朱保坤 茍聯(lián)盟 張建濤 顧紅偉
(中設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司, 江蘇 南京 210014)
蘇錫常南部高速公路太湖隧道工程工程地質(zhì)綜述
朱保坤 茍聯(lián)盟 張建濤 顧紅偉
(中設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司, 江蘇 南京 210014)
蘇錫常南部高速公路太湖隧道項(xiàng)目為國(guó)內(nèi)最長(zhǎng)水下長(zhǎng)大隧道,涉及專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域廣、地貌類(lèi)型復(fù)雜。采用水上鉆探、原位測(cè)試、室內(nèi)試驗(yàn)、高密度電法、水文地質(zhì)試驗(yàn)等多種手段相結(jié)合的綜合勘察技術(shù),為設(shè)計(jì)和施工提供了完整、可靠的地質(zhì)基礎(chǔ)資料。針對(duì)不同區(qū)段、不同地質(zhì)特征提供了不同的支護(hù)建議方案。
太湖隧道;工程地質(zhì);水文地質(zhì);綜合勘察
蘇錫常南部高速公路太湖隧道工程起于無(wú)錫市馬山鎮(zhèn),向東穿越太湖梅梁湖湖域,在無(wú)錫市南泉鎮(zhèn)附近上岸,隧道全長(zhǎng)約10.79km,兩側(cè)敞開(kāi)段長(zhǎng)度共0.79km,中間暗埋段長(zhǎng)約 10.00km,其中湖中段長(zhǎng)約 9.20km。太湖隧道按雙向六車(chē)道高速公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)速度為100km/h,隧道設(shè)計(jì)使用年限不小于100年。根據(jù)前期方案比選和地質(zhì)條件,太湖隧道擬采用圍堰擋水明挖法施工,隧道底板最大埋深約 15m,隧道橫斷面寬約 43m。本項(xiàng)目勘察工作范圍包括太湖隧道主體工程、水中風(fēng)亭風(fēng)塔、地面設(shè)備用房、臨時(shí)及恢復(fù)大堤等。該項(xiàng)目工程地質(zhì)有這幾個(gè)主要特點(diǎn):
(1)地貌類(lèi)型多,水域面積大,場(chǎng)地地貌類(lèi)型有湖蕩平原、湖域、山間平原,湖西高程-0.6~1.0m,為湖蕩平原,湖東高程 1.9~2.7m,為山間平原,中間湖底高程-2.67~0.21m。
(2)本項(xiàng)目特殊性巖土之一為軟土,主要分布在湖蕩平原和湖域西部,其余路段零星揭示,厚度變化較大。
(3)隧道影響深度內(nèi)揭示有兩層承壓水,承壓水頭較高,對(duì)基坑降水要求較高。
(4)湖東陸域勘察揭示泥盆系砂巖,差異風(fēng)化強(qiáng)烈,巖面起伏較大,對(duì)隧道樁基礎(chǔ)持力層入巖深度的確定增加了難度。
針對(duì)不同的地貌類(lèi)型及構(gòu)造物特點(diǎn),采用水上鉆探、原位測(cè)試、室內(nèi)試驗(yàn)、高密度電法、水文地質(zhì)試驗(yàn)等多種手段相結(jié)合的綜合勘察技術(shù)[1],查明了隧址區(qū)的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件,為設(shè)計(jì)和施工提供了完整、可靠的地質(zhì)基礎(chǔ)資料[2]。本文主要介紹隧道主體工程的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件及評(píng)價(jià)。
K23+900~K24+460為太湖湖蕩平原區(qū),地勢(shì)低洼,地面一般標(biāo)高為-0.6~1.0m,十里明珠大堤頂標(biāo)高約4.0m,K24+460~K33+860為湖域,湖底標(biāo)高為-2.67~0.21m;K33+860~K34+690為山間平原區(qū),地面一般標(biāo)高為1.9~2.7m,太湖大堤頂標(biāo)高約為5.0m,本段路線(xiàn)南北分布有零星山丘,標(biāo)高約為5.7~41.5。
本區(qū)段表層局部1-2層軟土,上部為2-1層可~硬塑狀粉質(zhì)黏土,下為2-2層可塑狀粉質(zhì)黏土,中上部分布2-3層稍密狀粉土,中部連續(xù)分布2-4層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土,高孔隙比,高壓縮性,層頂埋深7.20~16.20m,層底埋深12.00~27.60m,勘察揭示層厚2.50~14.40m。其下依次主要為3-1層硬塑狀粉質(zhì)黏土、3-2層軟可塑狀粉質(zhì)黏土、4-1層硬塑狀黏土。其中K23+980~K24+010、K24+030~K24+310、K24+580~K24+620段表層分布 1-2層軟土,層頂埋深 0.00~2.80m,層底埋深0.20~5.30m,勘察揭示層厚0.20~4.00m。
(1)K23+890~K24+170:本段為岸邊淺埋段,挖深1.0~6.0m,隧道底板位于2-3層之上黏性土層之中,主要控制層位為1-2層軟土、2-3層粉土和2-4層軟土,1-2層軟土主要為魚(yú)蟹塘,應(yīng)清淤處理;2-3層粉土為中等透水層,其承壓水頭約-0.933m,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)進(jìn)行抗?jié)B和抗隆起驗(yàn)算,施工時(shí)應(yīng)采取適當(dāng)?shù)闹顾?、降壓降水措施,以防受其影響產(chǎn)生的透水事故。
基坑挖深較小,對(duì) 1-2層清淤處理后,建議采用放坡法施工,坡率建議值為1:1.5~1:2.0。建議在承載力和抗浮驗(yàn)算的基礎(chǔ)上,選擇隧道主體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)形式,建議采用樁基礎(chǔ),樁型可選擇鉆孔灌注樁或預(yù)制樁,4-1層硬塑黏土和4-1c層中密狀粉土為合適的基礎(chǔ)持力層。
(2)K24+170~K24+650:本段為深埋段,挖深一般為 6.0~11.5m,其中K24+400~K24+480在太湖大堤段挖深11.5~18.0m。隧道底板大部分位于2-4層上部,主要控制層位為1b層填土、1-2層軟土、2-3層粉土和2-4層軟土,大堤處有填土,表層50cm為路面結(jié)構(gòu),下部為素填土,迎水面為塊石防波堤;1-2層軟土零星分布,可挖除處理;2-3層粉土為中等透水層,其承壓水頭約-0.933m,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)進(jìn)行抗?jié)B和抗隆起驗(yàn)算,施工時(shí)應(yīng)采取適當(dāng)?shù)闹顾⒔祲航邓胧?,以防受其影響產(chǎn)生的透水事故。
基坑挖深較大,建議對(duì)上部的填土和軟土挖除處理,可采用放坡法、工法樁、鉆孔灌注樁相結(jié)合的支護(hù)方案。建議在承載力和抗浮驗(yàn)算的基礎(chǔ)上,選擇隧道主體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)形式,建議采用樁基礎(chǔ),樁型可選擇鉆孔灌注樁或預(yù)制樁,4-1層硬塑黏土和4-1c層中密狀粉土為合適的基礎(chǔ)持力層。
(3)K24+650~K25+560:本段為深埋段,挖深一般為10.0~13.1m,隧道底板位于2-3層之中,1-2層在該段缺失,主要控制層位為2-3層粉土和2-4層軟土;2-3層粉土為中等透水層,其承壓水頭約 1.254m,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)進(jìn)行抗?jié)B和抗隆起驗(yàn)算,施工時(shí)應(yīng)采取適當(dāng)?shù)闹顾?、降壓降水措施,以防受其影響產(chǎn)生的透水事故。
基坑挖深較大,淺部軟土缺失,可采用放坡法、工法樁、鉆孔灌注樁相結(jié)合的支護(hù)方案。建議在承載力和抗浮驗(yàn)算的基礎(chǔ)上,選擇隧道主體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)形式,建議采用樁基礎(chǔ),樁型可選擇鉆孔灌注樁或預(yù)制樁,4-1層硬塑狀黏土為合適的基礎(chǔ)持力層。
本區(qū)段表層連續(xù)分布厚層1-2層軟土,勘察揭示層厚0.60~10.50m,上部為2-1層可~硬塑狀粉質(zhì)黏土,下為2-2層可塑狀粉質(zhì)黏土,中上部分布2-3層稍密狀粉土,K25+680~K26+520段該層缺失,中部在K25+560~K25+920、K25+980~K26+010、K26+090~K26+190、K26+240~K26+310段揭示2-4層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土,高孔隙比,高壓縮性,層頂埋深7.60~15.60m,層頂標(biāo)高-16.30~-9.27m,層底埋深12.60~25.60m,勘察揭示層厚1.10~12.70m。其下依次主要為3-1層硬塑狀粉質(zhì)黏土、3-2層軟可塑狀粉質(zhì)黏土、4-1層硬塑狀黏土。
(1)K25+560~K25+680:本段挖深一般為 9.5~10.0m,隧道底板位于 2-3層之中,主要控制層位為1-2層軟土、2-3層粉土和2-4層軟土;表層1-2層軟土自西向東逐漸加深,層厚約0.5~7.0m,2-3層粉土為中等透水層,其承壓水頭約1.254m,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)進(jìn)行抗?jié)B和抗隆起驗(yàn)算,施工時(shí)應(yīng)采取適當(dāng)?shù)闹顾?、降壓降水措施,以防受其影響產(chǎn)生的透水事故?;油谏钶^大,軟土厚度逐漸變大,可采用工法樁、鉆孔灌注樁的支護(hù)方案。建議在承載力和抗浮驗(yàn)算的基礎(chǔ)上,選擇隧道主體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)形式,建議采用樁基礎(chǔ),樁型可選擇鉆孔灌注樁或預(yù)制樁,4-1層硬塑狀黏土為合適的基礎(chǔ)持力層。
(2)K25+680~K26+520:本段挖深一般為 9.5~11.8m,隧道底板位于 2-1層之中,主要控制層位為1-2層軟土和2-4層軟土,2-3層缺失;表層1-2層軟土連續(xù)分布,厚度約6.2~10.5m;2-4層局部缺失,揭示層厚1.10~12.70m,軟土厚度較大,強(qiáng)度低,以樁基穿過(guò)該層。基坑挖深較大,軟土厚度大,可采用工法樁、鉆孔灌注樁的支護(hù)方案。建議在承載力和抗浮驗(yàn)算的基礎(chǔ)上,選擇隧道主體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)形式,建議采用樁基礎(chǔ),樁型可選擇鉆孔灌注樁或預(yù)制樁,在承載力和沉降計(jì)算的基礎(chǔ)上確定樁徑樁長(zhǎng),4-1層硬塑狀黏土為合適的基礎(chǔ)持力層。
(3)K26+520~K27+010:本段挖深為 11.3~12.1m,隧道底板位于 2-3層之中,主要控制層位為1-2層軟土、2-3層粉土;表層1-2層軟土自西向東逐漸變薄,厚度約2.4~6.2m,2-3層粉土為中等透水層,其承壓水頭約1.254m,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)進(jìn)行抗?jié)B和抗隆起驗(yàn)算,施工時(shí)應(yīng)采取適當(dāng)?shù)闹顾⒔祲航邓胧?,以防受其影響產(chǎn)生的透水事故?;油谏钶^大,軟土厚度較大,可采用工法樁、鉆孔灌注樁的支護(hù)方案。建議在承載力和抗浮驗(yàn)算的基礎(chǔ)上,選擇隧道主體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)形式,建議采用樁基礎(chǔ),樁型可選擇鉆孔灌注樁或預(yù)制樁,4-1層硬塑狀黏土為合適的基礎(chǔ)持力層。
本區(qū)段表層零星分布1-2層軟土,主要揭示于K31+930~K32+150、K32+380~K32+900,勘察揭示層厚0.70~5.00m,上部為2-1層可~硬塑狀粉質(zhì)黏土,下為2-2層可塑狀粉質(zhì)黏土,中上部分布 2-3層稍密狀粉土,K30+150~K30+200、K31+770~K31+930段該層出露地表,中部在 K27+220~K27+290、K27+500~K27+560、K31+250~K31+670段揭示2-4層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土,高孔隙比,高壓縮性,勘察揭示層厚1.60~6.60m。其下依次主要為3-1層硬塑狀粉質(zhì)黏土、3-2層軟可塑狀粉質(zhì)黏土、4-1層硬塑狀黏土。
(1)K27+010~K29+600:本段為挖深為9.5~12.3m,隧道底板位于2-3層之中,主要控制層位為2-3層粉土,局部揭示3-1c層透鏡體粉土;2-3層粉土為中等透水層,其承壓水頭約2.66m,3-1c層粉土為中等透水層,其承壓水頭約1.25m,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)進(jìn)行抗?jié)B和抗隆起驗(yàn)算,施工時(shí)應(yīng)采取適當(dāng)?shù)闹顾⒔祲航邓胧?,以防受其影響產(chǎn)生的透水事故?;油谏钶^大,本段整體地質(zhì)條件較好,可采用放坡法、工法樁、鉆孔灌注樁的支護(hù)方案,若采用放坡法,建議邊坡坡率為1:1.5~2.0。建議在承載力和抗浮驗(yàn)算的基礎(chǔ)上,選擇隧道主體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)形式,建議采用樁基礎(chǔ),樁型可選擇鉆孔灌注樁或預(yù)制樁,4-1層硬塑狀黏土為合適的基礎(chǔ)持力層。
(2)K29+600~K32+900:本段為挖深為 9.4~12.7m,隧道底板位于 2-3層之中,主要控制層位為1-2層零星分布的軟土、2-3層粉土,局部揭示3-1c層透鏡體粉土;1-2層軟土揭示層厚0.70~5.00m。2-3層粉土為中等透水層,K30+150~K30+200、K31+770~K31+930段該層出露地表,其承壓水頭約2.66m,3-1c層粉土為中等透水層,其承壓水頭約-0.88m,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)進(jìn)行抗?jié)B和抗隆起驗(yàn)算,施工時(shí)應(yīng)采取適當(dāng)?shù)闹顾?、降壓降水措施,以防受其影響產(chǎn)生的透水事故?;油谏钶^大,本段整體地質(zhì)條件較復(fù)雜,可采用放坡法、工法樁、鉆孔灌注樁的支護(hù)方案,除表層軟土段外,可采用放坡法,建議邊坡坡率為1:1.5~2.0。建議在承載力和抗浮驗(yàn)算的基礎(chǔ)上,選擇隧道主體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)形式,建議采用樁基礎(chǔ),樁型可選擇鉆孔灌注樁或預(yù)制樁,4-1層硬塑狀黏土為合適的基礎(chǔ)持力層。
本區(qū)段表層零星分布1-2層軟土,主要揭示于K32+900~K33+160、K33+670~K33+880、K34+050~K34+500,勘察揭示層厚0.30~4.70m,上部為2-1層硬塑狀粉質(zhì)黏土,下為2-2層可塑狀粉質(zhì)黏土,局部缺失。其下依次主要為3-1層硬塑狀粉質(zhì)黏土、3-2層軟可塑狀粉質(zhì)黏土、4-1層硬塑狀黏土、5-1層殘積土,下部揭示泥盆系五通組砂巖,巖面有起伏,揭示埋深最淺為15.2m。
(1)K32+900~K33+800:本段為挖深為 9.8~12.2m,隧道底板位于 3-1層之中,主要控制層位為1-2層零星分布的軟土、局部揭示3-1c層透鏡體粉土;1-2層軟土揭示層厚0.30~3.10m。3-1c層粉土為中等透水層,其承壓水頭約-0.88m,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)進(jìn)行抗?jié)B和抗隆起驗(yàn)算,施工時(shí)應(yīng)采取適當(dāng)?shù)闹顾?、降壓降水措施,以防受其影響產(chǎn)生的透水事故?;油谏钶^大,本段整體地質(zhì)條件較好,可采用放坡法、工法樁、鉆孔灌注樁的支護(hù)方案,若采用放坡法,建議邊坡坡率為1:1.5~2.0。建議在承載力和抗浮驗(yàn)算的基礎(chǔ)上,選擇隧道主體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)形式,建議采用樁基礎(chǔ),樁型可選擇鉆孔灌注樁或預(yù)制樁,在承載力和沉降計(jì)算的基礎(chǔ)上確定樁徑樁長(zhǎng),4-1層硬塑狀黏土為合適的基礎(chǔ)持力層。
(2)K33+800~K34+680:K33+800~K34+180挖深為9.8~15.1m,K34+180~K34+180挖深為1.0~9.8m ,隧道底板位于2-1或3-1層之中,主要控制層位為1-2層局部分布的軟土。1-2層軟土揭示層厚0.70~4.70m?;油谏钪饾u變淺,本段整體地質(zhì)條件較好,可采用放坡法、工法樁、鉆孔灌注樁的支護(hù)方案,若采用放坡法,建議邊坡坡率為1:1.5~2.0,其中K33+710~K34+000位于海事搜救中心,不具備放坡條件,建議采用工法樁或鉆孔灌注樁。建議在承載力和抗浮驗(yàn)算的基礎(chǔ)上,選擇隧道主體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)形式,建議采用樁基礎(chǔ),樁型可選擇鉆孔灌注樁或預(yù)制樁,3-1層硬塑狀黏土及以下地層為合適的基礎(chǔ)持力層,下部巖面起伏較大,樁基施工時(shí)應(yīng)注意其風(fēng)化不均問(wèn)題。
項(xiàng)目區(qū)屬太湖水系,本標(biāo)段主要地表水體為太湖、東環(huán)堤河、橫大江等。太湖是流域洪水和水資源的主要調(diào)蓄湖泊。本標(biāo)段隧道穿越梅梁湖段湖底標(biāo)高在-2.67~0.21m左右,勘察期間隧道穿越段太湖水位標(biāo)高一般在1.46~3.03m,水深為1.60~5.20m,是一個(gè)典型的平原淺水型湖泊。地表水主要接受大氣降水和地表徑流補(bǔ)給,排泄途徑主要為蒸發(fā)和下滲。
項(xiàng)目受影響深度內(nèi)主要地下水為孔隙潛水、弱承壓水及基巖裂隙水,潛水主要賦存與淺部松散地層中,局部區(qū)域以上層滯水形式存在,其主要補(bǔ)給源為大氣降水、地表逕流,主要以人工用水、蒸騰作用排泄;弱承壓水主要分布于中下部砂性土層中,其上下均分布有黏性土隔水層,主要接受地表水及上層潛水下滲。勘察期間在太湖隧道段對(duì)2-3層、3-1c層進(jìn)行5組抽水試驗(yàn)和水位觀測(cè),數(shù)據(jù)分析后得到:2-3層滲透系數(shù)約為 4.0×10-4~4.8×10-3cm/s,靜止水位標(biāo)高約為-0.93~2.66m;3-1c層滲透系數(shù)約為2.1×10-3~7.3×10-3cm/s,靜止水位標(biāo)高約為-0.88~1.25m;基巖裂隙水主要見(jiàn)于隧道出口段低山丘陵區(qū)泥盆系砂巖裂隙水含水巖組。
本項(xiàng)目選擇代表性地段取地下水及地表水進(jìn)行水質(zhì)分析試驗(yàn),依據(jù)試驗(yàn)成果地表水水化學(xué)類(lèi)型為Cl SO4—Na型水,地下水水化學(xué)類(lèi)型為HCO3SO4—Na Ca型水。根據(jù)《公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(JTG C20-2011)相關(guān)規(guī)定,按Ⅱ類(lèi)環(huán)境評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)判別:地表水及地下水對(duì)鋼筋混凝土具微腐蝕性,處于長(zhǎng)期浸水環(huán)境中對(duì)鋼筋混凝土中的鋼筋具微腐蝕性,地表水處于干濕交替環(huán)境中對(duì)鋼筋混凝土中的鋼筋具微腐蝕性,地下水處于干濕交替環(huán)境中對(duì)鋼筋混凝土中的鋼筋具微腐蝕性。
建議隧道區(qū)抗浮水位計(jì)算采用百年一遇洪水位(3.25m)。當(dāng)使用抗浮樁時(shí),建議采用鉆孔灌注樁或預(yù)制樁,樁底進(jìn)入下部3-1粉質(zhì)黏土層、4-1層黏土或下部巖層。
建議施工采用止水帷幕結(jié)合疏干降水的方式,止水帷幕采用三軸水泥攪拌樁,樁底穿透2-3層粉土進(jìn)入3-1層粉質(zhì)粘土不小于1.0m,設(shè)置于基坑坡頂外側(cè);疏干降水采用管井降水方案,降水主要目的是為保證基坑內(nèi)干燥作業(yè),降水水位控制值為基坑底面下0.5m。井點(diǎn)布設(shè)于邊坡坡頂及開(kāi)挖平臺(tái)處。施工前建議進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn),既要達(dá)到降水效果,保證基坑工程安全,又要較好地控制坑外地基變形。基坑內(nèi)外需設(shè)置適量的水位監(jiān)測(cè)孔,以監(jiān)測(cè)基坑范圍內(nèi)的地下水位,并可檢測(cè)降水對(duì)周?chē)坏挠绊懀刂浦車(chē)孛娴某两怠?/p>
本工程勘察期間做了太湖隧道開(kāi)挖土方綜合利用專(zhuān)題研究,根據(jù)隧道主體工程勘察成果,15m開(kāi)挖深度之內(nèi)共分為5個(gè)主要層位:1-2層、2-1層、2-3層、2-4層、3-1層,對(duì)其分層取土試驗(yàn)研究,其中1-2層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土劃為C類(lèi)土,不建議使用,若必須使用時(shí),應(yīng)剔除淺部浮淤后,在專(zhuān)門(mén)試驗(yàn)研究指導(dǎo)下進(jìn)行特殊處理后使用;2-1層、3-1層為A類(lèi)土,推薦使用,土性有高液限黏土和低液限黏土;2-3層為D類(lèi)土,水穩(wěn)性較差;2-4層為B類(lèi)土,不推薦使用,若需使用,需經(jīng)充分晾曬、摻灰處理后可用。
(1)項(xiàng)目針對(duì)不同的地貌類(lèi)型及構(gòu)造物特點(diǎn),采用綜合勘察技術(shù),查明了隧址區(qū)的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件,為設(shè)計(jì)和施工提供了完整、可靠的地質(zhì)基礎(chǔ)資料。
(2)通過(guò)對(duì)隧址區(qū)沿線(xiàn)的地質(zhì)條件分析,對(duì)不同區(qū)段、不同地質(zhì)特征提供了不同的支護(hù)建議方案。
(3)建議采用百年一遇洪水位進(jìn)行抗浮水位計(jì)算,針對(duì)地下水問(wèn)題,施工時(shí)應(yīng)采取適當(dāng)?shù)闹顾⒔祲航邓胧?/p>
[1]接道波,徐春明,唐善普,吳家銘.南京市祿口國(guó)際機(jī)場(chǎng)二期建設(shè)工程工程地質(zhì)綜述[J].西南公路,2016,(3):90-93.
[2]陳志輝.綜合勘察技術(shù)在巖土工程勘察中的應(yīng)用[J].江西建材,2017,(4):228-229
U452.1+1
A
1007-6344(2017)10-0073-02
朱保坤(1986-),男,河南固始人,碩士,工程師,主要從事巖土工程工作。