豫西宜陽地區(qū)石陵-白鶴隱伏斷層盾構(gòu)施工影響分析

慶國帥 談楊渠

摘 要：隱伏斷層作為不良地質(zhì)體，是工程建設(shè)的極大隱患。本文采用電磁法和地震映像法綜合探測并加以鉆探驗證，結(jié)果表明，工程區(qū)內(nèi)斷層帶寬為50～60 m，傾角為70°～80°，地層巖性主要為新近系黏土巖、砂質(zhì)黏土巖，透水率為3.8～8.7 Lu，屬弱透水性;砂巖、礫巖透水率為12.3～43.6 Lu，屬中等透水性。查明隧洞圍巖特征，為引調(diào)水盾構(gòu)施工提供了可靠地質(zhì)資料。

關(guān)鍵詞：隱伏斷層;石陵-白鶴斷層;EH4電磁法;地震映像

中圖分類號：P642.4 ? ? 文獻標(biāo)識碼：A ? ? ? 文章編號：1003-5168（2021）30-0052-03

Abstract： As an adverse geology， the hidden faults are a great hidden danger for engineering. In this paper， electromagnetic and seismic imaging method are used to detect and verified by drilling. The results show that Shiling-Baihe Fault in project has a width of about 50～60 m and a dip angle of 70°～80°. The stratum is mainly Neogene clay and sandy clay rock， with a permeability rate of 3.8～8.7 Lu， which belongs to weak permeability; sandstone and conglomerate have a permeability rate of 12.3～43.6 Lu， which is medium permeability. It provides reliable geological data for diversion tunnel shield construction by finding out the characteristics of surrounding rock.

Keywords： hidden faults; Shiling-Baihe Fault; EH4 electromagnetic method; seismic imaging

斷層作為常見的不良地質(zhì)體，是隧洞圍巖最不穩(wěn)定的區(qū)段，易發(fā)生涌水突泥、坍塌及巖爆等地質(zhì)災(zāi)害[1-2]。在動、靜水壓力作用下，引水隧洞穿越斷層時危害會更如顯著[1]。不同性質(zhì)斷層具有不同的力學(xué)性質(zhì)，與隧洞關(guān)系不同的斷層也會產(chǎn)生不同的影響[1-3]。由于隱伏斷層在地表無出露或因出露不明顯而潛伏在地表以下，對工程安全直接造成威脅[4-7]。因此，查明工程區(qū)內(nèi)隱伏斷層至關(guān)重要。

斷層是發(fā)生相對位移的斷裂，破壞了原始地層的連續(xù)性，會導(dǎo)致地層中巖體密度、彈性性質(zhì)、電阻率等物理特性的連續(xù)性發(fā)生改變。因此，通過地球物理法可以對斷層進行探究[5-7]。

1 工程區(qū)概況

引調(diào)水工程位于新安、宜陽縣境內(nèi)，區(qū)域地層主要為寒武系灰?guī)r、白云巖，二疊系砂巖、泥巖，古近系礫巖、砂巖、黏土巖、砂質(zhì)黏土巖，新近系礫巖、砂巖、砂質(zhì)黏土巖、黏土巖及第四系低液限黏土。結(jié)合區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造，一條呈近北東向展布，長約60 km的石陵-白鶴斷層貫穿引水工程路線如圖1所示。

2 物探方法與解析

首先進行踏勘，依據(jù)巖層產(chǎn)狀差異確認(rèn)斷層基本方位，布置測線2條（見圖1）。測線一采用EH4電磁法，長700 m，該方法是利用天然電磁場和人工電磁場兩種場源，以介質(zhì)電阻率的差異來分辨地下構(gòu)造、巖層結(jié)構(gòu)以及空間形態(tài)，其主要由發(fā)射、控制和接收三大系統(tǒng)組成，具有輕便靈活、分辨率高、抗干擾性強等特點[7]。數(shù)據(jù)處理步驟主要為：剔除干擾信號、近場源修正、反演繪制成圖（見圖2）。從電阻率剖面中可看出，由淺至深整體上視電阻率逐漸增大，其中覆蓋層視電阻率一般在50 Ω·m以下;中間層視電阻率在50～240 Ω·m，局部大于300 Ω·m，厚度不均;下部基巖視電阻率大于300 Ω·m;在測線220～450 m處，明顯存在著中間低阻、兩側(cè)高阻值區(qū)域，向下延伸至460 m，推測該低阻值異常區(qū)域為隱伏斷層破碎帶，傾角約為70°～80°。

測線二采用地震映像法，是以地下介質(zhì)的彈性差異為基礎(chǔ)進行的一種淺層勘探，主要特點為：數(shù)據(jù)采集速度快;資料處理不需要校正，可有效減少動校正對淺層發(fā)射波的拉伸、畸變影響，提高記錄分辨率;抗干擾性強，穩(wěn)定性好[6]。現(xiàn)場選用人工錘擊作為震源，震源錘重63.5 kg，數(shù)據(jù)采集記錄長度為700 m，采用VISTA進行數(shù)據(jù)處理（見圖3）。從斷面圖中可看出，測線380～450 m之間存在一條明顯的反射帶，推測此處為受斷層破碎帶影響，斷裂帶及其影響寬度約為50.0～60.0 m。

3 鉆探成果與分析

為更準(zhǔn)確地了解斷層帶內(nèi)隧洞圍巖特征，在斷層帶內(nèi)布設(shè)復(fù)核鉆孔FHZK1，并進行壓水試驗來了解巖體滲透性，獲取透水率q值[8]。

地層巖性自上而下如下。第四系：素填土（4.00 m），低液限黏土（3.10 m）;新近系：砂質(zhì)黏土巖（RQD=25%～46%，3.90 m），細(xì)砂巖（RQD=0%～13%，q=29.6 Lu，2.00 m），礫巖（RQD=0%，q=29.6 Lu，2.50 m），黏土巖（RQD=20%～75%，q=3.8～5.7 Lu，7.80 m），砂質(zhì)黏土巖（RQD=0%～51%，4.20 m），粗砂巖（RQD=0%～18%，q=35.2 Lu，3.10 m），黏土巖（RQD=16%～33%，q=8.7 Lu，3.10 m），礫巖（RQD=0%，q=28.4～43.6 Lu，16.60 m），砂質(zhì)黏土巖（RQD=10%～60%，q=5.3 Lu，2.40 m），黏土巖（RQD=0%～60%，q=5.3～8.1 Lu，10.50 m），黏土質(zhì)砂巖、砂質(zhì)黏土巖互層（RQD=30%～80%，q=6.5～12.3 Lu，18.00 m），黏土巖（RQD=0%～36%，q=4.5 Lu，5.20 m）。

綜上所述，地層巖性主要為新近系黏土巖、砂質(zhì)黏土巖、砂巖及礫巖;隧洞圍巖（深約78.50～81.50 m）為破碎、弱-中等透水性的黏土質(zhì)砂巖和砂質(zhì)黏土巖互層;上覆巖石質(zhì)量指標(biāo)（RQD）多屬較差，巖體多屬中等透水性，地下水穩(wěn)定水位為13.40 m。

由于隧洞圍巖上覆巖石較破碎，加之高水頭作用，地下水又具一定的連通性，施工過程中可能存在高水壓、高圍壓作用，易造成突水涌泥、盾構(gòu)機卡頓、隧洞坍塌等問題。為降低安全風(fēng)險，減少損失，遂在引調(diào)水路線、隱伏斷層兩側(cè)布設(shè)降水井來進行降、排水處理，以減少圍巖中水壓力作用。最后，盾構(gòu)順利穿越斷層，期間隧洞涌水量相比有所減少，機艙水壓及其他各項參數(shù)均正常，地層巖性無異常。

4 結(jié)論

本文通過電磁法和地震映像法來探測隱伏斷層，反映出的斷裂異常結(jié)果較為一致，基本反演出基巖起伏情況，進一步查明斷層寬約50～60 m，傾角70°～80°;復(fù)核鉆孔及壓水試驗表明，斷層帶內(nèi)地層為中等透水性的砂、礫巖，弱透水性的砂質(zhì)黏土巖、黏土巖，隧洞圍巖為弱-中等透水性黏土質(zhì)砂巖和砂質(zhì)黏土巖互層。

此次盾構(gòu)順利穿越斷層表明，在高水頭、地下水連通及隧洞圍巖弱-中等透水性情況下，通過降、排水措施可以減少圍巖中水壓作用，減少安全隱患。

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