隧道工程巖土勘察與評價(jià)研究

陳俊杰

（安徽建材地質(zhì)工程勘察院有限公司，安徽 合肥）

隧道巖土工程作為一門綜合性的學(xué)科，勘察技術(shù)的要求很高，保證隧道巖土勘察工作的順利進(jìn)行。在隧道巖土工程中，應(yīng)嚴(yán)格制定勘探策略，認(rèn)真研究勘探方法，對隧道巖土進(jìn)行全面探測，保證勘察工作的順利進(jìn)行[1]。

1 工程概況

C1-02 段隧道位于池州市貴池區(qū)梅街鎮(zhèn)范圍內(nèi)。隧道起點(diǎn)樁號K1+773.0，終點(diǎn)樁號K4+310.0，長度2 537.0 m，最大埋深約176.5 m。隧址區(qū)植被發(fā)育，無民房分布。按《公路隧道設(shè)計(jì)細(xì)則》，該隧道為長隧道。隧道主要參數(shù)見表1。

表1 隧道主要參數(shù)一覽表

2 勘察方法與勘察工作量

2.1 勘察方法

本次勘察在收集相關(guān)資料的基礎(chǔ)上[2]，采用了工程地質(zhì)調(diào)繪、鉆探、物探及室內(nèi)巖石試驗(yàn)等手段，在勘察過程中嚴(yán)格按相關(guān)規(guī)范要求執(zhí)行，取得的成果真實(shí)可靠，滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求，查明了隧址區(qū)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，為隧道施工圖設(shè)計(jì)提供了可靠的地質(zhì)依據(jù)和參數(shù)。

2.2 勘察工作量

勘察完成主要工作量見表2。

表2 完成工作量統(tǒng)計(jì)

3 隧址區(qū)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件

3.1 地層

隧址區(qū)地層主要為志留系中統(tǒng)墳頭組（S2f）石英細(xì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖與粉砂質(zhì)頁巖互層（地層代號⑥層）、志留系下統(tǒng)高家邊組（S1g）粉砂質(zhì)頁巖（地層代號⑦層）、巖屑石英砂巖（地層代號⑧層）、泥質(zhì)頁巖、粉砂質(zhì)頁巖夾薄至厚層巖屑石英細(xì)砂巖（地層代號⑨層）及泥質(zhì)頁巖夾炭質(zhì)頁巖（地層代號⑩層），表層覆蓋第四系全新統(tǒng)殘坡積（Q4el+dl）碎石土（地層代號①層）。

3.2 地質(zhì)構(gòu)造

隧址區(qū)大地構(gòu)造單元隸屬揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)下?lián)P子臺(tái)坳。以梅村- 太平曹深斷裂為界，北南兩側(cè)可分為貴池背向斜帶和七都復(fù)背斜。貴池背向斜帶位于區(qū)域北西部，由桃坡背斜和潘橋向斜組成，以北東向線性緊閉褶皺為主，且多發(fā)生倒轉(zhuǎn)并伴有同褶皺期的斷裂構(gòu)造，其構(gòu)造形態(tài)較復(fù)雜。七都復(fù)背斜位于區(qū)域南東部，區(qū)內(nèi)潘橋向斜控制了查區(qū)內(nèi)主體構(gòu)造形態(tài)。為探明隧道段落內(nèi)構(gòu)造發(fā)育情況，本次勘察在收集區(qū)域地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，采用工程地質(zhì)調(diào)繪、鉆探、高密度電阻率法、瞬變電磁法、地震折射法、聲波測井等手段進(jìn)行綜合勘察。根據(jù)本次勘察結(jié)果，未發(fā)現(xiàn)隧址區(qū)分布有斷裂帶及破碎帶。

3.3 巖漿巖

隧址區(qū)內(nèi)無巖漿巖分布。

3.4 水文地質(zhì)條件

3.4.1 地表水

隧址區(qū)地表沖溝較發(fā)育，沖溝內(nèi)無常年流水，為季節(jié)性水流，受大氣降水影響較大。水流順山坡向溝底匯集。隧道入、出口段有沖溝分布。隧道入、出口段標(biāo)高高于地表徑流高程，因此入、出口段地表水對隧道影響較小。

3.4.2 地下水

隧址區(qū)地下水水量受大氣降水、地表水的影響，與地表水聯(lián)系密切，呈季節(jié)性變化。根據(jù)地下水蘊(yùn)藏于巖石儲(chǔ)體空間的特征，隧址區(qū)地下水可劃分為孔隙水和裂隙水兩類?？紫端饕x存于第四系全新統(tǒng)殘坡積層中，受大氣降水補(bǔ)給，富水性弱。裂隙水主要存在于巖體構(gòu)造節(jié)理裂隙中，接受大氣降水的補(bǔ)給和層間徑流的補(bǔ)給，并在風(fēng)化裂隙、構(gòu)造裂隙等的基礎(chǔ)上沿強(qiáng)、中風(fēng)化界面進(jìn)行匯集、運(yùn)動(dòng)，在斜坡坡腳及沖溝溝口等局部地勢相對較低的地方，以下降泉等形式進(jìn)行排泄出露，具有近源補(bǔ)給，就近排泄的特征。由于含水層受強(qiáng)風(fēng)化層厚度制約，地下水富水性屬貧～弱含水，故地下水流量不大。

3.5 隧道涌水量預(yù)測

隧道涌水量參照《鐵路工程水文地質(zhì)勘察規(guī)程》，采用降水入滲法對隧道滲水量進(jìn)行預(yù)測[3]：

式中：Qs- 隧道通過含水體地段的正常涌水量(m3/d)；α- 降水入滲系數(shù)，根據(jù)本區(qū)情況，取α=0.20～0.25；W- 年降水量，根據(jù)勘察區(qū)情況，多年平均降雨量取1 700 mm，最大年降雨量取2 200 mm；A- 隧道通過含水體地段的集水面積(km2)；L- 隧道通過含水體地段的長度(km)；B- 隧道涌水地段L 長度內(nèi)對兩側(cè)的影響寬度(km)。

根據(jù)圍巖級別、地形地貌及匯水面積對隧道分段，通過計(jì)算，分段預(yù)測隧道正常涌水量和最大涌水量，見表3。

表3 正常涌水量分段計(jì)算

根據(jù)降水入滲法預(yù)測隧道的涌水量，隧道單洞正常涌水量為1 557.41 m3/d，單洞最大涌水量為2 015.47 m3/d。

4 工程地質(zhì)條件評價(jià)

4.1 區(qū)域穩(wěn)定性

隧址區(qū)及附近無區(qū)域性大斷裂，未見有大型泥石流、滑坡等不良地質(zhì)作用發(fā)育。場地較穩(wěn)定，基本適宜本工程建設(shè)。

4.2 隧道洞口評價(jià)

4.2.1 隧道入洞口評價(jià)

隧道入洞口地表坡角較平緩，坡度在15°～45°，自然邊坡穩(wěn)定。設(shè)計(jì)為明洞進(jìn)洞，仰坡為自然坡。入洞口地層主要為強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)頁巖夾炭質(zhì)頁巖及中風(fēng)化泥質(zhì)頁巖夾炭質(zhì)頁巖。自然邊坡穩(wěn)定性差，覆蓋層抗沖刷能力差，在雨水作用下易造成坡面破壞。入洞口仰坡坡面與巖層層面關(guān)系的赤平投影圖分析[4]，見圖1。

圖1 赤平投影

通過現(xiàn)場調(diào)繪，主要發(fā)育4 組節(jié)理，產(chǎn)狀分別為：節(jié)理1：91°∠54°，節(jié)理2：24°∠22°，節(jié)理3：113°∠80°，節(jié)理4：346°∠37°。入洞口仰坡產(chǎn)狀約為32°∠35°，巖層產(chǎn)狀為230°∠60°。節(jié)理4與自然邊坡小角度相交，節(jié)理2 與自然邊坡近順傾，節(jié)理傾角小于坡角，且?guī)r層中存在泥質(zhì)頁巖軟弱結(jié)構(gòu)面，易發(fā)生順層滑塌。由于節(jié)理1、節(jié)理2、節(jié)理3、節(jié)理4 相互之間的結(jié)構(gòu)面交線位于坡體外側(cè)，易產(chǎn)生楔形體滑塌，同時(shí)坡面表層發(fā)育較厚碎石土、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)頁巖夾炭質(zhì)頁巖，在重力、風(fēng)化作用、地表水下滲作用和地下水侵蝕作用、施工擾動(dòng)等不利條件下，易發(fā)生楔形體掉塊和表層小型滑塌，建議采取必要的防護(hù)措施，可設(shè)置錨桿（索）框架。入洞口洞門處基底地層為強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)頁巖夾炭質(zhì)頁巖。強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)頁巖夾炭質(zhì)頁巖推薦承載力基本容許值〔fσ0〕＝300～400 kPa，可以作為洞門明挖基礎(chǔ)持力層。

4.2.2 隧道出洞口評價(jià)

隧道出洞口地表坡角較平緩，坡度在15°～25°，自然邊坡穩(wěn)定。設(shè)計(jì)為明洞出洞，仰坡為自然坡。出洞口地層主要為碎石土、強(qiáng)風(fēng)化石英細(xì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖與粉砂質(zhì)頁巖互層及中風(fēng)化石英細(xì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖與粉砂質(zhì)頁巖互層，自然邊坡穩(wěn)定性好，邊坡開挖后整體穩(wěn)定性較差，碎石土、強(qiáng)風(fēng)化石英細(xì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖與粉砂質(zhì)頁巖互層抗沖刷能力差，在雨水作用下易造成坡面破壞，建議采取掛網(wǎng)綠化、框架植草等植物防護(hù)措施對坡面進(jìn)行防護(hù)，并采取必要的防排水措施。出洞口洞門處基底地層為強(qiáng)風(fēng)化石英細(xì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖與粉砂質(zhì)頁巖互層。強(qiáng)風(fēng)化石英細(xì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖與粉砂質(zhì)頁巖互層推薦承載力基本容許值〔fσ0〕＝500～600 kPa，可以作為洞門明挖基礎(chǔ)持力層。

4.3 隧道洞身工程地質(zhì)逐段評價(jià)

區(qū)段1（K1+773.0～K2+930.0）：隧道入洞口圍巖主要為碎石土、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)頁巖夾炭質(zhì)頁巖及中風(fēng)化泥質(zhì)頁巖夾炭質(zhì)頁巖，隧道洞身段圍巖主要為中風(fēng)化粉砂質(zhì)頁巖、中風(fēng)化泥質(zhì)頁巖夾炭質(zhì)頁巖。出洞口底板位于自然地面以下約8.6 m，洞身段埋深約5.1～67.9 m。中風(fēng)化粉砂質(zhì)頁巖飽和抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為9.76 MPa，中風(fēng)化泥質(zhì)頁巖夾炭質(zhì)頁巖飽和抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為11.49 MPa，屬軟巖，巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育。地下水為基巖裂隙水，水量貧乏。視電阻率大多為300～1 000 Ω·m，局部呈高阻反映。圍巖穩(wěn)定性差。施工擾動(dòng)可能發(fā)生掉塊、坍塌、冒頂；雨季施工可能發(fā)生淋雨?duì)罨蚓€狀出水，應(yīng)加強(qiáng)防排水和圍巖支護(hù)及超前預(yù)報(bào)。

區(qū)段2（K2+930.0～K3+430.0）：隧道洞身段圍巖主要為中風(fēng)化泥質(zhì)頁巖、粉砂質(zhì)頁巖夾薄至厚層巖屑石英細(xì)砂巖，埋深約21.4～113.9 m。覆蓋層較薄，巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育。地下水為基巖裂隙水，水量貧乏。圍巖穩(wěn)定性差。視電阻率大多為200～600 Ω·m，局部大于600 Ω·m，呈相對低阻。

區(qū)段3（K3+430.0～K4+090.0）：隧道洞身段圍巖主要為中風(fēng)化巖屑石英砂巖，局部為中風(fēng)化泥質(zhì)頁巖、粉砂質(zhì)頁巖夾薄至厚層巖屑石英細(xì)砂巖，埋深約77.8～176.5 m。中風(fēng)化巖屑石英砂巖飽和抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為10.10 MPa，屬軟巖，巖體較破碎，結(jié)構(gòu)面較發(fā)育、結(jié)合一般。地下水為基巖裂隙水，水量貧乏。視電阻率1 000～3 000 Ω·m，圍巖穩(wěn)定性較差。

5 結(jié)論

（1） 本次勘察基本查明了項(xiàng)目所在地的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，為設(shè)計(jì)提供了必要的工程地質(zhì)依據(jù)和參數(shù)。

（2） 隧址區(qū)未見不良地質(zhì)，未見特殊性巖土發(fā)育，場地較穩(wěn)定，適宜本工程建設(shè)。

（3） 隧道入洞口地層主要為碎石土、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)頁巖夾炭質(zhì)頁巖及中風(fēng)化泥質(zhì)頁巖夾炭質(zhì)頁巖，在重力、風(fēng)化作用、地表水下滲作用和地下水侵蝕作用、施工擾動(dòng)等不利條件下，易發(fā)生楔形體掉塊和表層小型滑塌，建議采取必要的防護(hù)措施，可設(shè)置錨桿（索）框架。隧道出洞口地層主要為碎石土、強(qiáng)風(fēng)化石英細(xì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖與粉砂質(zhì)頁巖互層及中風(fēng)化石英細(xì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖與粉砂質(zhì)頁巖互層，在雨水作用下易造成坡面破壞，建議采取掛網(wǎng)綠化、框架植草等植物防護(hù)措施對坡面進(jìn)行防護(hù)，并采取必要的防排水措施。雨季施工地表水不及時(shí)疏排，隧道開挖易發(fā)生淋雨?duì)罨蚓€狀出水。受下滲水浸泡軟化，Ⅴ級圍巖洞頂易發(fā)生掉塊、坍塌、冒頂?shù)痊F(xiàn)象，Ⅳ級圍巖可能發(fā)生掉塊、坍塌，施工時(shí)應(yīng)加強(qiáng)防排水和超前支護(hù)措施。