劉　剛　曹秋平

(中交鐵道設(shè)計研究總院有限公司，北京　100088)

?

龍山曲線隧道工程地質(zhì)特征與分析

劉剛曹秋平

(中交鐵道設(shè)計研究總院有限公司，北京100088)

Analysis on Engineering Geological Characteristics of Long Shan Curve Tunnel

LIU GangCAO Qiuping

摘要內(nèi)蒙古新建甘泉鐵路龍山隧道以曲線形式穿越烏蘭呼洞背斜和向斜，地質(zhì)構(gòu)造復雜，節(jié)理裂隙發(fā)育，地層巖性多變，風化差異較大?？辈爝^程中采用衛(wèi)星圖片、地質(zhì)調(diào)繪、綜合物探和鉆探等多種勘探手段，相互補充，基本查明了隧道工程地質(zhì)特征，分析了風險因素，為設(shè)計提供了地質(zhì)參數(shù)與工程措施建議。施工過程中應避免盲目大意，重視地質(zhì)條件的復雜多變，加強地質(zhì)素描和超前地質(zhì)鉆探等預報工作，及時掌握地質(zhì)條件的變化情況，合理調(diào)整圍巖級別與施工措施，確保隧道安全施工。

關(guān)鍵詞曲線隧道褶皺綜合勘察工程地質(zhì)特征分析

1概述

龍山曲線隧道位于內(nèi)蒙古自治區(qū)烏拉特前旗大佘太鎮(zhèn)，曲率半徑800 m，全長737 m，最大埋深為185.6 m，為新建甘泉鐵路的控制性工程。

勘察過程中應注重綜合勘察[1]，在分析區(qū)域地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，對衛(wèi)星遙感圖片進行地質(zhì)判釋，為地質(zhì)調(diào)繪工作明確方向與重點；在地質(zhì)調(diào)繪過程中，采用追索法與穿越法相結(jié)合，由面到點，點面結(jié)合，為后續(xù)勘探工作方法選取、點位布置和地質(zhì)解釋提供合理及有效的依據(jù)[2]；勘探工作采取天然大地電磁法、地震折射層析法、高密度電法等多種物探方法[3]，并在地質(zhì)調(diào)繪與物探成果的基礎(chǔ)上，有針對性的布置鉆探，進行孔內(nèi)波速測試和室內(nèi)試驗等工作。各種勘探方法相互結(jié)合、補充驗證，不斷深化認識，查明了隧址區(qū)的地質(zhì)條件，為設(shè)計與施工提供了合理的參數(shù)與建議。

2自然地理特征

隧址區(qū)位于巴彥查干山南部邊緣地帶，地形起伏較大，溝谷發(fā)育，為剝蝕中低山區(qū)，相對高差約236 m，區(qū)內(nèi)巖性復雜，褶皺構(gòu)造發(fā)育。

本區(qū)屬于大陸性溫帶氣候區(qū)，四季分明，溫差較大，年極端最高氣溫40 ℃，年極端最低氣溫-36.5 ℃，年最大降水量564.0 mm，年最小降水量79.5 mm，降雨集中在夏季7、8月，而且多為暴雨。地震動峰值加速度0.15g，地震動反應譜特征周期為0.30 s，屬于抗震不利地段。

3工程地質(zhì)特征

3.1地層巖性

隧址區(qū)出露的主要地層有：第四系全新統(tǒng)、奧陶系、寒武系、震旦系、下太古界，以及阜平期和華力西晚期的侵入體。各時代地層分述如下。

(1)第四系全新統(tǒng)：主要為坡、殘積的碎石土，分布于背斜北翼山坡。

(2)奧陶系中、下統(tǒng)：主要為石灰?guī)r，含有方解石脈，地表可見明顯的溶槽、溶穴，節(jié)理裂隙發(fā)育，物探揭示巖體內(nèi)部巖溶發(fā)育，主要分布在向斜核部。

(3)寒武系上、中、下統(tǒng)：主要為頁巖、鈣質(zhì)粉砂巖及鮞狀竹葉狀灰?guī)r，產(chǎn)狀近直立，巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，局部夾含薄層狀泥灰?guī)r；其中頁巖層厚相對較大，抗風化能力較差，表現(xiàn)為馬鞍形地形，主要分布在背斜北側(cè)。

(4)震旦系：主要為燧石條帶灰?guī)r、泥質(zhì)粉砂巖，產(chǎn)狀近直立，其中灰?guī)r巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，粉砂巖為全風化，呈夾層狀分布于灰?guī)r層內(nèi)，主要出露于背斜兩翼。

(5)下太古界桑干群：主要為混合片麻巖，黑云母、金云母及長石含量較高，受構(gòu)造影響嚴重，巖體完整性差，風化差異明顯，主要分布于背斜核部。

(6)侵入體：主要為阜平期花崗巖、華力西晚期石英巖脈侵入體，節(jié)理裂隙發(fā)育，分布于混合巖化片麻巖中。

3.2地質(zhì)構(gòu)造

本區(qū)基底巖石為下太古界的桑干群混合片麻巖，受多期構(gòu)造運動及其相互疊加的影響，區(qū)內(nèi)構(gòu)造復雜，褶皺、斷裂很發(fā)育。

(1)褶皺

區(qū)內(nèi)的褶皺構(gòu)造主要表現(xiàn)在加里東期，為烏蘭呼洞背斜和烏蘭呼洞向斜，使震旦系、寒武系和奧陶系地層發(fā)生褶皺，褶皺構(gòu)造走向為北西西，受構(gòu)造與風化剝蝕等作用的影響，背斜頂部巖體缺失較大。在垂直褶皺走向方向的地質(zhì)構(gòu)造剖面如圖1所示。

Arsn—桑干群片麻巖；Zsh—震旦系灰?guī)r夾粉砂巖；∈1—寒武系下統(tǒng)頁巖；∈2+3—寒武系中上統(tǒng)砂巖、灰?guī)r；O2+3—寒武系中上統(tǒng)粉砂巖、灰?guī)r；Q4—第四系覆蓋層圖1　隧址區(qū)地質(zhì)構(gòu)造示意

隧道進口段位于背斜核部下太古界混合片麻巖內(nèi)，以曲線形式向右偏轉(zhuǎn)，依次穿越背斜北翼震旦系燧石條帶灰?guī)r夾粉砂巖、寒武系下統(tǒng)頁巖、寒武系中上統(tǒng)粉砂巖及鮞狀竹葉狀灰?guī)r等地層及其不整合接觸帶，夾角約為21°～32°，隧道出口位于向斜核部的奧陶系石灰?guī)r地層中。

(2)斷裂

斷裂構(gòu)造發(fā)育于加里東期、華力西期和燕山期等階段，后期斷裂繼承早期斷裂，并在其基礎(chǔ)上發(fā)展為新的斷裂，新斷裂破壞了老斷裂的完整性，從而使整個地質(zhì)構(gòu)造更加復雜。在出口附近，隧道穿越一條逆斷層，斷層寬約10 m，產(chǎn)狀為191°∠38°，與隧道大角度相交，傾向隧道洞身。斷層破碎帶節(jié)理裂隙發(fā)育，多為寬張節(jié)理，巖體破碎紊亂。

(3)節(jié)理裂隙

受褶皺構(gòu)造、多期斷裂構(gòu)造、巖漿活動及風化作用的相互交叉影響，區(qū)域內(nèi)巖體節(jié)理裂隙極發(fā)育，其產(chǎn)狀、性質(zhì)及發(fā)育程度各不相同，以構(gòu)造節(jié)理和風化節(jié)理為主，其中不僅有張節(jié)理、剪節(jié)理等，還發(fā)育有隱閉節(jié)理。

由于隧道呈曲線形式，故將其分為四段，并對現(xiàn)場量測的節(jié)理裂隙分段做統(tǒng)計分析，其中與隧道呈小角度相交的共計為8組，占統(tǒng)計總量的28.57%。

4水文地質(zhì)特征

區(qū)內(nèi)地形地貌、地層巖性及降水特征，尤其是強烈的褶皺構(gòu)造形成的節(jié)理裂隙密集帶、大角度直立的巖性接觸帶等，都是影響隧道涌水量的重要因素[4]。地下水賦存類型主要為第四系孔隙潛水、基巖裂隙水和和巖溶水，主要受大氣降水補給。根據(jù)地質(zhì)調(diào)查、孔內(nèi)水文試驗和物探資料分析，隧道洞身以弱富水區(qū)、貧水區(qū)為主，局部為中等富水區(qū)[5]。

5工程地質(zhì)特征與分析

5.1背斜核部

隧道進口段位于背斜核部，巖性主要為混合片麻巖。受褶皺構(gòu)造作用影響，巖層上部受拉、下部受壓，多發(fā)育有呈“V”字形的張裂隙[6]，便于表水下滲。巖體中的云母、長石等暗色礦物抗風化能力較差，且分布不均勻，局部分布集中地段易形成規(guī)模較大、強度相對較低的囊狀風化區(qū)域，有利于地下水的聚集存貯。施工開挖過程中，可能引發(fā)局部涌水突泥、坍塌等地質(zhì)問題，建議加強超前地質(zhì)預報和監(jiān)測工作，并加強初期支護并及時封閉[7]。

5.2背斜北翼

隧道中段以小角度通過背斜北翼，先后穿越下太古界—震旦系—寒武系—奧陶系地層及其不整合接觸帶。該段巖性較為復雜，軟硬不均勻，且?guī)r層產(chǎn)狀近大角度直立，構(gòu)造裂隙發(fā)育，尤其是在不同巖層的接觸帶附近，結(jié)構(gòu)面較多且大多連通，形成了滲水通道。另外，由于構(gòu)造影響和不同巖層的抗風化能力不同，該段巖體風化差異較大，特別是是震旦系地層中的粉砂巖、寒武系地層中的頁巖等風化嚴重，經(jīng)野外調(diào)查和鉆探揭示，多呈全風化狀，有利于表水下滲。對于軟質(zhì)巖層，表水下滲還可能帶來圍巖自重、結(jié)構(gòu)面軟化等不利影響[8-9]，施工開挖過程中，可能引發(fā)塌方、季節(jié)性涌水、突泥等地質(zhì)問題，需加強工作面及洞身的地質(zhì)素描和超前地質(zhì)預報[10]。

背斜北翼地表的震旦系燧石條帶灰?guī)r，節(jié)理裂隙發(fā)育，存在大量危巖，易發(fā)生落石現(xiàn)象[11]，對隧道進口存在安全隱患，建議在隧道爆破開挖前，對存在影響的危巖及時清除或錨固。

5.3向斜核部

隧道后半段位于向斜核部，該段洞身圍巖為奧陶系石灰?guī)r，地表基巖出露，可見溶溝溶槽，裂隙連通性較好。根據(jù)天然場大地電磁法揭示，隧道洞身位置形成低阻閉合圈或從上至下形成低阻帶狀異常區(qū)，結(jié)合巖性資料，推測圍巖中局部巖溶發(fā)育強烈，可能富水，施工中要預防涌水和塌方，在巖溶發(fā)育地段應加強超前地質(zhì)鉆探。

在隧道出口附近發(fā)育的逆斷層，距離隧道出口較近，地表縱坡較緩，洞身埋深不大，建議以大開挖接明洞的方式通過。

5.4圍巖的節(jié)理裂隙

受自下太古界以來多期構(gòu)造運動和風化作用等的交叉影響，隧址區(qū)巖體各種類型節(jié)理、劈理等都很發(fā)育，原生、次生結(jié)構(gòu)面等相互穿插，這種雜亂無章的結(jié)構(gòu)面組合，嚴重破壞了巖體的完整性，形成了滲水通道，加劇了巖體的不穩(wěn)定性，在施工中易形成塌方。尤其是洞身發(fā)育的節(jié)理，未必能夠很好的繼承并發(fā)育到地表以便于量測，故建議加強工作面和洞身的地質(zhì)素描。

參考文獻

[1]TB10012—2007鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S]

[2]易鑫，白雪飛.淺談綜合地質(zhì)勘察在長大隧道勘察中的應用[J].鐵道勘察，2011(2)

[3]TB10013—2010鐵路工程物理勘探規(guī)程[S]

[4]鐵道部第一勘察設(shè)計院.鐵路工程地質(zhì)手冊[M].北京：中國鐵道出版社，1999

[5]TB 10049—2004鐵路工程水文地質(zhì)勘察規(guī)程[S]

[6]蔣爵光.鐵路工程地質(zhì)學[M].北京：中國鐵道出版社，1991

[7]李金城.關(guān)角特長鐵路隧道工程地質(zhì)概述[J].鐵道勘察，2007(6)

[8]朱李春，陳水勝，馮震華，等.黑山隧道震旦系圍巖地質(zhì)特征分析[J].工程勘察，2014(8)

[9]豐明海，何振寧.鐵路隧道施工中圍巖變形失穩(wěn)工程地質(zhì)問題[J].工程地質(zhì)學報，2014，22(4)

[10]鐵建設(shè)[2008]105號鐵路隧道采取地質(zhì)預報技術(shù)指南[S]

[11]TB10027—2012鐵路工程不良地質(zhì)勘察規(guī)程[S]

中圖分類號：U452.1+1

文獻標識碼：B

文章編號：1672-7479(2016)01-0038-03

作者簡介：第一劉剛(1980—)，男，2009年畢業(yè)于西南交通大學巖土工程專業(yè)，碩士，工程師。

收稿日期：2015-12-15