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        長崗隧道綜合勘察技術(shù)分析

        2018-07-05 02:29:54■李
        福建交通科技 2018年4期
        關(guān)鍵詞:圍巖

        ■李 陽

        (福建省交通規(guī)劃設(shè)計院,福州 350004)

        0 引言

        近年來隨著我省高速公路的快速發(fā)展,高速公路的建設(shè)已延伸至地形、地質(zhì)條件復(fù)雜的山區(qū)。為了克服地形和高程上的障礙,改善公路平面線型、提高車速、縮短里程、節(jié)省時間、避免山區(qū)公路的各種病害,高速公路修建隧道是非常必要的,而地質(zhì)條件復(fù)雜的深埋長隧道更是山區(qū)高速公路勘察中的重點及難點。

        本文結(jié)合福壽高速公路長崗隧道勘察的工作實例,闡述多種勘察方法在山區(qū)深埋長隧道勘察中的應(yīng)用。

        1 工程概況

        長崗隧道位于位于壽寧縣犀溪鄉(xiāng)武溪村境內(nèi),隧道穿越山體,為雙洞分離式隧道,隧道凈空 (寬×高)為10.25×5.0m,隧道右洞長2404m,設(shè)計樁號YK47+935.00~YK50+339.00;隧道左洞長2398m,設(shè)計樁號ZK47+935.00~ZK50+333.00,最大埋深約270m。進(jìn)口洞門型式為削竹式,出口洞門型式為端墻式。

        2 隧址區(qū)工程地質(zhì)條件

        2.1 地形地貌

        隧道屬于低山丘陵地貌,地形起伏變化大,下穿S202省道、數(shù)條沖溝,在K49+400右側(cè)沖溝下游202m處有一小水庫,水庫長約 160~180m,寬約 20~25m,水深約5~10m,庫容量約1.5~1.8萬 m3,為際坑村及乾尾村引用水水源,該水庫上游小溪沖溝距隧道深度約80m。隧道進(jìn)口側(cè)坡度約 28~32°,進(jìn)口處地面高程 467~509m,出口側(cè)坡度約 33~42°,出口處地面高程 480~510m,隧道軸線最高點高程784m,相對高差約317m。隧道沿線坡體較穩(wěn)定,坡面植被發(fā)育,主要為茶園、水田、雜樹等。

        2.2 地質(zhì)構(gòu)造和地震

        測區(qū)地質(zhì)構(gòu)造背景復(fù)雜,構(gòu)造形跡較為特殊,顯示出以北東向斷裂為主,北西及南北向斷裂次之的構(gòu)造格架。本隧道斷層較為發(fā)育,根據(jù)地質(zhì)測繪、淺層地震物探、大地電磁物探及鉆探成果,隧址區(qū)發(fā)育有6條斷層及5條節(jié)理密集帶,對洞身圍巖級別影響明顯。根據(jù)《福安至壽寧(閩浙界)高速公路線路工程地震安全性評價報告》可知,擬建線路工程中硬場地地震動峰值加速度為0.05g,抗震設(shè)防烈度為6度,中硬場地地震動加速度反應(yīng)譜特征周期位于0.35s。

        2.3 地層巖性

        根據(jù)工程地質(zhì)調(diào)繪及鉆探成果表明,本隧址場區(qū)表層為第四系(Q4ml)素填土層,第四系(Qel-dl)殘坡積土層,下伏白堊系小溪組(K1x1)凝灰質(zhì)砂巖、凝灰質(zhì)(泥質(zhì))粉砂巖、凝灰質(zhì)礫巖,白堊系泰順組(K2ts1)砂礫巖、硅質(zhì)巖等。隧址區(qū)縱斷面示意圖見圖1。

        2.4 不良地質(zhì)

        隧道場址區(qū)K48+140~K48+240段地表見有厚0.5~2.5m人工填土,成份主要為碎石,結(jié)構(gòu)較松散,為S202省道筑路開挖的棄渣,其對隧道進(jìn)口的穩(wěn)定性有一定影響,施工時應(yīng)加強支護(hù),其他未見滑坡、崩塌、泥石流、采空區(qū)、巖溶等其它大型不良地質(zhì)作用。

        2.5 水文地質(zhì)條件

        擬建隧道位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面之上,山坡坡體較陡,地形起伏較大,隧址區(qū)地表穿越多條山凹沖溝,沖溝內(nèi)大多發(fā)育溪流且常年流水,現(xiàn)分述如下:

        (1)K49+300地表沖溝距隧道深度約115m,流量約185m3/d;

        圖1 長崗隧道工程地質(zhì)縱斷面示意圖

        (2)K49+565地表沖溝距隧道深度約80m,流量約200m3/d,其下游410m處有一小水庫,水庫容水量約1.5~1.8萬m3,為際坑村及乾尾村引用水水源,水庫標(biāo)高為524.5,隧道洞頂標(biāo)高為477.3;

        (3)K50+050地表沖溝距隧道深度約50m,流量約86.5m3/d。

        另外,隧址區(qū)地表見有多個泉點:

        ①K49+200右120有一泉水,為下降泉,流量約6.90m3/d;

        ②K49+270右30有一泉水,為下降泉,流量約1.90m3/d;

        ③ZK49+530左15有一泉水,為下降泉,流量約10.30m3/d。

        隧址區(qū)地下水按埋藏條件及賦存介質(zhì)不同主要有:

        ①基巖風(fēng)化網(wǎng)狀孔隙~裂隙水,賦存于第四系坡殘層底部及碎塊狀強風(fēng)化巖層的網(wǎng)狀裂隙中,對洞身圍巖及開挖影響較小,主要對隧道進(jìn)、出口圍巖及施工有影響。

        ②基巖構(gòu)造裂隙水,根據(jù)鉆孔抽水試驗結(jié)果分析:含水層的滲透性和地下水的補給條件較好,出水量較大,隧道施工時應(yīng)做好防排水工作。

        勘察期間地下水水位埋深1.35~25.5m。進(jìn)出洞口附近測得地下水水位埋深處于洞頂標(biāo)高以上,地下水對隧道開挖有一定影響,隧道施工時應(yīng)加強排水措施。

        3 綜合勘察技術(shù)應(yīng)用

        本隧道勘察采用了工程地質(zhì)調(diào)繪、鉆探、淺層地震、EH4大地電磁法、孔內(nèi)聲波測試、地應(yīng)力測試、鉆孔水位恢復(fù)試驗、抽注水試驗、室內(nèi)巖土試驗等多種勘察手段。

        3.1 工程地質(zhì)調(diào)繪

        在區(qū)域地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上,對擬建隧道兩側(cè)250m范圍內(nèi)(不良地質(zhì)、特殊巖土路段和地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育路段,根據(jù)實際情況需要時,應(yīng)擴大測繪范圍),進(jìn)行精度1∶2000工程地質(zhì)測繪工作,了解沿線主要地質(zhì)條件,發(fā)現(xiàn)和研究關(guān)鍵性的工程地質(zhì)問題,促進(jìn)不良地質(zhì)勘探和測試工作的全面進(jìn)行。

        本次測繪累計完成1∶2000帶狀工程地質(zhì)調(diào)繪約1.5km2,地質(zhì)調(diào)繪點128個。

        3.2 物探

        本隧道采用大地電磁法對隧道縱軸線進(jìn)行測試 (大地電磁成果見圖2),采用淺層地震法對兩側(cè)洞口段進(jìn)行測試,并采用鉆孔孔內(nèi)聲波測井法計算隧道圍巖巖體的完整性指數(shù)。

        本隧道勘察累計完成EH4大地電磁法4640m,淺層地震1315m,孔內(nèi)聲波測試10孔,共477點。

        圖2 長崗隧道YK48+160~YK50+320高頻大地電磁測深解釋斷面圖

        3.3 鉆探、測試及試驗

        在工程地質(zhì)測繪、物探解譯基礎(chǔ)上,對隧址區(qū)的構(gòu)造帶、富水帶、物探異常帶、重要巖性段進(jìn)行鉆探工作量布置,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行孔內(nèi)聲波測試、鉆孔水位恢復(fù)試驗、抽注水試驗、室內(nèi)巖土試驗,全面獲取洞身各巖性段地質(zhì)信息。

        本隧道勘察共布置鉆孔14個,總進(jìn)尺824.69m。其中大于100m的隧道洞身鉆孔4個,最深鉆孔CQ2228孔深180.05m,水位恢復(fù)觀測7次,抽、注水試驗7孔。室內(nèi)試驗完成土樣3組,巖樣17組,水樣8組。

        4 勘察成果

        通過對隧址區(qū)合理有序的綜合地質(zhì)勘察,查明了長崗隧道的工程地質(zhì)條件,成果分述如下:

        (1)圍巖地層成果

        根據(jù)工程地質(zhì)調(diào)繪、鉆孔及室內(nèi)試驗結(jié)果,隧道圍巖總體以白堊系小溪組(K1x)中-微風(fēng)化晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r、中-微風(fēng)化凝灰質(zhì)砂巖為主,局部(K50+080~K50+260)圍巖以凝灰質(zhì)粉砂巖為主,且有泥質(zhì)粉砂巖夾層。凝灰質(zhì)粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖工程地質(zhì)性質(zhì)較差,該巖性段隧道圍巖級別應(yīng)考慮適當(dāng)降低。隧道出口段(K50+260~K84+300)位于小溪組與泰順組巖性接觸帶,帶內(nèi)巖石破碎,該段隧道圍巖級別也應(yīng)考慮適當(dāng)降低。

        此外,YK49+000至出洞口附近,巖層產(chǎn)狀為310~330°∠25°,對該段右側(cè)洞壁穩(wěn)定不利,施工時應(yīng)加強支護(hù)。

        (2)地質(zhì)構(gòu)造成果

        根據(jù)工程地質(zhì)測繪、物探成果,隧址區(qū)發(fā)育有6條斷層及5組裂隙密集帶,并根據(jù)鉆探成果相互驗證,通過對各構(gòu)造、裂隙密集帶的性質(zhì)及巖芯情況綜合分析,確定構(gòu)造帶、裂隙密集帶及其影響帶圍巖級別為Ⅳ-Ⅴ級。

        (3)水文成果

        本隧道地下水主要為基巖裂隙水及構(gòu)造裂隙水。地表水主要溝谷溪水,其中K49+300、K49+565、K50+050等3處溝谷水量較大。此外,隧址區(qū)K49+572處沖溝下游410m處有一小水庫,庫容水量約1.5~1.8萬m3,為際坑村及乾尾村引用水水源,水庫標(biāo)高為524.5,隧道洞頂標(biāo)高為477.3,水庫標(biāo)高高于隧道,隧道施工時應(yīng)對K49+300~K49+600段加強超前預(yù)報工作,適時加固處理,防止地表水沿斷層、裂隙密集帶滲入至隧道,隧道施工對該水源影響大,應(yīng)做好供給水措施。

        本次隧道勘察采用兩種方法對隧道涌水量進(jìn)行預(yù)測,一是根據(jù)鐵道部《鐵路工程水文地質(zhì)勘察規(guī)程》中的地下水動力學(xué)法,分別采用古德曼經(jīng)驗公式和佐藤邦明經(jīng)驗公式預(yù)測隧道單洞最大涌水量和正常涌水量。二是根據(jù)《水文地質(zhì)手冊》及《鐵路工程水文地質(zhì)勘察規(guī)范》中水均衡理論的降水入滲法計算隧道涌水量,綜合兩種計算結(jié)果,建議該隧道單洞正常涌水量4510m3/d。

        (4)擬建隧道埋深最大埋約270m,深部圍巖主要為晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂巖等,屬較軟巖-較硬質(zhì)巖石,層理較發(fā)育,據(jù)大地電磁法(EH4)資料,低阻特征較明顯,對于應(yīng)力釋放較有利,發(fā)生巖爆的可能性相對較小。

        (5)據(jù)鉆孔揭露巖體的堅硬程度和波速測試結(jié)果,參照巖石飽和單軸極限抗壓強度(Rc)及物探測井的巖體的完整性(Kv),結(jié)合地下水、節(jié)理裂隙、圍巖應(yīng)力狀態(tài)等對圍巖的影響。按照《公路隧道設(shè)計規(guī)范》(JTG D70-2004)進(jìn)行隧道圍巖的分級。隧道洞身圍巖級別劃分為Ⅱ-Ⅴ級,其中Ⅱ級圍巖約占12.8%,Ⅲ級圍巖約占44.5%,Ⅳ級圍巖約占30.2%,Ⅴ級圍巖約占12.5%。

        5 不利地質(zhì)條件

        通過對長崗隧道勘察成果的綜合分析,隧址區(qū)存在諸多對隧道建設(shè)不利的地質(zhì)條件,分述如下:

        (1)擬建隧道圍巖以火山-沉積巖為主,巖性復(fù)雜多變,其中泥質(zhì)粉砂巖等為軟弱夾層,且發(fā)育不利的層理產(chǎn)狀,對隧道洞壁穩(wěn)定不利,其圍巖級別應(yīng)適當(dāng)降低。

        (2)擬建隧道進(jìn)口段見松散碎石填土堆積,對其穩(wěn)定性不利,施工時應(yīng)加強支護(hù)。

        (3)隧址區(qū)水文地質(zhì)條件復(fù)雜,地表溝谷水量大,多見泉點。另外,隧址區(qū)有一小水庫,標(biāo)高高于洞頂,且F23斷層可能具連通作用,該段隧道可能發(fā)生集中涌突水災(zāi)害。隧道施工時應(yīng)加強該段超前預(yù)報工作,適時加固處理,防止地表水沿斷層、裂隙密集帶滲入至隧道。

        (4)隧址區(qū)發(fā)育多條構(gòu)造破碎帶及裂隙密集帶,除影響隧道圍巖穩(wěn)定外,可能具有地表水與隧道的連通作用,對隧道施工影響較大。隧道施工中應(yīng)加強現(xiàn)場監(jiān)控量測和超前地質(zhì)預(yù)報工作。

        6 結(jié)論

        山區(qū)高速公路隧道地形地質(zhì)條件復(fù)雜多變,應(yīng)把工程地質(zhì)調(diào)繪及水文地質(zhì)調(diào)查作為重點,在與電法、地震波法、電磁波法為一體的綜合物探方法相互驗證的基礎(chǔ)上,合理布置鉆孔,同時進(jìn)行孔內(nèi)測試及室內(nèi)試驗,形成"體-面-線-點"式的綜合勘察結(jié)果,最后提出隧道設(shè)計和施工中應(yīng)注意的巖土工程問題及處理措施建議。

        [1]福建省交通規(guī)劃設(shè)計院.福安至壽寧(閩浙界)高速公路A6合同段工程地質(zhì)勘察報告[R].2013.

        [2]福建地震地質(zhì)工程勘察院.福安至壽寧(閩浙界)高速公路線路工程地震安全性評價報告[R].2012.

        [3]中華人民共和國交通部.JTG C20-2011,公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S].北京:人民交通出版社,2011.

        [4]中華人民共和國交通部.JTG D70-2004,公路隧道設(shè)計規(guī)范[S].北京:人民交通出版社,2004.

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