陳江　趙占群

摘要：文章以蘭海高速公路擴(kuò)容工程大坪子隧道為研究對(duì)象，調(diào)查分析了隧址區(qū)的工程地質(zhì)條件，預(yù)測(cè)了隧道涌水量，并通過在室內(nèi)外進(jìn)行巖體物理力學(xué)參數(shù)及聲波測(cè)試，進(jìn)行了隧道圍巖分級(jí)，為類似工程設(shè)計(jì)與施工提供參考。

關(guān)鍵詞：隧道工程;工程地質(zhì);涌水量;聲波測(cè)試;圍巖分級(jí)

0 引言

蘭海高速公路貴州境遵義至貴陽(yáng)段擴(kuò)容工程，將有效緩解貴遵高速公路的交通壓力，分流貴陽(yáng)往北向的車流量，成為貴州省連接川渝、南下出海的又一條重要通道。

蘭海高速公路貴州境遵義至貴陽(yáng)段地形起伏較大、巖體破碎，應(yīng)查明隧址區(qū)的工程地質(zhì)條件，為公路隧道的設(shè)計(jì)提供必要的依據(jù)。隧道工程建設(shè)在借鑒、吸收已有類似工程經(jīng)驗(yàn)時(shí)，更要注重個(gè)體工程建設(shè)條件的特殊性[1-2]。

1 工程概況

大坪子隧道為分幅長(zhǎng)隧道。左幅起訖樁號(hào)為ZK93+860～ZK95+680，全長(zhǎng)1 820 m，最大埋深為145 m;右幅起訖樁號(hào)為YK93+895～YK95+685，全長(zhǎng)1 790 m，隧道最大埋深為143.0 m。設(shè)計(jì)時(shí)速為100 km/h，設(shè)計(jì)荷載為公路Ⅰ級(jí)。該分離式隧道建筑限界凈寬為14.75 m，凈高為5.0 m，內(nèi)輪廓設(shè)計(jì)高程距拱頂高度為7.94 m，凈寬為15.618 m[3-4]。工程地質(zhì)平面與剖面見圖1。

2 隧址區(qū)工程地質(zhì)條件

隧道區(qū)地處貴州高原中部，場(chǎng)地隸屬開陽(yáng)縣禾豐鄉(xiāng)所轄。隧道進(jìn)出口無公路通過，交通條件差。

隧道橫穿山體，坡體植被較發(fā)育，多為灌木，進(jìn)出口均位于陡坡上。隧道區(qū)附近海拔為932.9～1 240.7 m，相對(duì)高差為307.8 m。左右幅隧道軸線通過地段的地面高程為1 077.81～1 232.00 m，相對(duì)高差為154.19 m。地貌類型為溶蝕-侵蝕低中山地貌。

場(chǎng)區(qū)地層由上至下分述如下：

（1）含碎石黏土（Q4 el+dl）：褐黃、灰黃色，硬塑，含10～20%的白云巖、泥質(zhì)白云巖等強(qiáng)風(fēng)化碎石，主要分布于地勢(shì)平緩處，厚1～17.1 m。

（2）塊石土（Q4 col）：雜色，主要成分為白云質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)白云巖、白云巖，由隧道洞頂巖體崩塌堆積而成，塊石直徑為0.4～2 m，最大達(dá)8 m，表層結(jié)構(gòu)松散，下部稍密實(shí)，厚7～11 m。

（3）寒武系下統(tǒng)清虛洞組（[XCE-1.TIF，JZ]1q）：薄至中厚層狀白云質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、白云巖、泥質(zhì)灰?guī)r與粉砂質(zhì)泥巖不等厚互層，局部夾粉砂巖。

①?gòu)?qiáng)風(fēng)化層：灰黃色、淺灰色，薄至中厚層狀，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，巖石軟，巖芯呈碎塊狀，厚3～10 m。

②中風(fēng)化層：灰色，薄至中厚層狀，巖體較破碎～較完整，巖石軟硬相間，巖芯呈柱狀、塊狀、砂狀。

（4）寒武系中統(tǒng)（[XCE-1.TIF，JZ]2g+s）：高臺(tái)-石冷水組白云巖夾泥質(zhì)白云巖，局部夾粉砂質(zhì)泥巖。

①?gòu)?qiáng)風(fēng)化層：灰黃色，薄至中厚層狀，節(jié)理裂隙發(fā)育～很發(fā)育，巖體破碎～極破碎，巖石軟，巖芯呈砂狀、碎塊狀，厚5～14 m。

②中風(fēng)化層：灰色、灰白色，薄至中厚層狀，節(jié)理發(fā)育，巖體較破碎，巖石軟硬相間，巖芯呈砂狀、塊狀、少量柱狀。

隧道區(qū)屬揚(yáng)子準(zhǔn)臺(tái)地-黔北臺(tái)隆-遵義斷拱-貴陽(yáng)復(fù)雜構(gòu)造變形區(qū)。根據(jù)調(diào)查，場(chǎng)區(qū)無構(gòu)造通過，巖層單斜，地層產(chǎn)狀為290°～340°∠14°～20°。區(qū)內(nèi)巖體主要發(fā)育J1：25°～90°∠75°～85°，J2：252°～288°∠80°，J3：320°～345°∠66°～85°三組節(jié)理裂隙，間距多在20～300 mm。強(qiáng)風(fēng)化巖層中節(jié)理裂隙多呈張開狀，局部見黏土及碎石充填，無膠結(jié)，結(jié)合差，巖體被節(jié)理裂隙切割成碎塊、碎石狀，單條節(jié)理裂隙地表延伸長(zhǎng)度0.5～6 m;中風(fēng)化巖層內(nèi)節(jié)理面較為平滑，多呈閉合狀。根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2015），場(chǎng)區(qū)地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35 s，地震動(dòng)峰值加速度值<0.05 g，對(duì)應(yīng)地震基本烈度<Ⅵ度。

3 隧道涌水量預(yù)測(cè)

隧道區(qū)沖溝較多，受降雨影響明顯，大部分為雨源型沖溝，旱季干涸。隧道開挖易產(chǎn)生涌水現(xiàn)象。

根據(jù)隧道地形及水文地質(zhì)條件，采用《鐵路工程地質(zhì)手冊(cè)》（修訂版，2000年）中降水入滲法、地下水徑流模數(shù)法分別進(jìn)行估算。

查《區(qū)域水文地質(zhì)普查報(bào)告》得該區(qū)域的年平均徑流模數(shù)M=21.2 l/s·km 2，計(jì)算得Q=6 227 m 3/d。

通過以上兩種涌水量進(jìn)行計(jì)算，選取最大預(yù)測(cè)涌水量Q=6 371 m 3/d。

根據(jù)水樣測(cè)試分析，場(chǎng)區(qū)水質(zhì)類型為[C]CaⅠ型，即為碳酸鹽鈣質(zhì)水。依據(jù)《公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（JTGC20-2011），場(chǎng)區(qū)水體對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具有硫酸鹽、鎂鹽、氯鹽和侵蝕性CO2的微腐蝕性。

4 隧道圍巖分級(jí)

4.1 巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度

對(duì)隧道區(qū)不同地層不同巖性進(jìn)行了取樣試驗(yàn)，其單軸飽和抗壓強(qiáng)度指標(biāo)統(tǒng)計(jì)見表1。

4.2 巖體聲波測(cè)試

對(duì)隧道代表性鉆孔進(jìn)行聲波測(cè)試，結(jié)果見表2。

4.3 隧道圍巖分級(jí)

根據(jù)圍巖巖體的完整程度、風(fēng)化狀態(tài)、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、節(jié)理裂隙發(fā)育情況及水文地質(zhì)等定性特征，結(jié)合基本質(zhì)量指標(biāo)BQ計(jì)算值（BQ=90+3Rc+250Kv，其中Rc為單軸飽和抗壓強(qiáng)度指標(biāo);Kv為巖體完整性系數(shù)），同時(shí)對(duì)BQ值根據(jù)地下水修正系數(shù)修正得[BQ]，對(duì)隧道區(qū)圍巖級(jí)別進(jìn)行了劃分，見表3。

5 不良地質(zhì)現(xiàn)象分析評(píng)價(jià)

5.1 不良地質(zhì)現(xiàn)象

隧道區(qū)不良地質(zhì)主要為巖溶、堆積體、危巖體。

[HJ1.7mm]

5.1.1 巖溶

（1）根據(jù)調(diào)查及SDK6鉆孔揭露，位于1 106.88～1 113.78 m高程范圍內(nèi)存在溶洞，洞高6.9 m，充填黏土。該段隧道淺埋，建議將隧道頂板揭露做好初支及二襯后回填處理。若采用暗挖形式通過時(shí)，隧道頂板極易冒頂，建議在淺埋段沖溝內(nèi)采取反壓回填，同時(shí)對(duì)溶洞內(nèi)充填物掏空采用混凝土回填等形式處理。

（2）隧道進(jìn)口段頂部YK94+200右65 m處分布一巖溶洼地，洞口直徑約為45 m，深度約為12 m，洼地內(nèi)緣側(cè)壁基巖出露，底部存在豎向小型裂隙，底部大部分被黏土覆蓋。該洼地距離右幅軸線較近，雨季地表水向洼地內(nèi)排泄，洼地附近隧道開挖可能產(chǎn)生涌水、突泥等現(xiàn)象，應(yīng)加強(qiáng)此段圍巖支護(hù)處理和防排水設(shè)計(jì)，同時(shí)加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。

5.1.2 堆積體

分布于ZK95+557～ZK95+795段左80 m～右48 m（隧道出口陡崖至長(zhǎng)灘河特大橋左幅3 #墩之間）的堆積體長(zhǎng)200 m，寬114 m，平均厚度為7～11 m，呈階梯狀分布，局部位置厚20 m（分布于左幅0 #橋臺(tái)處），由陡崖巖體長(zhǎng)期崩塌堆積而成。

按典型斷面進(jìn)行穩(wěn)定性分析，在正常工況下（坡體處于自然狀態(tài)），取γ=20 kN/m 3、綜合φ=28°，經(jīng)驗(yàn)算得穩(wěn)定性系數(shù)Fs=1.20。非正常工況Ⅰ下（坡體處于暴雨或連續(xù)降雨?duì)顟B(tài)），取γ=21 kN/m 3、綜合φ=26°，經(jīng)驗(yàn)算得穩(wěn)定性系數(shù)Fs=1.09。該堆積體處于自然穩(wěn)定狀態(tài)，但堆積體若受大規(guī)模施工開挖擾動(dòng)易垮塌失穩(wěn)，對(duì)結(jié)構(gòu)物及施工安全構(gòu)成隱患，需要對(duì)其進(jìn)行治理。

5.1.3 危巖體

分布于大坪子隧道出口頂部ZK95+554（YK95+600）處陡崖一線，陡崖巖體豎向切割裂隙發(fā)育，局部危巖孤立，現(xiàn)狀穩(wěn)定，危巖體約300 m 3。危巖體受大規(guī)模爆破開挖震動(dòng)易產(chǎn)生崩塌掉塊，對(duì)結(jié)構(gòu)物及施工安全構(gòu)成隱患。

5.2 不良地質(zhì)現(xiàn)象處治措施建議

5.2.1 巖溶

大坪子隧道巖溶發(fā)育，施工中對(duì)于溶洞或采空區(qū)可采取以下處治措施：

（1）當(dāng)溶洞在隧底，小型溶洞可挖出充填物換填;對(duì)于規(guī)模較大的溶洞根據(jù)跨度大小采用梁跨、拱跨等措施。

（2）溶洞在側(cè)墻，可局部挖除溶洞充填物后在襯砌外采用混凝土或漿砌片石砌筑。

（3）溶洞在隧頂，可待溶洞充填物自流穩(wěn)定后，在拱頂以上澆筑混凝土護(hù)拱，護(hù)拱之上充砂或用輕質(zhì)泡沫混凝土灌注充填，然后再修建隧道;溶槽在隧頂，可利用超前支護(hù)鉆孔對(duì)隧頂溶槽充填物進(jìn)行高壓劈裂注漿加固后再進(jìn)行開挖，并加強(qiáng)隧道支護(hù)。

（4）大坪子隧道巖溶發(fā)育，施工開挖時(shí)易產(chǎn)生突水現(xiàn)象。施工中，應(yīng)進(jìn)行超前探水，查明坑道前方地下水分布情況及水量后，適時(shí)采取預(yù)注漿，將大量的地下水盡可能地封堵在圍巖內(nèi)，使坑道開挖不出現(xiàn)大量的涌水，為后續(xù)施工和洞室穩(wěn)定創(chuàng)造條件。

（5）為保護(hù)地表水環(huán)境，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況分別采用全斷面深孔預(yù)注漿、部分?jǐn)嗝嫔羁最A(yù)注漿、深孔周邊預(yù)注漿、開挖后周邊注漿及開挖后局部注漿堵水。

5.2.2 堆積體

堆積體規(guī)模較大，為確保堆積體穩(wěn)定，左幅由于堆積體厚，山體較陡，在地面線向外凸起的地方對(duì)堆積體按1∶1的坡率進(jìn)行清方，清方之后對(duì)坡體采用錨索進(jìn)行防護(hù)，并在隧道洞口設(shè)置6根抗滑樁，待錨索、抗滑樁施工完畢并待樁身混凝土達(dá)到強(qiáng)度后，方可進(jìn)行洞口開挖。隧道洞口開挖及時(shí)進(jìn)行防護(hù)，隧道洞口段堆積體洞身采用斜向（環(huán)向）鋼花管注漿固結(jié)，施工中必須保證注漿質(zhì)量。隧道洞口段開挖采用弱爆破，短進(jìn)尺，盡量減少隧道爆破開挖對(duì)危巖體的擾動(dòng)。右幅隧道堆積體稍薄，洞口開挖及時(shí)進(jìn)行防護(hù)，隧道洞口段堆積體洞身采用斜向（環(huán)向）鋼花管注漿固結(jié)，施工中必須保證注漿質(zhì)量。

5.2.3 危巖體

危巖體現(xiàn)狀穩(wěn)定，但局部小規(guī)模巖體受施工爆破等因素震動(dòng)易崩塌失穩(wěn)，建議施工前進(jìn)行清除處理。

5.3 隧道進(jìn)出口工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

隧道進(jìn)口地形坡度較陡，強(qiáng)風(fēng)化層較厚，為順向邊坡，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎～極破碎，隧道洞門及進(jìn)口段大規(guī)模爆破開挖易產(chǎn)生坍塌失穩(wěn)，應(yīng)加強(qiáng)邊坡仰坡的防護(hù)設(shè)計(jì)。

隧道出口段分布有堆積體，平均厚度為7～11 m，現(xiàn)狀穩(wěn)定，但隧道邊仰坡開挖擾動(dòng)易產(chǎn)生部分垮塌或失穩(wěn)。建議對(duì)隧道仰坡進(jìn)行局部清方并采取框架錨索結(jié)合注漿加固處理，同時(shí)加強(qiáng)防排水措施。

6 結(jié)語(yǔ)

（1）隧道圍巖大部分以碳酸鹽巖為主，除鉆孔揭露的溶洞外，局部存在隱伏巖溶的可能，尤其在可溶巖與粉砂質(zhì)泥巖、砂巖等不透水層接觸部位，溶洞極可能發(fā)育。隧道開挖揭露溶洞易產(chǎn)生突水、突泥等危害。施工期建議加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作及施工監(jiān)控，若遇溶洞應(yīng)視具體情況采取相應(yīng)的輔助工程措施，確保洞室穩(wěn)定。

（2）隧道圍巖級(jí)別為Ⅴ～Ⅳ級(jí)，施工開挖必須減少爆破藥量，防止大規(guī)模爆破震動(dòng)誘發(fā)圍巖坍塌失穩(wěn)。嚴(yán)格按照“短進(jìn)尺、弱爆破”的原則進(jìn)行開挖，按照設(shè)計(jì)圖紙施工，及時(shí)做好初支二襯。

（3）針對(duì)巖溶、堆積體、危巖體等不良地質(zhì)現(xiàn)象，結(jié)合橋梁及隧道關(guān)系特點(diǎn)，應(yīng)進(jìn)行綜合處治。建議對(duì)隧道仰坡進(jìn)行局部清方并采取框架錨索結(jié)合注漿加固處理;在0 #臺(tái)～2 #墩之間適當(dāng)位置采取抗滑支擋處理;堆積體上禁止大量堆載和大規(guī)模臨空開挖擾動(dòng);加強(qiáng)隧道邊仰坡、橋梁基坑邊坡、橋隧相接路段的防排水措施。

（4）施工中若發(fā)現(xiàn)新的地質(zhì)情況，應(yīng)及時(shí)反饋，以便有關(guān)各方及時(shí)解決。

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