特長鐵路隧道東茗隧道綜合勘察

朱江

（中鐵第五勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，北京102600）

在山區(qū)鐵路勘察過程中，特長隧道一直都是鐵路勘察工作的重點(diǎn)、難點(diǎn)。在杭紹臺鐵路東茗隧道勘察過程中，運(yùn)用了綜合勘察手段對隧道洞身范圍內(nèi)的地質(zhì)體進(jìn)行詳細(xì)研究。查明了隧道通過區(qū)的地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造特征。查明了隧道通過區(qū)巖土層的類型、分布范圍、深度及各層物理力學(xué)性質(zhì)，分析和評價了圍巖穩(wěn)定性。根據(jù)場地工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，合理劃分圍巖級別。

1 概況

1.1 工程概況

東茗隧道位于浙江新昌縣東茗鄉(xiāng)境內(nèi)，其進(jìn)口端里程為DK95+910，出口端里程為DK114+139，全長18229m。隧道最大埋深約262m。隧道采用“人”字坡，本隧道設(shè)置3 個斜井做為施工輔助坑道。是中國華東地區(qū)最長的高鐵隧道。

1.2 工程自然地理特征

東茗隧道穿行于剝蝕丘陵區(qū)和低山區(qū)，地形起伏，多呈“V”字型沖溝發(fā)育，海拔高程50～425m，相對高差30～425m，自然坡度25°～60°。隧道通過段內(nèi)山體多陡峻，溝谷及斜坡緩坡分布第四系土層。

2 勘察概況與方法

2.1 勘察概況

采用地質(zhì)調(diào)繪、綜合物探、室內(nèi)試驗、原位測試等方法，對隧道洞身范圍內(nèi)的地質(zhì)體進(jìn)行詳細(xì)研究。

2.2 資料收集分析

在野外勘察前，充分收集了本區(qū)域1:20 萬區(qū)域地質(zhì)圖、水文地質(zhì)圖、1:5 萬工程地質(zhì)圖、衛(wèi)片、周邊工程勘察報告等資料，在室內(nèi)進(jìn)行了初步分析，為后面的遙感解譯及地質(zhì)調(diào)繪提供了工作依據(jù)。

2.3 遙感解譯

在充分應(yīng)用區(qū)域地質(zhì)資料和既有前期勘察資料的基礎(chǔ)上進(jìn)行了遙感解譯工作，從宏觀角度對區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育的形態(tài)、位置、規(guī)模進(jìn)行了解譯，為現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)繪及鉆探提供了較好的指導(dǎo)作用，遙感解譯在山區(qū)工程地質(zhì)勘察工作中有著特殊的優(yōu)勢。

2.4 地質(zhì)調(diào)繪

按有關(guān)規(guī)范、規(guī)程內(nèi)容，結(jié)合工程設(shè)置采用遠(yuǎn)近觀察、由面到點(diǎn)、點(diǎn)面結(jié)合的方法開展了1:2000 地質(zhì)調(diào)繪，對進(jìn)出口、淺埋段、構(gòu)造與隧道相交位置進(jìn)行了1:500 的針對地質(zhì)調(diào)繪，進(jìn)一步查明線路通過地段的地形、地貌、地層、巖性、結(jié)構(gòu)面特征和地質(zhì)構(gòu)造之間的關(guān)系對工程的影響。預(yù)測工程設(shè)置、施工可能出現(xiàn)的工程地質(zhì)問題。

2.5 物探

根據(jù)本隧道的工程地質(zhì)特征、地形地貌，本次物探工作采用了大地電磁、高密度電法，大地電磁主要用于隧道洞身，高密度電法主要應(yīng)用于隧道進(jìn)出口及淺埋段。

2.6 鉆探

結(jié)合前期資料分析、調(diào)繪及物探結(jié)果，針對隧道的控制段落，對進(jìn)出口、淺埋段、構(gòu)造發(fā)于等地段布置了勘探點(diǎn)，達(dá)到對地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行更準(zhǔn)確的勘探，對地質(zhì)調(diào)繪、物探等成果進(jìn)行驗證。

3 隧道工程地質(zhì)特征

3.1 地層巖性

依據(jù)工程地質(zhì)調(diào)繪及地質(zhì)鉆探，工點(diǎn)內(nèi)地層巖性主要為：第四系全新統(tǒng)人工填筑素填土，殘坡積粉質(zhì)黏土、粗圓礫土、碎石土，基巖為白堊系下統(tǒng)粉砂巖、砂礫巖、凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)角礫巖、斷層角礫。本文未展開詳細(xì)描述。

3.2 地質(zhì)構(gòu)造

隧址區(qū)構(gòu)造單元屬于我國東部新華夏系第一隆起帶，在漫長的地質(zhì)歷史時期，經(jīng)受了多次復(fù)雜的構(gòu)造運(yùn)動，以斷裂構(gòu)造為主，褶皺構(gòu)造平緩且不發(fā)育，主要構(gòu)造形跡以新華夏系北東向和華夏系北東向一系列壓性、壓扭性斷裂或縱張斷裂、擠壓帶、劈理帶，并伴有北西向張性或張扭性斷裂組成，斷裂一般延伸長，規(guī)模巨大，斷裂構(gòu)造縱橫交錯。隧址區(qū)及周邊主要構(gòu)造特征見圖1。工點(diǎn)內(nèi)內(nèi)地層主要為白堊系下統(tǒng)沉積巖系。本區(qū)的山麓、溝谷、山間盆地形成的陸相第四系松散沉積亦為本區(qū)地層的組成部分。工點(diǎn)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造敘述如下：

圖1 構(gòu)造綱要圖

3.2.1 斷層：隧道主要斷層根據(jù)物探報告及勘探資料（見圖2），推測斷層見表1。

表1 隧道場地內(nèi)斷層產(chǎn)狀及特性一覽表

圖2 物探、勘探推測斷層Fdm1、Fdm3 示意圖

3.2.2 節(jié)理裂隙：工點(diǎn)內(nèi)洞身基巖發(fā)育有多組節(jié)理，砂礫巖節(jié)理裂隙較發(fā)育～很發(fā)育，節(jié)理裂隙少量泥質(zhì)充填，在接觸帶附近，往往發(fā)育密集的網(wǎng)狀節(jié)理，節(jié)理裂隙內(nèi)多為泥質(zhì)充填，節(jié)理發(fā)育會降低圍巖強(qiáng)度，且易發(fā)育成為地下水運(yùn)移通道，對節(jié)理密集帶，隧道設(shè)計及施工時需加強(qiáng)防護(hù)措施。

4 隧道水文地質(zhì)特征

4.1 水文地質(zhì)特征

隧道主要穿越溝谷組成的第四紀(jì)松散堆積層分布區(qū)和丘陵組成的白堊系沉積碎屑巖基巖山區(qū)，受地質(zhì)構(gòu)造及巖性影響，地下水蘊(yùn)含能力較強(qiáng)，地下水的形成受地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、降水等多種因素的影響，區(qū)內(nèi)地下水主要為第四系孔隙潛水、基巖裂隙水，主要接收大氣降水和水庫構(gòu)造裂隙通道補(bǔ)給，通過孔隙、節(jié)理裂隙由上向下聯(lián)通形成排泄通道，多數(shù)補(bǔ)給谷地等低洼處地層地下水。

4.2 環(huán)境水對混凝土等建筑材料的侵蝕性

通過采取隧址區(qū)地表水和地下水水樣進(jìn)行分析，根據(jù)《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》TB10005-2010 環(huán)境水、土對混凝土的侵蝕性判定標(biāo)準(zhǔn)，判定工點(diǎn)內(nèi)地表水對混凝土結(jié)構(gòu)無侵蝕 性，DK95+910～DK100+500、DK101+370～DK114+140 段 內(nèi) 地下水對混凝土結(jié)構(gòu)無侵蝕性，DK100+500～DK101+370 段內(nèi)地下水對混凝土結(jié)構(gòu)有侵蝕性，侵蝕等級為H1，侵蝕類型為CO2侵蝕。

4.3 預(yù)測隧道涌水量的計算方法和成果

預(yù)測隧道涌水量的計算方法采用降水入滲法、地下水徑流模數(shù)法。上述兩種方法計算結(jié)果，地下水徑流模數(shù)法較降水入滲法偏小，推薦使用降水入滲法。推薦隧道正常涌水量按Q正常=23192.19m3/d，雨季可能最大涌水量Q最大=56594.96 m3/d。隧道涌水量的計算，只是針對巖層含水特征一般規(guī)律。由于巖體破碎程度不同，滲透系數(shù)亦有很大的變化，局部侵入接觸帶、斷層擠壓破碎帶，巖體裂隙水較發(fā)育，可能會出現(xiàn)股狀涌水現(xiàn)象，設(shè)計及施工中應(yīng)采取相應(yīng)預(yù)防和處理措施。

5 隧道工程地質(zhì)評價

5.1 圍巖級別

通過綜合勘察手段，判斷圍巖級別為：Ⅴ級圍巖長度555m，約占3.05%，Ⅳ級圍巖長度2665m，約占14.64%，Ⅲ級圍巖長度5110m，約占28.07%，Ⅱ級圍巖長度9875m，約占54.24%。本文未分段展開詳細(xì)描述。

5.2 隧道進(jìn)出口工程地質(zhì)條件評價

5.2.1 隧道進(jìn)口：進(jìn)口地形較陡，無偏壓現(xiàn)象，為殘坡積粉質(zhì)黏土，強(qiáng)、弱風(fēng)化粉砂巖、砂礫巖，巖體較破碎，工程地質(zhì)條件較差，易坍塌、掉塊，應(yīng)加強(qiáng)超前支護(hù)，襯砌緊跟，做好防止地表水下滲等措施。建議邊、仰坡開挖坡率為強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖：1：1～1：1.5；強(qiáng)風(fēng)化砂礫巖：1：1.5；弱風(fēng)化粉砂巖：1：0.5～1：0.75；弱風(fēng)化砂礫巖：1：0.75～1：1；邊坡坡面需防護(hù)。

5.2.2 隧道出口：出口地形較陡，無偏壓現(xiàn)象，為殘坡積細(xì)角礫土，全、弱風(fēng)化粉砂巖、砂礫巖，巖體較破碎，工程地質(zhì)條件較差，易坍塌、掉塊，應(yīng)加強(qiáng)超前支護(hù)，襯砌緊跟，做好防止地表水下滲等措施。建議邊、仰坡開挖坡率為強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖：1：1～1：1.5；強(qiáng)風(fēng)化砂礫巖：1：1.5；弱風(fēng)化粉砂巖：1：0.5～1：0.75；弱風(fēng)化砂礫巖：1：0.75～1：1；邊坡坡面需防護(hù)。

5.2.3 隧道洞身：洞身穿越弱風(fēng)化粉砂巖、砂礫巖、凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)角礫巖，DK95+910～DK101+000 段，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，圍巖穩(wěn)定性差，DK101+000～DK106+000 段，巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育，圍巖穩(wěn)定性一般，DK106+000～DK113+000 段，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育程度低，圍巖穩(wěn)定性相對較好，DK11 3+000～DK114+140 段，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，圍巖穩(wěn)定性較差。其中部分段圍巖穩(wěn)定性差，需加強(qiáng)初期支護(hù)，及時襯砌。

6 結(jié)論

扎實的勘察工作為隧道的設(shè)計及施工提供了強(qiáng)有力的依據(jù)。東茗隧道在施工過程中，開挖揭示工程地質(zhì)條件與勘察成果基本吻合，在地質(zhì)引起變更極少的情況下，我國華東地區(qū)最長高鐵隧道——長達(dá)18.2 公里的杭紹臺高鐵東茗隧道于2020 年7 月27 日安全貫通。本文可為日趨增多的特長隧道綜合地質(zhì)勘察提供可以借鑒的模式和方法。