羅小松

(貴州省交通科學(xué)研究院股份有限公司)

1 工程地質(zhì)條件對于隧道建設(shè)的重要性分析

對于隧道工程項(xiàng)目建設(shè)而言，最關(guān)鍵的目標(biāo)就是要確保隧道工程項(xiàng)目建設(shè)安全、快速、經(jīng)濟(jì)的完成建設(shè)，但是隧道工程項(xiàng)目建設(shè)隱蔽性較強(qiáng)，因此建設(shè)中存在著較多的復(fù)雜性與不可預(yù)見性。由于隧道設(shè)計(jì)方案不合理或者是施工技術(shù)方案選擇不當(dāng)，造成一些工程項(xiàng)目在建設(shè)實(shí)施期間經(jīng)常出現(xiàn)隧道塌方、隧道冒頂、突泥涌水、山體開裂或者是偏壓等工程地質(zhì)災(zāi)害，造成嚴(yán)重人員傷亡事故發(fā)生，同時也增加了隧道繼續(xù)施工作業(yè)的難度。針對由于復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造有可能造成的地質(zhì)災(zāi)害問題，做好隧道工程項(xiàng)目建設(shè)設(shè)計(jì)、施工方案優(yōu)化與防范處理，已經(jīng)成為隧道工程項(xiàng)目建設(shè)的關(guān)鍵內(nèi)容，依靠對隧道工程進(jìn)行實(shí)地的地質(zhì)勘查、水文勘察與地質(zhì)構(gòu)造理論分析、數(shù)值模擬，已經(jīng)成為隧道項(xiàng)目設(shè)計(jì)施工方案制定的主要依據(jù)，同時也是防范隧道工程項(xiàng)目建設(shè)地質(zhì)災(zāi)害問題的關(guān)鍵措施。

2 工程項(xiàng)目概況

(1)地理位置及交通條件。隧道位于桐梓縣婁山關(guān)，隧道進(jìn)口位于婁山關(guān)林場，出口位于婁山關(guān)上灣村，交通較為方便。

(2)氣象、水文。隧道區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，，年均氣溫14.72 ℃，極端最高氣溫為37.5 ℃，極端最低氣溫為－6.9 ℃，年活動積溫4 504.7 ℃，年平均無霜期265 d。年均降水量1 057.1 mm，多集中在五月至十月。

(3)地形地貌。隧址區(qū)屬構(gòu)造剝蝕溶蝕中山溝谷地貌區(qū)，地形起伏較大，橫向沖溝、山洼深切等不良地貌發(fā)育，隧道進(jìn)、出口地形相對較緩。

(4)地層巖性。隧道區(qū)上覆粘土及少量回填土，下覆基巖分別為強(qiáng)風(fēng)化與中風(fēng)化白云巖。

(5)地質(zhì)構(gòu)造。隧道地層穩(wěn)定，隧道與斷層小角度相交，巖體呈單斜產(chǎn)出，巖層產(chǎn)狀進(jìn)口75°∠13°，出口53°∠23°。

(6)地震情況。工程區(qū)地震動峰值加速度為0.05 g，反應(yīng)譜特征周期為0.35 s。相當(dāng)于地震基本烈度六度。

(7)水文地質(zhì)。鉆孔中未見地下水，結(jié)合地形地貌，巖性和地質(zhì)構(gòu)造特征分析判斷，隧址地下水類型為覆蓋層孔隙水、碳酸鹽巖巖溶裂隙水，地下水補(bǔ)給來源為大氣降水。

3 巖土體工程地質(zhì)特征及圍巖等級劃分

(1)土體的工程地質(zhì)特征。主要為含碎石粘土與填筑土兩層，含碎石粘土呈褐、黃褐色，碎石以強(qiáng)風(fēng)化白云巖為主，分布在進(jìn)出口及隧道洞身表層，厚度總體較薄，鉆探揭示厚1.8 ～4.8 m;填筑土呈雜色，主要以白云巖碎塊石夾粘土為主，表層0.5 m 為混凝土地坪，分布在出口處，鉆探揭示厚5.6 m。

(2)巖體的工程地質(zhì)特征。強(qiáng)風(fēng)化白云巖節(jié)理裂隙極發(fā)育，節(jié)理裂隙粘土充填，巖體破碎，巖芯呈沙狀，鉆探揭露厚3.3 ～6.9 m，軟石Ⅳ級;中風(fēng)化白云巖呈灰綠色塊狀，細(xì)至中粒結(jié)構(gòu)，微節(jié)理裂隙發(fā)育，質(zhì)硬，巖體較完整至較破碎，次堅(jiān)石Ⅴ級。

(4)隧道圍巖分級。隧道圍巖分級采用現(xiàn)行《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》中的圍巖質(zhì)量指標(biāo)BQ 值判別法。計(jì)算公式如下所示

圍巖基本質(zhì)量指標(biāo)BQ=90 +3Rc+250Kv

圍巖基本質(zhì)量指標(biāo)修正值［BQ］=BQ－100(K1+K2+K3)

式中:K1、K2、K3分別為地下水，主要軟弱結(jié)構(gòu)面，初始應(yīng)力狀態(tài)修正系數(shù);Kv為巖體完整性系數(shù);Rc為巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度。經(jīng)計(jì)算分析主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表1 所示。

表1 圍巖級別劃分表

4 地質(zhì)構(gòu)造對隧道工程項(xiàng)目建設(shè)的影響分析

婁山關(guān)斷裂:位于桐(梓)遵(義)公路一線，南與新士溝斷裂相連(遵義幅)，斷裂經(jīng)婁山關(guān)、南溪口、獅溪溝將紅花園斷裂切割，北端于彭家灣鐵路附近的寒武系婁山關(guān)群白云巖中消失，區(qū)內(nèi)長約13 km。斷面傾向東或西，傾角80° ～85°，兩側(cè)地層均為寒武、奧陶、志留系。斷面微曲、平整光滑。東盤為細(xì)小的條帶狀角礫狀白云巖;近斷面處構(gòu)造巖細(xì)膩，遠(yuǎn)之則呈細(xì)小鮞粒狀到豆?fàn)睿龠^度到具有一定球度的次棱角狀。破碎帶寬3 ～5 m，斷距50 ～100 m。斷裂與隧道軸線呈小角度(27°)交于K2 +517 處，為一條壓扭性斷裂，構(gòu)造角礫巖密實(shí)、堅(jiān)硬，為一區(qū)域穩(wěn)定性斷裂，對隧道影響較小，施工開挖中需注意防范透頂、垮塌等。

5 隧道穩(wěn)定性分析

5.1 隧道進(jìn)、出口工程施工的影響

(1)進(jìn)洞口邊坡穩(wěn)定性評價。進(jìn)口上覆含碎石粘土、強(qiáng)風(fēng)化白云巖，巖體極破碎，隧道地表無水體，無拉裂、崩塌現(xiàn)象，坡形完整，自然狀態(tài)下邊坡穩(wěn)定。結(jié)合地形、地質(zhì)條件綜合分析判斷仰坡開挖為切向坡，無外傾結(jié)構(gòu)面，巖體較破碎，完整性較差，易形成層面與裂隙組成的楔形體剪切與崩塌。

(2)出洞口邊坡穩(wěn)定性評價。隧道出口上覆含碎石粘土、回填土，下覆強(qiáng)風(fēng)化白云巖，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，未見拉裂、滑塌等失穩(wěn)現(xiàn)象，坡形完整，自然狀態(tài)下邊坡穩(wěn)定。結(jié)合地形、地質(zhì)條件綜合分析判斷仰坡開挖為切向坡，無外傾結(jié)構(gòu)面，開挖邊坡為層狀斜向結(jié)構(gòu)，易形成層面與節(jié)理組成的楔形體滑動成崩塌。

(3)洞口工程措施建議。進(jìn)、出口上覆粘土，厚3.5 ～5.6 m，強(qiáng)風(fēng)化白云巖厚3.6 m ，表層風(fēng)化強(qiáng)烈，巖體破碎，建議采用1∶0.75 ～1.0 的坡率，采用框架錨桿防護(hù)。進(jìn)、出洞口仰坡均應(yīng)設(shè)置截、排水溝。

5.2 對于隧道洞身施工的影響

(1)K1 +610 ～K1 +840 段:該段為Ⅴ級圍巖，圍巖為松散覆蓋層、強(qiáng)至中風(fēng)化白云巖，巖體節(jié)理裂隙極發(fā)育，巖質(zhì)軟，物探顯示巖體破碎至極破碎。物探測試Vp= 500 ～2 400 m/s，Rc=8.0 MPa，Kv=0.18，BQ=159。點(diǎn)滴狀出水，圍巖自穩(wěn)能力差，拱頂及側(cè)壁易坍塌。可采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖，輔以管棚超前支護(hù)，采用整體式襯砌施工支護(hù)。

(2)K1 +840 ～K2 +030 段:該段為Ⅳ級圍巖，圍巖為中風(fēng)化、微風(fēng)化白云巖，巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖質(zhì)堅(jiān)硬，物探顯示巖體破碎至較破碎。物探測試Vp=2 400 ～3 000 m/s，Rc=63.51 MPa，Kv=0.25，BQ=343。點(diǎn)滴狀出水，開挖局部掉塊，圍巖級別為Ⅳ級，總體穩(wěn)定性較差。可采用全斷面開挖，復(fù)合式襯砌施工支護(hù)。

(3)K2 +030 ～K2 +430 段:該段為Ⅲ級圍巖，巖性為中至微風(fēng)化白云巖，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，巖質(zhì)堅(jiān)硬，巖體較破碎至較完整。物探測試Vp= 3 000 ～3 600 m/s，Rc=63.51 MPa，Kv=0.38，BQ =375.5。點(diǎn)滴狀出水，開挖偶掉塊，可采用全斷面開挖，復(fù)合式襯砌施工支護(hù)。

(4)K2 +430 ～K2 +730 段:該段為Ⅳ級圍巖，巖性為中風(fēng)化白云巖及斷層破碎帶，巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖質(zhì)堅(jiān)硬，受斷層影響，巖體破碎至較破碎。物探測試Vp=2 300 ～3 000 m/s，Rc=63.51 MPa，Kv=0.24，BQ =340.5。點(diǎn)滴狀出水，斷層破碎帶易突水，形成股流狀，開挖局部掉塊。建議采用臺階法開挖，采用復(fù)合式襯砌施工支護(hù)。

(5)K2 +730 ～K2 +880 段:該段為Ⅴ級圍巖，圍巖為強(qiáng)至中風(fēng)化白云巖，巖體節(jié)理裂隙極發(fā)育，巖質(zhì)軟，物探顯示巖體破碎至極破碎。物探測試Vp= 500 ～2 000 m/s，Rc=8.0 MPa，Kv=0.17，BQ =156.5。點(diǎn)滴狀出水，圍巖自穩(wěn)能力差，拱頂及側(cè)壁易坍塌?？刹捎秒p側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖，輔以管棚超前支護(hù)，采用整體式襯砌施工支護(hù)。由于該段為婁山關(guān)景區(qū)停車場，該段隧道埋深僅12 ～16 m，填筑土厚5 ～8 m，隧道開挖易冒頂，建議該段設(shè)置明洞通過。

6 結(jié) 語

地質(zhì)條件對于隧道項(xiàng)目建設(shè)施工具有重要的影響作用，同時也是隧道工程設(shè)計(jì)施工的主要依據(jù)。為了確保隧道工程施工作業(yè)安全實(shí)施，避免各種隧道施工地質(zhì)災(zāi)害問題的發(fā)生，在隧道工程地質(zhì)勘察設(shè)計(jì)階段，應(yīng)該綜合采用多種勘探方法，重點(diǎn)對隧道施工區(qū)域的覆蓋層厚度、地層巖性、巖體風(fēng)化程度、水文地質(zhì)和工程地質(zhì)特征等進(jìn)行詳細(xì)勘察，進(jìn)而對隧道施工區(qū)域的巖體完整性及場地穩(wěn)定性進(jìn)行評價分析，為隧道工程施工圖的設(shè)計(jì)優(yōu)化提供有力的依據(jù)。

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