王家山隧道工程施工地質條件研究

摘要：王家山隧道的工程地質及水文地質條件較為復雜，施工影響因素較多，因而發生了幾次塌方事故。文章分析了該隧道工程的地質條件、水文地質條件及施工前后圍巖等級劃分的變化，揭示了地質條件對隧道施工的影響，從而為今后的隧道建設工作提供指導。

關鍵詞：王家山隧道；隧道工程；地質條件；水文地質條件；圍巖等級 文獻標識碼：A

中圖分類號：U455 文章編號：1009-2374（2015）13-0127-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.13.064

1 概況

王家山隧道位于江西省萍鄉市福田鎮境內，隧道進口里程為DK809+495，出口里程為DK810+620，全長1125m，最大埋深約140m，隧道洞身總體走向為264°，分別從進、出口兩個方向開展施工。因地質條件復雜，圍巖地層軟硬不均，地下水發育等原因，隧道在施工過程中出現了幾次塌方，對塌方段地質補勘后進行處理。

2 工程地質條件

2.1 地形地貌

剝蝕低山丘陵區，海拔標高一般為136～314m，最高點位于王家山，標高為+314.6m，最低點位于隧道進口東側溝谷地帶，標高為+136.0m，地形起伏較大，地形地貌總體表現為剝蝕丘陵與丘間谷地相間；剝蝕丘陵自然坡度15°～40°不等，丘坡絕對高程136.0～314.0m，相對高差40～180m，植被較發育，多為雜草和松樹、杉樹及油茶林，靠近坡腳較平緩處多辟為村莊及水田。

2.2 地質構造

根據《福田幅區域地質說明書》及本次調繪結果綜合分析，該隧道總體構造形跡強烈，以倒轉褶皺為主，各次級褶皺、褶曲發育，并伴有斷層。具體勘測結果如下：（1）褶皺。本隧道基巖出露少，巖層總體傾向隧道大里程方向，隧道處于福田倒轉背斜，褶皺軸向總體走向為東北—西南，與線路大角度相交。巖層總體傾向西北，地層倒轉，傾角較大；（2）斷層。DK810+430附近為F1斷層，斷層走向約40°，南東側為P1x炭質灰巖夾頁巖，北西側為P2l細砂巖夾炭質頁巖和煤層。物探EH-4存在低阻帶，震探反映不明顯，斷層寬度不大；（3）節理裂隙。本區巖體節理發育，測區巖體圍巖較破碎易造成隧道洞身坍塌。因此施工時應加強隧道地質素描工作，及時掌握洞身巖體節理裂隙狀況。

2.3 地層巖性

表層為第四系殘坡積粉質黏土、黏土，黃灰色，硬塑，夾碎石，細角礫土。下伏基巖主要為二疊系下統小江邊組（P1x）和茅口組（P1m）地層，由老至新敘述如下：二疊系下統小江邊組（P1x）：炭質頁巖、炭質灰巖，灰黑色，強～弱風化，巖石軟、硬不均。分布于DK810+162～DK810+440段。且地表出露形式多以灰黑色頁巖、鈣質泥巖強風化，呈片狀。炭質灰巖巖溶較發育，鉆探揭示層中有溶洞發育。無填充或角礫填充。巖層傾向西北，地層倒轉，置于P1m硅質灰巖上，震探波速為3755～3774m/s。二疊系下統茅口組（P1m）：以深灰色薄層狀硅質頁巖為主，夾有灰巖，局部夾少量炭質頁巖。硅質頁巖鉆探易呈碎塊狀，上部覆蓋層較厚且灰巖溶蝕發育，分布里程為進口～DK810+162，震探波速為2156～2600m/s。

3 隧道水文地質條件

地表水主要為季節性溪溝，靠大氣降水補給，匯集于溝谷，調繪時水量不大，隧址區內無大的地表水體通過。剝蝕丘陵區地下水埋深受地形控制，隧道軸線附近第四系殘坡積層內地下水沿丘陵坡腳雨季有水滲出，一般季節呈濕潤狀態。隧道基巖裂隙水主要賦存于風化裂隙和構造裂隙。風化裂隙水賦存于硅質頁巖風化層中，巖體受風化影響而破碎，透水性強，含水層厚6～35m；殘積土層中存在上層滯水，受季節性影響明顯。構造裂隙水賦存于斷層、節理等構造裂隙中，具有不均一性。補給來源主要接受大氣降水補給。隧道碳酸鹽巖溶裂隙水主要分布于P1m、P1x中，含水層地層巖性為炭質灰巖。

地表巖溶覆蓋嚴重，經隧道洞身鉆孔發現，洞徑達3.0m，無填充或角礫填充。大氣降水是巖溶地下水主要補給來源，通過分散于地表的溶蝕層裂隙滲入地下，以下降泉的形式散漫排泄，或者隱伏于溶洞中。隧址附近DK810+320左85m于P1m與P1x分界線附近有一降泉，形成一水井，直徑約3m，水深約1.5m，流量較小，間歇有水泡冒出。隧道南側約400～600m發現多處泉水，多發育于丘坡谷地中，出露高程不超過隧道路肩標高。泉流量最大0.001～1.000L/s不等，雨季變化較大，暴雨過后流量達2～3倍，泉水常年不干且水量大，能滿足基本用水需求。

4 隧道圍巖分級

根據沿線構造地質特征，可以對隧道洞身圍巖進行等級劃分，具體如表1所示：

表1 王家山隧道圍巖分級及工程地質評價

序號 里程 長度（m） 圍巖分級 工程地質條件及評價

1 DK809+530

～DK809+790 295 V 隧道進口：淺埋段，表層為第四系粉質黏土，黏土，層厚2.0～5.0m，硬塑。下伏基巖為二疊系下統茅口組（P1m）硅質頁巖、灰巖、局部炭質頁巖，薄～中層狀。巖石較破碎，隧道洞身通過硅質頁巖、炭質灰巖強風化，附近鉆孔揭示；硅質頁巖強風化層厚大于23.0m，巖體破碎，呈碎塊狀。炭質灰巖地層中發育溶洞，無填充。地下水以碳酸巖裂隙巖溶水為主，施工過程中塌方、涌水的風險較大，設計施工時加強防護、止排水措施。

2 DK809+790

～DK810+160 370 Ⅳ 二疊系下統茅口組（P1m）硅質頁巖、灰巖、局部炭質頁巖，薄～中層狀。洞身穿過基巖弱風化，硅質頁巖層薄，鉆探易碎，易坍塌。地下水以碳酸巖裂隙巖溶水為主，施工塌方、涌水的風險較大，設計施工時加強防護、止排水措施。

3 DK810+160

～DK810+180 260 Ⅳ 二疊系下統小江邊組（P1x）炭質頁巖、炭質灰巖，強～弱風化，灰黑～青灰色。洞身穿過基巖弱風化，地層軟硬不均，易坍塌。炭質頁巖中可能還有瓦斯氣體。鉆孔揭示，炭質灰巖中發育溶洞，角礫填充。地下水以碳酸巖裂隙巖溶水為主，施工存在塌方、涌水、瓦斯等風險。設計施工時加強防護、止排水措施，并加強通風。endprint

5 施工地質變更分析

除了前期勘測之外，后期對明挖段及塌方段進行了地質補勘，變更段圍巖分級情況如表2所示，其勘測結果及相關分析如下所示：

5.1 DK809+625～+705邊仰坡開裂段

該段地質條件與原設計基本一致，圍巖等級仍為V級。本段以硅質頁巖為主，少量炭質頁巖，部分為灰巖。洞身主要穿過以上幾種巖性組合的強風化層，部分穿過弱風化層。表層為坡、殘積層（Qdl+el）粉質黏土、含碎石黏性土，細角礫土，圍巖為P1m地層，巖性有硅質頁巖、炭質頁巖和灰巖，呈互層狀、夾層狀或透鏡體狀分布。由于該段地下水較發育且以裂隙水為主，巖性軟弱多變，因此在施工中應加強邊坡防護并采取止排水措施，從而確保施工安全。

5.2 DK809+790～DK810+081.6圍巖變更段

圍巖為P1m地層，含有硅質頁巖、炭質頁巖、灰巖。洞身主要穿過以上幾種巖性組合的強、弱風化層。DK809+790～DK810+040段圍巖受地下水影響較大，圍巖級別由IV級調整為V級為主，僅DK809+915～+935段地下水不發育，圍巖級別維持IV級。DK810+040～+081.6段施工裂隙發育、圍巖松動，該段圍巖級別調整為V級。

5.3 DK810+081.6～+168塌方段

根據施工開挖揭示、掌子面素描及超前預測預報顯示，圍巖為炭質灰巖與炭質頁巖互層，夾少量灰巖及硅質頁巖，弱風化，巖體較破碎，有少量裂隙水，圍巖級別為IV級。而塌方后經深孔鉆探顯示：0～11.5m為第四系覆蓋層，以粉質黏土為主，局部夾粗角礫，礫石成分主要為硅質巖和砂巖；11.5～18.4m灰黑色弱風化炭質灰巖，18.4～42.4m為灰黑色弱風化巖質灰巖與炭質頁巖互層，42.4～45.9m青灰色弱風化灰巖，45.9～54.6m為灰黑色弱風化巖質灰巖與炭質頁巖互層，54.6～59.6m為黑色弱風化炭質頁巖，較破碎，59.6～62m為坍落空腔，62～87.8m為松散坍落堆積物，主要成分為灰黑色弱風化炭質灰巖、炭質頁巖。經物探資料分析，建議DK810+081.6～+168塌方段圍巖級別變更為VI級。

表2 變更段圍巖分級情況

原設計圍巖分級 變更設計圍巖分級 附注

編號 里程范圍 長度 圍巖級別 里程范圍 長度 圍巖

級別

1 DK809+530～+790 260 V DK809+530～+790 260 V

2 DK809+790～DK810+180 390 IV DK809+790～+915 125 V

DK809+915～+935 20 IV

DK809+935～DK810+040 125 V

DK810+040～+081.6 41.6 V 塌方影響段

DK810+081.6～+168 86.4 VI 塌方段

DK810+168～+180 12 IV

6 結語

圍巖變更范圍為DK809+790～DK810+081.6，由于該段洞身穿越P1m地層，地層巖性復雜且多變，地層軟硬不均，炭質頁巖受地下水影響易出現軟化，因而圍巖級別調整為V級；地下水較不發育地段的圍巖仍維持IV級。DK810+040～+081.6段受塌方影響，施工裂隙發育，巖體松動，因而調整為V級。總的來說，地質條件與隧道的順利掘進和施工安全息息相關，尤其是在當前的勘測手段與勘測精度下，勘測成果與實際地質條件容易發生局部變化。勘察時應綜合運用物探、鉆探、測繪等多種手段，結合既有地質成果和以往建設經驗，合理判斷圍巖分級。施工人員必須要對施工地質條件加以重視，時刻關注圍巖變化情況。

參考文獻

[1] 交通部第一公路勘察設計院.公路工程地質勘察規范（JTJ 064-98）[S].北京：人民交通出版社，1999.

[2] 常士驃，張蘇民，項勃，等.工程地質手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，1992.

[3] 李繼昌，邵圣福.武漢至十堰高速公路西段隧道圍巖穩定性研究[J].地球科學-中國地質大學學報，2001，（4）.

作者簡介：楊明偉（1982-），男，供職于中鐵第四勘察設計院集團有限公司，中級職稱，研究方向：地質與路基。

（責任編輯：黃銀芳）endprint