羅依溪特長隧道工程地質(zhì)評價

陳 俊

(湖南省永吉高速公路建設(shè)開發(fā)有限公司，湖南 吉首 416000)

0 引言

永順至吉首兩階段施工圖設(shè)計共設(shè)隧道8 718.75 m/4座，羅依溪隧道是永吉高速公路第一特長巖溶隧道，4 262.25 m。該隧道為分離式隧道。左洞起于K24+762，終于K29+022，隧道設(shè)計高程為318.89～282.27 m，隧道洞高約 7.00 m，全長4 260 m;右洞起于 YK24+764，終于 YK29+022，隧道設(shè)計高程為318.88～283.08 m，隧道洞高約7.00 m，全長4 258 m。工程地質(zhì)條件復雜。本文對其工程地質(zhì)進行分析，力求為隧道設(shè)計提供技術(shù)支持。

1 工程地質(zhì)條件分析

1.1 地形地貌

該隧道所處地貌屬于巖溶中低山地貌，隧道沿線地形起伏較大，地面高程在290.0～803.7 m 之間，隧道最大埋深約500 m。沿線植被較為發(fā)育，主要為雜樹、灌木等，山頂上居住有多個村落。

隧道進口端左洞洞門處邊坡較陡，坡角40°左右，隧道左、右洞軸線與等高線右交角90°，洞口軸線與地形的關(guān)系屬坡面正交型，無偏壓。

隧道出口端左洞洞門正位于一突出山嘴處，其邊坡坡角50°左右，隧道左洞軸線與等高線右交角約90°，洞口軸線與地形的關(guān)系屬坡面正交型，無偏壓;隧道出口端右洞洞門處邊坡較陡，坡角50°左右，隧道右洞軸線與等高線右交角約120°，洞口軸線與地形的關(guān)系屬坡面斜交型，右洞左側(cè)有輕微偏壓。其中K28+600～K28+800 段縱坡很陡，有兩級明顯的陡崖，最大崖高約100 m。

該隧道進口段坡下有省道S229 通過，交通較為方便。

1.2 地層巖性

根據(jù)本次工程地質(zhì)調(diào)繪和鉆孔揭露，勘察區(qū)內(nèi)的地層由上而下為第四系更新統(tǒng)(Qp);寒武系上統(tǒng)比條組(∈3b)、車夫組(∈3c);寒武系中統(tǒng)花橋組(∈2h)、敖溪組(∈2a);寒武系下統(tǒng)清虛洞組(∈1q)、杷榔組(∈1p)，現(xiàn)由新到老分述如下。

1.2.1 第四系更新統(tǒng)( Qp)

粉質(zhì)粘土:褐紅色，硬塑狀。主要屬坡洪積成因，層厚1.60～4.60 m，分布于山坡坡腳及山間凹溝內(nèi)。

1.2.2 寒武系上統(tǒng)比條組( ∈3b)

條帶狀灰?guī)r:以灰色灰?guī)r為主，雜少量深灰色泥質(zhì)條帶，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，微風化，巖質(zhì)堅硬，巖體較完整。深灰色不規(guī)則泥質(zhì)條帶間距一般1～2 cm，條帶寬2～6 mm，條帶邊界呈不規(guī)則波紋。隧道左洞 K24+762～K25+970，右洞 YK24+764～YK25+970 段穿過該層。

1.2.3 寒武系上統(tǒng)車夫組( ∈3c)

條帶狀灰?guī)r:以灰色灰?guī)r為主，雜少量深灰色泥質(zhì)條帶，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，微風化，巖質(zhì)堅硬，巖體較完整。深灰色不規(guī)則泥質(zhì)條帶間距一般1～3 cm，條帶寬2～25 mm，條帶邊界多呈不規(guī)則波紋，往下呈規(guī)則條帶狀。隧道左洞K24+970～K26+940，右洞 YK24+970～YK26+940 段穿過該層。

1.2.4 寒武系中統(tǒng)花橋組( ∈2h)

隧道左洞K26+940～K27+520，右洞 YK26+940～YK27+520 段穿過該層。

條帶狀泥質(zhì)灰?guī)r:以深灰色泥質(zhì)灰?guī)r為主，雜少量淺灰色灰?guī)r質(zhì)條帶，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，微風化，巖質(zhì)較硬，巖體較完整。淺灰色灰質(zhì)條帶間距一般10～50 cm，條帶寬1～3 cm，條帶邊界較清晰～清晰。巖芯多呈短柱狀。該層底部為一套泥質(zhì)灰?guī)r。隧道左洞K26+050～K27+790，右洞YK26+050～YK27+790 段穿過該層。

泥質(zhì)灰?guī)r:深灰色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，厚層狀構(gòu)造，巖質(zhì)較硬，陡傾角方解石細脈稍發(fā)育。

1.2.5 寒武系中統(tǒng)敖溪組( ∈2a)

隧道左洞K27+520～K28+560，右洞 YK27+520～YK28+560 段穿過該層。

白云巖:淺灰－灰白色，微風化，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，中層狀構(gòu)造，巖質(zhì)堅硬，巖體較破碎。

白云質(zhì)灰?guī)r:淺灰色，微風化，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，中層狀構(gòu)造，巖質(zhì)堅硬，巖體較完整。

泥灰?guī)r:深灰色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層構(gòu)造，巖質(zhì)較軟，巖體較完整，巖芯多呈柱狀。

灰?guī)r夾頁巖:淺灰色灰?guī)r與黑色頁巖呈互層出現(xiàn)，巖質(zhì)軟硬不均;其中灰?guī)r巖堅硬，頁巖巖質(zhì)較軟。灰?guī)r單層厚度以10～80 cm 為主，頁巖單層厚度以15～60 cm 為主。

1.2.6 寒武系下統(tǒng)清虛洞組( ∈1q)

灰?guī)r:灰色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層構(gòu)造，節(jié)理裂隙稍發(fā)育，巖體較完整。隧道左洞K28+560～K28+780，右洞 YK28+560～YK28+780 段。

1.2.7 寒武系下統(tǒng)杷榔組( ∈1p)

頁巖:粉細粒結(jié)構(gòu)，頁片狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙稍發(fā)育，局部見方解石脈充填。隧道左洞K28+780～K29+022，右洞 YK28+780～YK29+022 段穿過該層。

強風化:褐黃色，巖質(zhì)軟，巖體較破碎，巖芯呈餅狀、塊狀。厚1.20 m。

微風化:灰黑色、黑色，巖質(zhì)較硬，巖體較完整，巖芯多呈短柱狀、柱狀。

1.3 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造

隧道區(qū)所在的區(qū)域位于舒緩的烈夕向斜南東翼，隧道區(qū)內(nèi)未見大的斷層發(fā)育，區(qū)域穩(wěn)定性較好。巖層主要呈單斜產(chǎn)出，局部產(chǎn)狀略有變化。

1.4 地震

根據(jù)國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局2001年2月2日發(fā)布的《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》，項目區(qū)內(nèi)平坦穩(wěn)定的中硬場地50 a 超越概率10%的地震動峰值加速度＜0.05g，對應(yīng)地震基本烈度小于Ⅵ度。

1.5 水文地質(zhì)條件

隧道區(qū)地下水類型主要為孔隙水、巖溶地下水，其中孔隙水主要賦存于零星分布的第四系土層內(nèi)，其水量貧乏，難形成穩(wěn)定的地下水面，對隧道影響小;巖溶水主要賦存于灰?guī)r的巖溶裂隙、巖溶管道中，水位埋深較深;局部高程較高處的半坡上亦有少量巖溶地下水以下降泉的形式排泄，此為當?shù)亍吧巾敶迕瘛钡闹饕a(chǎn)、生活水源，水量一般較小，其單眼水量一般1～15 t/d，久旱時多會干枯，這亦是“山頂村民”能世代維持生計，又常感用水緊張的窘狀。

隧道區(qū)巖性多為可溶巖，但均含有一定量的泥質(zhì)含量，故該隧道區(qū)內(nèi)巖溶總體上應(yīng)屬輕微發(fā)育，僅局部巖溶發(fā)育，巖溶水總體上對隧道開挖影響小;但結(jié)合該隧道埋深大的具體情況分析，在該隧道的開挖過程中不排除遇見集中徑流的巖溶水通道的可能，針對此點，建議在隧洞施工過程中重點監(jiān)測、預(yù)報。

1.6 巖土物理力學參數(shù)

室內(nèi)巖石試驗成果如表1所示。

表1 室內(nèi)巖石單軸抗壓強度試驗成果表

1.7 工程物探

為探明隧道洞身處圍巖級別及地質(zhì)情況，在本隧道區(qū)布置了物探工作。2010年9月曾沿原初勘隧道線位，布置了瞬變電磁測線TEM1－TEM1'，2011年6月沿原詳勘隧道線位布置了瞬變電磁測線TEM2－TEM2'，經(jīng)綜合兩測線物探成果及K26+800～K27+550 段布置的縱橫測線 TEM－A、TEM－B、TEM－C、TEM－D 物探成果，全隧道物探異常主要解釋為溶蝕裂隙帶、溶洞發(fā)育帶等。

同時在隧道區(qū)內(nèi) ZK25－2、ZK26－1、ZK27－2 這3 個鉆孔內(nèi)進行了孔內(nèi)測井，測得巖體聲波波速及電位電阻率曲線變化相對都較小，說明巖體性質(zhì)整體變化不大，聲波波速多為4.0 km/s，說明巖體基本完整，只有少部分裂隙稍發(fā)育。具體發(fā)育位置及深度詳見綜合測井圖(略)。

1.8 隧道圍巖分級

根據(jù)巖石堅硬程度和巖體完整程度的定性特征、室內(nèi)巖石測試成果、綜合地質(zhì)調(diào)查、物探和地下水、巖層產(chǎn)狀等對圍巖級別的影響，根據(jù)《公路隧道設(shè)計規(guī)范》(JTG D70－2004)附錄 A 計算出圍巖［BQ］值及圍巖級別如表2。

表2 隧道圍巖基本質(zhì)量計算表

根據(jù)表3的計算結(jié)果，對照《公路隧道設(shè)計規(guī)范》(JTG D70－2004)表3.6.5，微風化條帶狀灰?guī)r、條帶狀泥質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r均分級為Ⅲ級;微風化泥灰?guī)r、微風化頁巖分級為Ⅳ級。

但隧道區(qū)局部很可能遇到巖溶發(fā)育段，溶蝕裂隙、溶縫發(fā)育、巖體完整性較差，建議設(shè)計時按降低一級考慮;另外隧道進、出口段，因隧道埋深淺，而淺部溶蝕溝槽相對發(fā)育，甚至局部有薄層土層分布，而明顯影響圍巖穩(wěn)定性，均宜按Ⅴ級圍巖設(shè)計。具體分段樁號詳見《工程地質(zhì)縱斷面圖》(略)。

2 工程地質(zhì)評價

2.1 區(qū)域地質(zhì)穩(wěn)定性評價

隧道區(qū)所在的區(qū)域位于烈夕向斜南東翼，隧道區(qū)域內(nèi)巖層為單斜構(gòu)造，巖層產(chǎn)狀總體以325°～334°∠16°～20°為主，巖體較完整。

隧道區(qū)內(nèi)平坦穩(wěn)定的中硬場地50 a 超越概率10%的地震動峰值加速度＜0.05g，對應(yīng)地震基本烈度小于Ⅵ度。

故隧道區(qū)區(qū)域地質(zhì)穩(wěn)定性較好。

2.2 巖溶及其穩(wěn)定性評價

據(jù)本次地質(zhì)調(diào)查，隧道區(qū)巖溶輕微發(fā)育，隧道沿線及其附近的地表巖溶主要有巖溶漏斗、落水洞等，其規(guī)模一般不大，具體情況見表3。

表3 巖溶發(fā)育位置和規(guī)模

2.3 隧道圍巖穩(wěn)定性評價

2.3.1 永順端洞口段及仰坡穩(wěn)定性評價

隧道永順端洞門處邊坡較陡，坡體表層粘土層較薄，其下為微風化灰?guī)r，中厚層狀，巖質(zhì)堅硬，但淺表溶蝕溝槽發(fā)育，巖層斜傾向坡下，略呈順向坡，因此洞口段及仰坡穩(wěn)定性較差。根據(jù)洞口段的巖土特征，建議兩側(cè)邊坡及仰坡的坡比粉質(zhì)粘土層采用1∶1.25，微風化灰?guī)r采用 1∶0.5，并對仰坡進行噴錨防護、加強截、排水設(shè)計。

2.3.2 吉首端洞口段及仰坡穩(wěn)定性評價

隧道吉首端洞門處邊坡較陡，坡體表層粉質(zhì)粘土較薄，其下有薄層強風化頁巖，巖質(zhì)軟，巖體較破碎，往下變?yōu)橹酗L化頁巖，巖體較完整，巖層傾向坡上，產(chǎn)狀對洞門穩(wěn)定有利，因此洞口段及仰坡穩(wěn)定一般，根據(jù)洞口段的巖土特征，建議兩側(cè)土層及強風化層邊坡坡比、仰坡的坡比采用1∶1.25，中風化頁巖坡比可采用1∶0.75，并對仰坡進行錨桿加固、加強截、排水設(shè)計。

2.3.3 洞身段工程地質(zhì)評價

組成隧道洞身圍巖的巖性有多種，其中微風化條帶狀灰?guī)r、條帶狀泥質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r，其巖質(zhì)堅硬、巖體較完整，呈中厚層狀、薄層狀，屬Ⅲ級圍巖，其破壞形式以掉塊為主，一般難產(chǎn)生大的坍塌，其穩(wěn)定性一般～較好。

微風化泥灰?guī)r、頁巖巖質(zhì)較軟，巖體較完整，呈中厚層狀，屬IV 級圍巖，其破壞形式以掉塊為主，其穩(wěn)定性一般～較差。

據(jù)物探測度，隧道區(qū)有多處低阻異常，推測為溶蝕裂隙發(fā)育帶、溶洞發(fā)育帶，巖體完整性相對較差，受地下水影響較大，其穩(wěn)定性較低，建議按降低一級圍巖級別設(shè)計，并加強支護。

2.3.4 隧道開挖、支護、襯砌

洞口、洞身段:Ⅴ級圍巖段，其穩(wěn)定性差，易產(chǎn)生坍塌，建議在開挖時采用輔助工程措施，如采用噴混凝土+錨桿+鋼筋網(wǎng)的錨噴支護，二次襯砌建議采用模筑鋼筋砼結(jié)構(gòu);Ⅳ級圍巖段，開挖時可考慮在局部采用輔助工程措施，如采用超前錨桿等，其襯砌應(yīng)采用復合式襯砌，初期支護宜采用噴混凝土+錨桿+鋼筋網(wǎng)的錨噴支護，二次襯砌宜采用模筑鋼筋砼結(jié)構(gòu);Ⅲ級圍巖段，其襯砌應(yīng)采用復合式襯砌，初期支護可采用噴混凝土+錨桿的錨噴支護，二次襯砌宜采用模筑鋼筋砼結(jié)構(gòu)，當遇到巖溶發(fā)育較為強烈的地方按四級圍巖進行支護。

此外，施工時應(yīng)注意用小爆破開挖，并及時做好初期支護。

3 結(jié)束語

羅依溪隧道通過地區(qū)位于山區(qū)丘陵地帶，地質(zhì)情況復雜多變，前期應(yīng)采用適宜的物探方法，較準確地查明地質(zhì)情況。因物探解釋的多解性，“非準確、客觀性”，在施工過程中物探推測的溶蝕發(fā)育帶、溶洞發(fā)育帶的具體位置、規(guī)模可能與實際存在一定出入，施工時應(yīng)加強超前地質(zhì)預(yù)報工作、后期服務(wù)人員的動態(tài)確認與修正設(shè)計工作，為工程順利安全進行、保證工程質(zhì)量打下良好的基礎(chǔ)。

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