閆曉龍
(陜西鐵道工程勘察有限公司,陜西 西安 710014)
隨著我國(guó)西部大開發(fā)戰(zhàn)略的不斷推進(jìn),能源輸送需求量不斷增大,麟游礦區(qū)作為國(guó)家13個(gè)大型煤炭基地之一,煤炭資源豐富,煤層賦存較穩(wěn)定,儲(chǔ)量約3 381.02 mt。而國(guó)電寶雞二電廠則為陜西省重點(diǎn)工程,一期機(jī)組規(guī)模為4×300 mW,二期為2×660 mW,三期為2×1 000 mW?;趪?guó)家西部大開發(fā)和“一線兩帶”大開發(fā)政策,建設(shè)寶雞二電廠至麟游礦區(qū)鐵路專用線能將寶雞市煤炭需求和供給有效的聯(lián)系起來(lái),大幅提高礦區(qū)煤炭運(yùn)輸能力,對(duì)保證寶雞市能源供給和電力基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展具有重要意義。
寶雞二電廠至麟游礦區(qū)鐵路專用線石咀山隧道工程位于陜西省寶雞市鳳翔縣,由于場(chǎng)區(qū)上覆蓋第四系上更新風(fēng)積新黃土、第四系中更新統(tǒng)風(fēng)積老黃土,而下伏基巖為白堊系下統(tǒng)礫巖、砂巖,作為特殊性土的黃土對(duì)隧道工程建設(shè)極為不利,采取科學(xué)合理的勘察方法,正確評(píng)估場(chǎng)區(qū)巖土體的工程地質(zhì)特性,并提出行之有效的工程措施成為隧道建設(shè)的重要前提。本文以石咀山隧道工程為研究對(duì)象,采用地質(zhì)鉆探、原位測(cè)試和取樣試驗(yàn)的方法對(duì)場(chǎng)區(qū)的地層進(jìn)行勘察,綜合分析地層的工程地質(zhì)特征,評(píng)價(jià)上覆濕陷性黃土的類型和濕陷性等級(jí),并對(duì)洞身范圍內(nèi)的圍巖進(jìn)行劃分,提出了隧道洞身和洞門開挖和支護(hù)措施。
新建鐵路寶雞二電廠至麟游礦區(qū)鐵路專用線,在行政區(qū)劃上隸屬于位于陜西省關(guān)中西部的寶雞市,地跨寶雞所轄的鳳翔、岐山、麟游三縣。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為地方鐵路Ⅰ級(jí),單線鐵路,設(shè)計(jì)貨物發(fā)送量2020年1 500萬(wàn)噸/年,2030年2 000萬(wàn)噸/年,遠(yuǎn)期3 000萬(wàn)噸/年。線路起點(diǎn)為寶雞第二發(fā)電廠,經(jīng)陳村鎮(zhèn)、龐家務(wù)、董家河、太相寺,姚家溝鎮(zhèn)、澗曲鄉(xiāng)、楊家河、招賢至終點(diǎn)郭家河、園子溝、丈八井田區(qū),總體走向先向東再北折。線路地勢(shì)上呈北高南低之勢(shì),高程600~1 600 m。隧道全長(zhǎng)約86.9 km,隧道17座,總長(zhǎng)25 km,其中長(zhǎng)隧道1座(長(zhǎng)5 450 m)、中長(zhǎng)隧道11座(長(zhǎng)2 000 m以上的4座)、短隧道5座。石咀山隧道位于陜西省寶雞市麟游縣招賢鎮(zhèn)境內(nèi),進(jìn)口位于高家莊,出口位于石咀山,隧道里程范圍DK69+880~DK75+160,全長(zhǎng)5 280 m,洞身最大埋深224.22 m,屬長(zhǎng)隧道。
石咀山隧道的地質(zhì)單元相對(duì)簡(jiǎn)單,隧道洞口第四系覆蓋層較厚,針對(duì)這些特點(diǎn),隧道工點(diǎn)按以下原則布置勘探量。
(1)隧道勘探點(diǎn)的數(shù)量和深度以查清地質(zhì)條件、滿足設(shè)計(jì)需要為原則,一般宜按不同地貌單元、地層結(jié)構(gòu)及性質(zhì)和工程設(shè)置布置。
(2)勘探點(diǎn)間距及深度:隧道進(jìn)、出口原則上應(yīng)布設(shè)勘探點(diǎn),對(duì)構(gòu)造帶位置、淺埋地段和物探異常點(diǎn)等應(yīng)酌情布置鉆孔,一般情況下,鉆孔間距不宜大于500 m。地質(zhì)條件復(fù)雜地段勘探點(diǎn)應(yīng)適當(dāng)加密;勘探深度應(yīng)至于路肩以下5~10 m,勘探位置宜布置中線以外8~10 m;對(duì)斜井等工程可布置適量的勘探點(diǎn)。
(3)勘探方法:洞口地段宜采用鉆探、挖探;洞身宜采用鉆探,輔以原位測(cè)試和物探。鉆探工作主要用于控制地質(zhì)結(jié)構(gòu),鑒定地層巖性、劃分風(fēng)化層界限、采取原狀土和擾動(dòng)土樣、進(jìn)行孔內(nèi)原位測(cè)試;挖探等簡(jiǎn)易勘探工作主要用于對(duì)濕陷性黃土的勘察取樣;標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)在黏性土、粉土、砂類土中進(jìn)行,可用于評(píng)價(jià)黏性土及砂類土的承載力,確定砂類土的密實(shí)度,判定飽和砂土地震液化可能性;動(dòng)力觸探試驗(yàn)主要用于碎石類土、基巖風(fēng)化層中進(jìn)行;靜力觸探工作主要應(yīng)用在黏性土、粉土、粉細(xì)砂、軟土路基地段,進(jìn)行力學(xué)分層和評(píng)價(jià)。
(4)測(cè)試:對(duì)于全線隧道洞身的深孔鉆探應(yīng)做到一孔多用,除查明地層層序、巖性、地下水等工程地質(zhì)和水文地質(zhì)特征外,孔內(nèi)還應(yīng)進(jìn)行綜合地質(zhì)測(cè)試,包括巖體的縱波和橫波速度、巖體完整性系數(shù)等,并應(yīng)進(jìn)行水文地質(zhì)綜合試驗(yàn):抽水或提水試驗(yàn)、流速、流向測(cè)試、水質(zhì)侵蝕性性分析等,以獲取定性、定量資料,為設(shè)計(jì)做出工程地質(zhì)和水文地質(zhì)評(píng)價(jià)?;鶐r隧道洞身部位應(yīng)取代表性巖樣做干、濕抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。
石咀山隧道穿越中山區(qū),黃土沖溝發(fā)育,地形起伏大,高程1 286~1 537 m。進(jìn)口端位于招賢河左岸河流高階地,為梯田臺(tái)地,外側(cè)為省道S306,交通較為便利;出口端位于石咀山山梁坡腳處,山坡基巖多裸露,植被發(fā)育,山坡自然坡度約25°左右,隧道進(jìn)口出口端趙家溝,有小路與外界相通。隧址區(qū)構(gòu)造單元屬鄂爾多斯地臺(tái)西南緣與關(guān)中凹陷的結(jié)合部位,斷裂、褶皺不發(fā)育,巖層傾角小于5°,相對(duì)比較穩(wěn)定,地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單。區(qū)內(nèi)發(fā)育兩組節(jié)理,近于垂直,其走向分別為N20W、N65E,節(jié)理間距0.5~1 m。
隧址區(qū)地層主要為第四系上更新風(fēng)積新黃土、第四系中更新統(tǒng)風(fēng)積老黃土、白堊系下統(tǒng)礫巖、砂巖。第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積新黃土(Q3eol3),普遍分布于隧址區(qū)梁峁頂部,厚度多為3~13 m,淺黃色、灰黃色,土質(zhì)較均,硬塑,大孔隙及垂直節(jié)理發(fā)育,具濕陷性,Ⅱ級(jí)普通土,σ0=150 kPa;第四系中更新統(tǒng)老黃土(Q2eol3),普遍分布于新黃土之下,出露于黃土沖溝溝壁,厚度較大,一般為12~35 m,褐黃色為主,硬塑,含大量鈣質(zhì)結(jié)核,夾數(shù)層古土壤,Ⅲ級(jí)硬土,σ0=250 kPa;白堊系下統(tǒng)礫巖(K1Cg),普遍分布于老黃土層下,棕紅色為主,薄層狀構(gòu)造,泥質(zhì)膠結(jié),成巖差,強(qiáng)風(fēng)化層厚度多為20~35 m,Ⅲ級(jí)硬土,σ0=300 kPa;弱風(fēng)化層厚度變化較大,除隧道進(jìn)、出口段外,一般均超過30 m,Ⅳ級(jí)軟石,σ0=700 kPa;白堊系下統(tǒng)砂巖(K1Ss)基本呈水平狀分布于礫巖層下,層厚>20 m,鉆探未揭穿,紫紅色夾灰白色,中粒結(jié)構(gòu)、中厚層狀構(gòu)造,局部夾泥巖、礫巖薄層,泥質(zhì)膠結(jié),成巖差。強(qiáng)風(fēng)化層,主要分布于隧道進(jìn)、出口段,Ⅲ級(jí)硬土,σ0=300 kPa;弱風(fēng)化層,為隧道洞身段主要地層,Ⅳ級(jí)軟石,σ0=600 kPa。
場(chǎng)區(qū)黃土具有明顯的濕陷性,對(duì)場(chǎng)區(qū)典型黃土進(jìn)行取樣試驗(yàn),評(píng)價(jià)結(jié)果為中等自重濕陷性黃,如表1所示。
表1 黃土濕陷性評(píng)價(jià)
隧道進(jìn)口端地表水為渭河水系支流招賢河,常年有水,隨季節(jié)變化較大。其支流有七頃灣溝、石家咀溝,均為常年流水溝,流量分別為67.7 m3/d、186.4 m3/d;隧道出口端地表水為長(zhǎng)益川河支流趙家河,其支流為麻子溝、羅灣溝匯合,常年流水,流量分別為218.9 m3/d、82 m3/d。
隧道洞身通過地層巖性為白堊系下統(tǒng)砂巖,局部泥巖、礫巖薄層,泥質(zhì)膠結(jié),成巖差;進(jìn)出口端強(qiáng)風(fēng)化層厚度20~35 m,巖體破碎,工程地質(zhì)條件較差,隧道洞身處為弱風(fēng)化砂巖層,工程地質(zhì)條件相對(duì)較好。
根據(jù)隧道通過不同段落的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件,對(duì)隧道洞身圍巖分級(jí)如表2所示,綜合分析,Ⅴ級(jí)圍巖合計(jì)長(zhǎng)度為1 200 m,占隧道總長(zhǎng)的22.73%;Ⅳ級(jí)圍巖合計(jì)長(zhǎng)度為4 080 m,占隧道總長(zhǎng)的77.27%。
表2 隧洞洞身圍巖分級(jí)
針對(duì)隧址區(qū)巖土工程地質(zhì)條件,提出如下主要工程措施。
施工中應(yīng)做好地質(zhì)超前預(yù)報(bào)及檢測(cè)工作;隧道進(jìn)口段為河流高階地,洞室淺埋,覆蓋層較薄,基巖風(fēng)化較嚴(yán)重,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)及處理措施,開挖后應(yīng)及時(shí)支護(hù)、襯砌;隧道出口段砂巖風(fēng)化嚴(yán)重,節(jié)理裂隙發(fā)育,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)及處理措施,開挖后應(yīng)及時(shí)支護(hù)、襯砌;隧道洞身位于砂巖地層中,局部夾泥巖、礫巖薄層,泥質(zhì)膠結(jié),成巖差,易發(fā)生掉塊、坍塌,應(yīng)加強(qiáng)支護(hù);進(jìn)出口端邊、仰坡坡率在新黃土地層為1∶ 1.5,砂巖(強(qiáng)風(fēng)化)地層為1∶ 0.5;施工時(shí)應(yīng)加強(qiáng)洞口邊仰坡排水。
隧道工程作為隱蔽性工程,對(duì)工程地質(zhì)勘察的成果要求非常高。而新建鐵路寶雞二電廠至麟游礦區(qū)鐵路專用線石咀山隧道穿越厚度較大的黃土地層,黃土地層的濕陷性、地層分布等工程地質(zhì)特性對(duì)隧道建設(shè)具有十分重要的作用。研究采用了地質(zhì)鉆探、原位測(cè)試和取樣試驗(yàn)的方法對(duì)場(chǎng)區(qū)的地層進(jìn)行勘察,綜合分析地層的工程地質(zhì)特征,評(píng)價(jià)得出隧址區(qū)的上覆黃土為自重濕陷性黃土,濕陷性等級(jí)為中級(jí),進(jìn)出口端邊、仰坡坡率在新黃土地層為1∶ 1.5,砂巖(強(qiáng)風(fēng)化)地層為1∶ 0.5;施工時(shí)應(yīng)加強(qiáng)洞口邊仰坡排水;下伏基巖砂巖局部夾泥巖、礫巖薄層,泥質(zhì)膠結(jié),成巖差,易發(fā)生掉塊、坍塌,應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)。