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        特長鐵路隧道東茗隧道綜合勘察

        2021-01-20 08:43:44朱江
        關(guān)鍵詞:調(diào)繪砂礫節(jié)理

        朱江

        (中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,北京102600)

        在山區(qū)鐵路勘察過程中,特長隧道一直都是鐵路勘察工作的重點(diǎn)、難點(diǎn)。在杭紹臺(tái)鐵路東茗隧道勘察過程中,運(yùn)用了綜合勘察手段對(duì)隧道洞身范圍內(nèi)的地質(zhì)體進(jìn)行詳細(xì)研究。查明了隧道通過區(qū)的地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造特征。查明了隧道通過區(qū)巖土層的類型、分布范圍、深度及各層物理力學(xué)性質(zhì),分析和評(píng)價(jià)了圍巖穩(wěn)定性。根據(jù)場(chǎng)地工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件,合理劃分圍巖級(jí)別。

        1 概況

        1.1 工程概況

        東茗隧道位于浙江新昌縣東茗鄉(xiāng)境內(nèi),其進(jìn)口端里程為DK95+910,出口端里程為DK114+139,全長18229m。隧道最大埋深約262m。隧道采用“人”字坡,本隧道設(shè)置3 個(gè)斜井做為施工輔助坑道。是中國華東地區(qū)最長的高鐵隧道。

        1.2 工程自然地理特征

        東茗隧道穿行于剝蝕丘陵區(qū)和低山區(qū),地形起伏,多呈“V”字型沖溝發(fā)育,海拔高程50~425m,相對(duì)高差30~425m,自然坡度25°~60°。隧道通過段內(nèi)山體多陡峻,溝谷及斜坡緩坡分布第四系土層。

        2 勘察概況與方法

        2.1 勘察概況

        采用地質(zhì)調(diào)繪、綜合物探、室內(nèi)試驗(yàn)、原位測(cè)試等方法,對(duì)隧道洞身范圍內(nèi)的地質(zhì)體進(jìn)行詳細(xì)研究。

        2.2 資料收集分析

        在野外勘察前,充分收集了本區(qū)域1:20 萬區(qū)域地質(zhì)圖、水文地質(zhì)圖、1:5 萬工程地質(zhì)圖、衛(wèi)片、周邊工程勘察報(bào)告等資料,在室內(nèi)進(jìn)行了初步分析,為后面的遙感解譯及地質(zhì)調(diào)繪提供了工作依據(jù)。

        2.3 遙感解譯

        在充分應(yīng)用區(qū)域地質(zhì)資料和既有前期勘察資料的基礎(chǔ)上進(jìn)行了遙感解譯工作,從宏觀角度對(duì)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育的形態(tài)、位置、規(guī)模進(jìn)行了解譯,為現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)繪及鉆探提供了較好的指導(dǎo)作用,遙感解譯在山區(qū)工程地質(zhì)勘察工作中有著特殊的優(yōu)勢(shì)。

        2.4 地質(zhì)調(diào)繪

        按有關(guān)規(guī)范、規(guī)程內(nèi)容,結(jié)合工程設(shè)置采用遠(yuǎn)近觀察、由面到點(diǎn)、點(diǎn)面結(jié)合的方法開展了1:2000 地質(zhì)調(diào)繪,對(duì)進(jìn)出口、淺埋段、構(gòu)造與隧道相交位置進(jìn)行了1:500 的針對(duì)地質(zhì)調(diào)繪,進(jìn)一步查明線路通過地段的地形、地貌、地層、巖性、結(jié)構(gòu)面特征和地質(zhì)構(gòu)造之間的關(guān)系對(duì)工程的影響。預(yù)測(cè)工程設(shè)置、施工可能出現(xiàn)的工程地質(zhì)問題。

        2.5 物探

        根據(jù)本隧道的工程地質(zhì)特征、地形地貌,本次物探工作采用了大地電磁、高密度電法,大地電磁主要用于隧道洞身,高密度電法主要應(yīng)用于隧道進(jìn)出口及淺埋段。

        2.6 鉆探

        結(jié)合前期資料分析、調(diào)繪及物探結(jié)果,針對(duì)隧道的控制段落,對(duì)進(jìn)出口、淺埋段、構(gòu)造發(fā)于等地段布置了勘探點(diǎn),達(dá)到對(duì)地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行更準(zhǔn)確的勘探,對(duì)地質(zhì)調(diào)繪、物探等成果進(jìn)行驗(yàn)證。

        3 隧道工程地質(zhì)特征

        3.1 地層巖性

        依據(jù)工程地質(zhì)調(diào)繪及地質(zhì)鉆探,工點(diǎn)內(nèi)地層巖性主要為:第四系全新統(tǒng)人工填筑素填土,殘坡積粉質(zhì)黏土、粗圓礫土、碎石土,基巖為白堊系下統(tǒng)粉砂巖、砂礫巖、凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)角礫巖、斷層角礫。本文未展開詳細(xì)描述。

        3.2 地質(zhì)構(gòu)造

        隧址區(qū)構(gòu)造單元屬于我國東部新華夏系第一隆起帶,在漫長的地質(zhì)歷史時(shí)期,經(jīng)受了多次復(fù)雜的構(gòu)造運(yùn)動(dòng),以斷裂構(gòu)造為主,褶皺構(gòu)造平緩且不發(fā)育,主要構(gòu)造形跡以新華夏系北東向和華夏系北東向一系列壓性、壓扭性斷裂或縱張斷裂、擠壓帶、劈理帶,并伴有北西向張性或張扭性斷裂組成,斷裂一般延伸長,規(guī)模巨大,斷裂構(gòu)造縱橫交錯(cuò)。隧址區(qū)及周邊主要構(gòu)造特征見圖1。工點(diǎn)內(nèi)內(nèi)地層主要為白堊系下統(tǒng)沉積巖系。本區(qū)的山麓、溝谷、山間盆地形成的陸相第四系松散沉積亦為本區(qū)地層的組成部分。工點(diǎn)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造敘述如下:

        圖1 構(gòu)造綱要圖

        3.2.1 斷層:隧道主要斷層根據(jù)物探報(bào)告及勘探資料(見圖2),推測(cè)斷層見表1。

        表1 隧道場(chǎng)地內(nèi)斷層產(chǎn)狀及特性一覽表

        圖2 物探、勘探推測(cè)斷層Fdm1、Fdm3 示意圖

        3.2.2 節(jié)理裂隙:工點(diǎn)內(nèi)洞身基巖發(fā)育有多組節(jié)理,砂礫巖節(jié)理裂隙較發(fā)育~很發(fā)育,節(jié)理裂隙少量泥質(zhì)充填,在接觸帶附近,往往發(fā)育密集的網(wǎng)狀節(jié)理,節(jié)理裂隙內(nèi)多為泥質(zhì)充填,節(jié)理發(fā)育會(huì)降低圍巖強(qiáng)度,且易發(fā)育成為地下水運(yùn)移通道,對(duì)節(jié)理密集帶,隧道設(shè)計(jì)及施工時(shí)需加強(qiáng)防護(hù)措施。

        4 隧道水文地質(zhì)特征

        4.1 水文地質(zhì)特征

        隧道主要穿越溝谷組成的第四紀(jì)松散堆積層分布區(qū)和丘陵組成的白堊系沉積碎屑巖基巖山區(qū),受地質(zhì)構(gòu)造及巖性影響,地下水蘊(yùn)含能力較強(qiáng),地下水的形成受地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、降水等多種因素的影響,區(qū)內(nèi)地下水主要為第四系孔隙潛水、基巖裂隙水,主要接收大氣降水和水庫構(gòu)造裂隙通道補(bǔ)給,通過孔隙、節(jié)理裂隙由上向下聯(lián)通形成排泄通道,多數(shù)補(bǔ)給谷地等低洼處地層地下水。

        4.2 環(huán)境水對(duì)混凝土等建筑材料的侵蝕性

        通過采取隧址區(qū)地表水和地下水水樣進(jìn)行分析,根據(jù)《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》TB10005-2010 環(huán)境水、土對(duì)混凝土的侵蝕性判定標(biāo)準(zhǔn),判定工點(diǎn)內(nèi)地表水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)無侵蝕 性,DK95+910~DK100+500、DK101+370~DK114+140 段 內(nèi) 地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)無侵蝕性,DK100+500~DK101+370 段內(nèi)地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)有侵蝕性,侵蝕等級(jí)為H1,侵蝕類型為CO2侵蝕。

        4.3 預(yù)測(cè)隧道涌水量的計(jì)算方法和成果

        預(yù)測(cè)隧道涌水量的計(jì)算方法采用降水入滲法、地下水徑流模數(shù)法。上述兩種方法計(jì)算結(jié)果,地下水徑流模數(shù)法較降水入滲法偏小,推薦使用降水入滲法。推薦隧道正常涌水量按Q正常=23192.19m3/d,雨季可能最大涌水量Q最大=56594.96 m3/d。隧道涌水量的計(jì)算,只是針對(duì)巖層含水特征一般規(guī)律。由于巖體破碎程度不同,滲透系數(shù)亦有很大的變化,局部侵入接觸帶、斷層擠壓破碎帶,巖體裂隙水較發(fā)育,可能會(huì)出現(xiàn)股狀涌水現(xiàn)象,設(shè)計(jì)及施工中應(yīng)采取相應(yīng)預(yù)防和處理措施。

        5 隧道工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

        5.1 圍巖級(jí)別

        通過綜合勘察手段,判斷圍巖級(jí)別為:Ⅴ級(jí)圍巖長度555m,約占3.05%,Ⅳ級(jí)圍巖長度2665m,約占14.64%,Ⅲ級(jí)圍巖長度5110m,約占28.07%,Ⅱ級(jí)圍巖長度9875m,約占54.24%。本文未分段展開詳細(xì)描述。

        5.2 隧道進(jìn)出口工程地質(zhì)條件評(píng)價(jià)

        5.2.1 隧道進(jìn)口:進(jìn)口地形較陡,無偏壓現(xiàn)象,為殘坡積粉質(zhì)黏土,強(qiáng)、弱風(fēng)化粉砂巖、砂礫巖,巖體較破碎,工程地質(zhì)條件較差,易坍塌、掉塊,應(yīng)加強(qiáng)超前支護(hù),襯砌緊跟,做好防止地表水下滲等措施。建議邊、仰坡開挖坡率為強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖:1:1~1:1.5;強(qiáng)風(fēng)化砂礫巖:1:1.5;弱風(fēng)化粉砂巖:1:0.5~1:0.75;弱風(fēng)化砂礫巖:1:0.75~1:1;邊坡坡面需防護(hù)。

        5.2.2 隧道出口:出口地形較陡,無偏壓現(xiàn)象,為殘坡積細(xì)角礫土,全、弱風(fēng)化粉砂巖、砂礫巖,巖體較破碎,工程地質(zhì)條件較差,易坍塌、掉塊,應(yīng)加強(qiáng)超前支護(hù),襯砌緊跟,做好防止地表水下滲等措施。建議邊、仰坡開挖坡率為強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖:1:1~1:1.5;強(qiáng)風(fēng)化砂礫巖:1:1.5;弱風(fēng)化粉砂巖:1:0.5~1:0.75;弱風(fēng)化砂礫巖:1:0.75~1:1;邊坡坡面需防護(hù)。

        5.2.3 隧道洞身:洞身穿越弱風(fēng)化粉砂巖、砂礫巖、凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)角礫巖,DK95+910~DK101+000 段,巖體節(jié)理裂隙發(fā)育,圍巖穩(wěn)定性差,DK101+000~DK106+000 段,巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育,圍巖穩(wěn)定性一般,DK106+000~DK113+000 段,巖體節(jié)理裂隙發(fā)育程度低,圍巖穩(wěn)定性相對(duì)較好,DK11 3+000~DK114+140 段,巖體節(jié)理裂隙發(fā)育,圍巖穩(wěn)定性較差。其中部分段圍巖穩(wěn)定性差,需加強(qiáng)初期支護(hù),及時(shí)襯砌。

        6 結(jié)論

        扎實(shí)的勘察工作為隧道的設(shè)計(jì)及施工提供了強(qiáng)有力的依據(jù)。東茗隧道在施工過程中,開挖揭示工程地質(zhì)條件與勘察成果基本吻合,在地質(zhì)引起變更極少的情況下,我國華東地區(qū)最長高鐵隧道——長達(dá)18.2 公里的杭紹臺(tái)高鐵東茗隧道于2020 年7 月27 日安全貫通。本文可為日趨增多的特長隧道綜合地質(zhì)勘察提供可以借鑒的模式和方法。

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