王昭祥

(甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 蘭州 730020)

0 引 言

子洪1號(hào)隧道位于山西省祁縣峪口鄉(xiāng)下王莊村南側(cè)約1 500 m處。隧道洞體凈空(寬×高)為975 cm×500 cm。洞體軸線進(jìn)口段為弧線形，軸向?yàn)?69°；洞身段為直線型，軸向?yàn)?80°；出口段為直線型，軸向?yàn)?96°。左線洞體全長(zhǎng)1 221 m，洞口底板設(shè)計(jì)高程987.95 m，隧道底板最大埋深161.346 m，該文通過(guò)工程地質(zhì)調(diào)查及穩(wěn)定性分析，為工程施工提供參考[1-4]。

1 區(qū)域地質(zhì)環(huán)境

隧址區(qū)位于一級(jí)構(gòu)造單元為燕山斷塊的呂梁—太行斷塊內(nèi)，其所處的二級(jí)構(gòu)造單元為沁水塊坳，三級(jí)構(gòu)造單元為普洞—來(lái)遠(yuǎn)北東東向褶斷帶。屬侵蝕低中山區(qū)，山脊連續(xù)，山坡以陡坡為主，坡度介于30°～50°之間，局部為陡坎，多呈“V”字型。地層結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，由新至老依次為，第四系上更新統(tǒng)坡洪積物、三疊系中統(tǒng)二馬營(yíng)組沉積巖、三疊系下統(tǒng)和尚溝組沉積巖，巖性以砂巖、泥巖為主，巖層傾向北西，傾角4°～12°。

2 隧址區(qū)地質(zhì)構(gòu)造

隧址區(qū)附近有2條斷層通過(guò)，斷層明顯錯(cuò)動(dòng)，斷裂帶內(nèi)巖體破碎，節(jié)理裂隙很發(fā)育，主要由斷層角礫、碎石及碎裂巖組成，多呈角礫狀、碎塊狀及碎裂狀結(jié)構(gòu)。其中，泥巖、砂巖，節(jié)理線密度約4條/m以上，平均間距0.20～0.30 m，Jv=22～30條/m3，可見延伸長(zhǎng)度1～4 m，張開度1～5 mm，節(jié)理面粗糙，大部分無(wú)充填，局部泥質(zhì)或巖屑充填，結(jié)合差，貫通性差。隧址區(qū)巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體破碎，對(duì)本隧道圍巖穩(wěn)定性有一定影響。節(jié)理裂隙統(tǒng)計(jì)，詳見表1。

表1 節(jié)理裂隙統(tǒng)計(jì)表Tab.1 List of joints

根據(jù)節(jié)理統(tǒng)計(jì)結(jié)果，繪制隧道節(jié)理走向玫瑰花圖，見圖1。其中，J1為主要發(fā)育節(jié)理，走向?yàn)楸睎|東向，傾向?yàn)?63°∠61°，巖性為泥巖、砂巖，節(jié)理線密度約6條/m，間距20～25 cm，結(jié)合差，節(jié)理貫通性一般，可見延伸長(zhǎng)度2～6 m，張開度1～4 mm，節(jié)理面粗糙，多為泥質(zhì)巖屑充填；J2為次一級(jí)發(fā)育節(jié)理，走向?yàn)楸蔽魑飨?，傾向?yàn)?07°∠74°，巖性為泥巖、砂巖，節(jié)理線密度約5條/m，間距25～30 cm，結(jié)合一般—差，節(jié)理貫通性較好，可見延伸長(zhǎng)度5～8 m，張開度1～2 mm，節(jié)理面粗糙，多為泥質(zhì)巖屑充填。根據(jù)節(jié)理走向玫瑰花圖辨別，J1組節(jié)理與隧道軸線走向均呈大角度相交，對(duì)隧道洞壁穩(wěn)定性影響較小；J2組節(jié)理與隧道軸線走向均呈大角度相交，對(duì)隧道洞壁穩(wěn)定性影響較小。巖體受結(jié)構(gòu)面的切割，普遍破碎—較破碎，且?guī)r層產(chǎn)狀較平緩，對(duì)隧道拱頂圍巖穩(wěn)定性有較大影響。

圖1 隧道節(jié)理走向玫瑰花圖Fig.1 Rose chart of the tunnel’s joint strike

3 物探測(cè)試成果分析

綜合分析物探測(cè)試成果，測(cè)線實(shí)測(cè)電阻率橫向變化較大，電阻率范圍值1～1 025 Ω·m，主要受斷裂構(gòu)造、巖性和巖體完整程度影響，此外可能還與巖體富水條件有關(guān)[1-3]，見圖2。

圖2 W4線EH4電阻率等值線色譜圖Fig.2 EH4 resistivity contour of W4

測(cè)線ZK862+840～ZK863+023段，表現(xiàn)為相對(duì)低阻特征1～55 Ω·m，推測(cè)巖體較破碎或泥質(zhì)巖為主。測(cè)線ZK863+023～ZK863+195段，表現(xiàn)為相對(duì)高阻特征100～400 Ω·m，推測(cè)巖體完整性相對(duì)較好或砂質(zhì)巖為主。測(cè)線ZK863+195～ZK863+367段，其電阻率值主要集中于1～25 Ω·m，推測(cè)為WF4破碎帶。測(cè)線ZK863+367～ZK863+550段，表現(xiàn)為相對(duì)低阻特征25～70 Ω·m，推測(cè)巖體較破碎或泥質(zhì)巖為主。測(cè)線ZK863+550～ZK863+614段，表現(xiàn)為相對(duì)高阻特征70～150 Ω·m，推測(cè)巖體較完整或砂質(zhì)巖為主。測(cè)線ZK863+614～ZK863+754段，電阻率值相對(duì)較低25～70 Ω·m，推測(cè)為F8斷層影響帶。測(cè)線ZK863+754～ZK863+904段，表現(xiàn)為相對(duì)高阻特征55～200 Ω·m，推測(cè)巖體完整性較差。測(cè)線ZK863+904～ZK864+130段，表現(xiàn)為相對(duì)高阻特征70～400 Ω·m，推測(cè)為F10、F11斷層影響帶，斷層傾角約82°～85°。測(cè)線ZK864+130～ZK864+447段，表現(xiàn)為相對(duì)低阻特征1～55 Ω·m，推測(cè)巖體較破碎。

4 工程地質(zhì)特征與評(píng)價(jià)

4.1 巖土物理力學(xué)性質(zhì)

通過(guò)對(duì)中風(fēng)化砂巖、中風(fēng)化粉砂巖、中風(fēng)化泥巖，進(jìn)行巖石物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果。見表2。

表2 巖石物理力學(xué)性質(zhì)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表Tab.2 Physical mechanical properties of the rock

4.2 隧址工程地質(zhì)層特征

該隧道圍巖主要由三疊系下統(tǒng)二馬營(yíng)組砂巖、泥巖和三疊系下統(tǒng)和尚溝組砂巖、泥巖構(gòu)成，僅在出口處分布少量第四系上更新統(tǒng)坡洪積粉質(zhì)黏土，整體屬巖質(zhì)隧道。

砂巖，強(qiáng)—中風(fēng)化，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，抗風(fēng)化能力強(qiáng)，依據(jù)地層工程地質(zhì)特性，強(qiáng)風(fēng)化砂巖屬軟巖，巖體破碎，節(jié)理裂隙、層面等結(jié)構(gòu)面發(fā)育，結(jié)合差，碎裂狀—鑲嵌碎裂狀結(jié)構(gòu)，圍巖穩(wěn)定性較差，成洞較為困難；中風(fēng)化砂巖屬較堅(jiān)硬巖，受構(gòu)造影響，巖體破碎—較破碎，節(jié)理裂隙、層面等結(jié)構(gòu)面較發(fā)育，結(jié)合一般，鑲嵌碎裂狀結(jié)構(gòu)，圍巖穩(wěn)定性較好，成洞較為容易。

泥巖，強(qiáng)—中風(fēng)化，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄層狀、中厚層狀構(gòu)造，抗風(fēng)化能力弱，依據(jù)地層工程地質(zhì)特性，強(qiáng)風(fēng)化泥巖屬軟巖，巖體破碎，節(jié)理裂隙、層面等結(jié)構(gòu)面發(fā)育，結(jié)合差，呈碎裂狀—鑲嵌碎裂狀結(jié)構(gòu)，圍巖穩(wěn)定性差，成洞困難；中風(fēng)化泥巖屬軟巖，巖體較破碎—較完整，節(jié)理裂隙、層面等結(jié)構(gòu)面較發(fā)育，結(jié)合一般，碎裂狀—薄層狀結(jié)構(gòu)，圍巖穩(wěn)定性較差，成洞較為困難。

綜上所述，該隧道圍巖工程地質(zhì)條件較復(fù)雜[3]。

4.3 場(chǎng)地穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

項(xiàng)目區(qū)地震活動(dòng)相對(duì)較弱、破壞程度較輕。隧址區(qū)附近發(fā)育斷層，斷層第四系中更新統(tǒng)以來(lái)無(wú)明顯活動(dòng)跡象，非活動(dòng)性斷裂帶。隧址區(qū)不存在泥石流、崩塌、滑坡、地面沉降、地裂縫等不良地質(zhì)作用或地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)擬建場(chǎng)地穩(wěn)定性影響較小。結(jié)合地震活動(dòng)、地質(zhì)構(gòu)造、外動(dòng)力地質(zhì)現(xiàn)象及巖(土)體強(qiáng)度，綜合分析認(rèn)為，擬建場(chǎng)地穩(wěn)定性較好，較適宜該隧道修建[1-4]。

5 隧道穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

5.1 隧道進(jìn)口穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

隧道進(jìn)口斜坡坡向40°左右，坡角35°左右，在自然條件下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。洞口仰坡、邊坡及洞口段圍巖均由砂巖、泥巖組成；砂巖、泥巖，強(qiáng)—中風(fēng)化，巖體破碎—較破碎，巖層產(chǎn)狀為357°∠4°，傾向與坡向之間夾角為43°，屬較不利組合，邊坡赤平投影分析見圖3，巖層(C)傾向與邊坡(P)坡向夾角為43°，為層狀斜向結(jié)構(gòu)，且其傾角小于坡腳，屬于較不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)[2]。開挖極易產(chǎn)生碎落、崩塌等不良地質(zhì)現(xiàn)象[3]。

圖3 隧道進(jìn)口邊坡赤平投影圖Fig.3 Stereographic projection of the tunnel’s inlet slope

5.2 隧道出口穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

隧道出口斜坡坡向177°左右，坡角為41°左右，在自然條件下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。洞口仰坡、邊坡及洞口段圍巖均由粉質(zhì)黏土、碎石、砂巖、泥巖組成。巖體破碎—較破碎，巖層產(chǎn)狀為272°∠12°，傾向與坡向之間夾角為95°，屬較有利組合，邊坡赤平投影分析，見圖4。巖層(C)傾向與邊坡(P)坡向夾角為95°，為層狀斜向結(jié)構(gòu)，且其傾角小于坡角，屬于較不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)[4-5]。節(jié)理1(J1)傾向與邊坡(P)坡向夾角為14°，為同向結(jié)構(gòu)，屬于不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。節(jié)理2(J2)傾向與邊坡(P)坡向夾角為48°，為斜向結(jié)構(gòu)，但其傾角大于坡角，屬于較穩(wěn)定結(jié)構(gòu)[2]。

圖4 隧道出口邊坡赤平投影圖Fig.4 Stereographic projection of the tunnel’s outlet slope

5.3 隧道洞身穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)

(1)ZK862+955～ZK863+081段，圍巖級(jí)別為Ⅴ。該段洞頂和側(cè)墻巖性均以砂巖和泥巖為主。受構(gòu)造影響，巖體破碎。地下水出水狀態(tài)為淋雨?duì)畛鏊鷰r自穩(wěn)能力差。

(2)ZK863+081～ZK863+670段，該段洞頂和側(cè)墻巖性均以砂巖為主。地下水出水狀態(tài)為點(diǎn)滴狀出水，局部亦有可能產(chǎn)生淋雨?duì)畛鏊Ｒ蚴軜?gòu)造影響，構(gòu)造裂隙發(fā)育，巖體破碎。圍巖自穩(wěn)能力較差。

(3)ZK863+670～ZK863+850段，該段洞頂巖性以泥巖為主，側(cè)墻巖性為泥巖和砂巖，綜合評(píng)價(jià)該段隧道圍巖級(jí)別為Ⅴ級(jí)。因受構(gòu)造影響，構(gòu)造裂隙發(fā)育，巖體破碎。地下水出水狀態(tài)為淋雨?duì)畛鏊?，局部可能突水、突泥。圍巖自穩(wěn)能力差。

(4)ZK863+850～ZK864+090段，該段洞頂巖性以砂巖為主，側(cè)墻巖性為砂巖、泥巖，綜合評(píng)價(jià)該段隧道圍巖級(jí)別為Ⅳ級(jí)。地下水出水狀態(tài)為點(diǎn)滴狀出水。圍巖自穩(wěn)能力差。

(5)ZK864+090～ZK864+176段，該該段洞頂巖性以泥巖為主，側(cè)墻巖性為泥巖和砂巖，綜合評(píng)價(jià)該段隧道圍巖級(jí)別為Ⅴ級(jí)。地下水出水狀態(tài)為淋雨?duì)畛鏊鷰r自穩(wěn)能力差。

5 結(jié) 語(yǔ)

(1)隧址區(qū)地貌單元屬侵蝕低中山區(qū)，地層由粉質(zhì)黏土、碎石、砂巖、泥巖、組成。隧址區(qū)場(chǎng)地穩(wěn)定較好，較適宜該隧道修建。

(2)隧道進(jìn)、出口邊坡穩(wěn)定性均差，施工開挖過(guò)程，極易產(chǎn)生碎落、崩塌等不良地質(zhì)現(xiàn)象。需采用支護(hù)措施進(jìn)行治理防護(hù)，以防止邊坡坍塌。

(3)隧道洞體全長(zhǎng)1 221 m，工程地質(zhì)條件較復(fù)雜，其中Ⅴ級(jí)圍巖長(zhǎng)度392 m，占洞體圍巖總量的32.1 %；Ⅳ級(jí)圍巖長(zhǎng)度829 m，占洞體圍巖總量的67.9 %。圍巖穩(wěn)定性在較差—較好之間。