屑沉積巖，為典型丹霞地貌巖石，巖性單一，構(gòu)造以升降運動為主，區(qū)域穩(wěn)定性較好，巖石完整性較好。但由于巖層發(fā)育韻律層，所以巖石的強度指標(biāo)應(yīng)取砂巖、礫巖的平均值。2)隧址區(qū)內(nèi)不良工程地質(zhì)現(xiàn)象主要為巖層產(chǎn)狀水平，巖性脆，易產(chǎn)生垂直節(jié)理裂隙，隧道進(jìn)、出口段開挖易掉塊、坍塌，對隧道施工特別在雨季施工影響較大。3)隧址區(qū)地下水水量較貧乏，為水量較貧乏的塊狀巖類裂隙水，對施工影響不大。地下水主要為大氣降雨補給，雨季時水量稍大，地下水對混凝土和鋼材無腐蝕性。

［1］JTJ 064-98，公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范［S］.

［2］JTG D63-2007，公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范［S］.

［3］JTG D70-2004，公路隧道設(shè)計規(guī)范［S］.