西成客運專線福仁山隧道地質勘察

景積倉

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司， 陜西西安 710043)

1 工程概述

福仁山隧道位于陜西省漢中市洋縣附近,隧道進口位于金水河牛角壩,出口位于酉水河宋家堰,洞身經過水地溝、高家溝、大夫溝、野廟溝、廟埡坡、雍家林、西溝等溝谷。隧道起訖里程為DK159+671～DK172+742,全長13071 m,進口高程691.2 m,出口高程599.16 m,最大埋深929 m,在DK172+523及西溝聶家院附近以淺埋形式通過,DK172+523處埋深約46 m,西溝聶家院(DK170+545)附近埋深約53 m。

2 福仁山隧道地質條件概述

2.1 地形地貌特征

福仁山隧道場地為秦嶺南麓中山區,平均海拔1 200 m,最高海拔為1 634.1 m。洞身地表起伏較大,地表自然坡度30°～40°。分布有眾多基巖“V”形侵蝕谷,溝谷多為南北展布,其中較大的有：水地溝、高家溝、大夫溝、野廟溝、廟埡坡、雍家林、西溝等,總體而言,工點區山高坡陡,基巖裸露,溝壑縱橫,地形復雜,植被茂密。

2.2 地層巖性特征

隧道工程涉及的主要巖性為第四系全新統坡積膨脹土、沖積卵石土、坡積碎石土及坡洪積塊石土,志留系下統片巖及片巖夾大理巖、大理巖,元古界中上統變粒巖夾大理巖、片麻巖夾云母石英片巖、片巖夾片麻巖、大理巖夾片麻巖、片麻巖夾片巖、片麻巖夾大理巖、片巖夾大理巖、片麻巖夾片巖夾片麻巖,上太古界片麻巖夾大理巖分布在斷帶內的斷層角礫、斷層泥及碎裂巖中。

2.3 地質構造特征

隧道區位于商丹斷裂帶和勉略-巴山弧形斷裂構造帶夾持的南秦嶺構造帶,是秦嶺造山帶的峰腰部位,主體上位于佛坪穹窿的南半部。經多次構造活動的影響,其內部組成與構造變形十分復雜。隧道區主要的構造為斷層構造和褶皺構造。

(1)主要斷層構造

①f66：逆斷層,產狀N55°～80°W/60°～75°N,斷層破碎帶寬10～30 m。斷帶物質為碎裂巖，局部夾斷層角礫,斷帶內巖體較為破碎,隧道洞身通過地段為DK159+856～DK159+878.4。該斷層在地形、地貌及物探曲線上反映較明顯。斷層延伸較長。

②f67：逆斷層,產狀N60°～80°W/50°～65°N,斷層破碎帶寬約為30～40 m。斷帶成分為斷層角礫巖組成,隧道洞身通過地段為DK160+281～DK160+318,該斷層延伸較長。

③f68：逆斷層,產狀N70°～65°W/50°～60°N,斷層破碎帶寬約30～45 m,斷帶內物質主要為碎裂巖。隧道洞身通過里程為DK160+575～DK160+610。該斷層地形、地貌及地層巖性反映較明顯。

④f69：逆斷層,產狀為N50°～85°W/50°～80°N,破碎帶寬度為30～45 m,結構面粗糙,斷層面上有擠壓膜,局部已糜棱巖化,斷帶物質主要為斷層角礫,巖體節理很發育,較為破碎,隧道洞身通過里程為DK161+297～DK161+338。該斷層延伸較長,延伸長度大于4 km。

⑤f70：逆斷層,產狀為N65°～88°W/35°～45°N,破碎帶寬度為10～25 m,斷帶物質主要為斷層泥,局部可見糜棱巖化現象,物探反映明顯,隧道洞身通過里程為DK162+250～DK162+270。該斷層延伸較長,延伸長度大于4 km。

⑥f70-1：逆斷層,產狀為N60°～80°W/75°～88°N,破碎帶寬度為20～40 m,斷帶物質主要為斷層角礫,局部可見糜棱巖化現象,物探反映明顯,隧道洞身通過里程為DK167+943～DK167+968。

⑦f71：正斷層,產狀為N20°～45°W/40°～60°N,破碎帶寬度為10～40 m,斷帶物質主要為斷層角礫,局部可見糜棱巖化現象,隧道洞身通過里程為DK168+500～DK168+525。該斷層延伸較長,延伸長度大于4 km。

⑧f71-1：正斷層,產狀為N55°～75°W/55～75°N,破碎帶寬度為50～70 m,斷帶物質主要為碎裂巖,局部可見糜棱巖化現象,隧道洞身通過里程為DK171+255～DK171+322。該斷層延伸較長,延伸長度大于12 km。

⑨f71-2：正斷層,產狀為N45°～55°W/60～80°S,破碎帶寬度為25～40 m,斷帶物質主要為碎裂巖,局部可見糜棱巖化現象,隧道洞身通過里程為DK171+977～DK172+009。該斷層延伸較長,延伸長度大于12 km。

(2)褶皺構造

福仁山隧道發育兩處背斜構造和一處向斜構造,背斜核部洞身中心里程DK165+543、DK169+062,巖體破碎,節理發育。向斜核部未穿過洞身,褶皺核部節理發育,巖體破碎且富水。

福仁山隧道主要巖性和構造見圖1。

圖1 福仁山隧道洞身縱斷面

2.4 水文地質特征

(1)地表水

福仁山隧道進口為金水河,出口酉水河,均為常年流水,年徑流量2.7～4.31億m3,雨季水量增加顯著,是隧道區地下水最低排泄基準面。隧道頂部較大的溝谷有火雞溝、南溝、稻田溝、大夫溝、野廟溝、鐵爐溝、陽河、黑魚溝等,據調查,其流量為182.74～23 801.47 m3/d。

(2)地下水

隧道區地下水的形成和分布受地形地貌、巖性、構造、植被、降水量等多種因素控制和影響。特別是在構造作用下,斷層碎裂帶、巖性接觸帶、節理密集帶以及巖溶發育地區,為地下水貯存和運移創造了良好的地質條件。地下水賦存類型主要為基巖裂隙水和巖溶水。

隧道區地表水和地下水水質良好,對圬工無侵蝕性。

2.5 不良地質和特殊巖土

隧道區范圍內的不良地質主要為隧道進口左側金水河右岸的大理巖中,以溶洞形式發育的巖溶現象,溶洞直徑約1～3 m,可見延伸深度大于10 m,不完全充填,充填物為角礫及雜砂土。

隧道區的特殊巖土為膨脹土,具弱-中等膨脹性。

3 隧道主要工程地質問題分析

通過對隧道區工程地質、水文地質條件的綜合分析,預測隧道施工中可能存在如下主要地質問題。

3.1 地應力及巖爆

巖爆的發生主要由地應力和巖性兩個因素決定。一是要有堅硬完整的脆性巖石,二是巖體中存在有高地應力。

根據福仁山隧道地應力測試結果分析,本隧道埋深300～500 m圍巖中存在中-高地應力,隧道埋深大于500 m的圍巖中存在高地應力,局部地段存在極高地應力。在巖質堅硬、巖體完整,巖性較脆且干燥無水、埋深300～500 m的大理巖Ⅱ級圍巖地段存在發生輕微-中等巖爆的可能,在埋深大于500 m的大理巖Ⅱ級圍巖地段有發生中等巖爆的可能。

由于引起巖爆的原因很多,影響因素復雜,除地應力和巖性外,還與開挖斷面形狀,開挖方式等施工因素有關。因此,在勘察設計階段，尚難具體預測、劃分巖爆發生的地段和強度，只能在今后的施工實踐中逐漸認識和研究。

3.2 突涌水(泥)

根據區內水文地質調查中對地表水及地下水的調查,地表溝內水量較大,為充足的地下水補給來源,地下局部地段地下水發育,主要富存于斷層破碎帶、地層接觸帶、長大密集節理、進口段～DK160+485、DK166+246～DK167+149、DK167+327～DK167+865段洞身大理巖巖溶發育地段及部分隧道淺埋地段中,這些部位巖體節理、裂隙發育,基巖裂隙水、構造裂隙水、巖溶水較發育,產生突、涌水(泥)的可能性較大。

3.3 圍巖失穩

隧道通過斷層破碎帶、褶皺核部、地層接觸帶、長大密集節理帶、洞身位于大理巖的地段及部分隧道淺埋地段,由于巖體破碎,施工時極可能出現坍塌等圍巖失穩現象。

4 結束語

特長隧道由于其長度長,埋深大,隧道施工可能遇到的地質問題較多,在隧道勘察中,應查明隧道區的地貌、巖性、構造,水文地質條件及隧道區的不良地質現象和特殊巖土的分布，并分析研究隧道可能存在的局部突然涌水、高地應力和巖爆、局部圍巖坍塌失穩等主要地質問題。

對易產生突涌水(泥)和圍巖坍塌的斷層破碎帶、褶皺核部、地層接觸帶、長大密集節理帶、洞身位于大理巖的地段及部分隧道淺埋地段,在設計及施工中應加強超前支護且及時襯砌,并加強防排水措施。

福仁山隧道斷層和褶皺構造較發育,而且整座隧道不同程度的夾有大理巖,隧道水文地質條件較為復雜,隧道計算最大涌水量7萬多m3,在隧道坡度設計中,不宜采用單面坡,宜采用有利于排水的人字坡形式。

[1] TB10012—2001 鐵路工程地質勘察規范[S]

[2] TB10077—2001 鐵路工程巖土分類標準[S]

[3] TB10102—2004 鐵路工程土工試驗規程[S]