香樹坳隧道工程地質評述及工程重難點分析*

謝清忠，傅鶴林，劉東東，劉萬才，安鵬濤

1.中交四公局，北京 100000

2.中南大學，湖南 長沙 410075

香樹坳隧道是江玉高速公路上一條長大分離式隧道，左洞ZK7+560～ZK9+225，右洞K7+555～K9+242，為了確保隧道施工安全，文章擬對香樹坳隧道及工程重難點進行分析。

隧道進口位于江口縣閔孝鎮中練村附近，出口位于江口縣閔孝鎮中練村附近。該隧道屬低山地貌單元。山坡較陡，植被較發育。隧址區高程為556.6～764.8m，相對高差為208.2m。

1 工程地質條件

1.1 地層巖性

據工程地質測繪及詳勘鉆探揭露，隧址區的地層分布如下：上覆為第四系松散殘坡積（Q4el+dl）成因的黏土及崩坡積（Q4c+dl）成因的塊石土，底部基巖為寒武系下統變馬沖組（∈1b）頁巖、寒武系下統變清虛洞組（∈1q）灰巖、寒武系下統杷榔組（∈1p）鈣質頁巖。其特征由新到老分述如下：第四系殘坡積層（Q4el+dl）黏土、第四系崩坡積層（Q4el+dl）塊石土、寒武系下統變馬沖組（∈1b）頁巖、寒武系下統清虛洞組（∈1q）灰巖、寒武系下統杷榔組（∈1p）鈣質頁巖。

1.2 地質構造

工程區所在區域大地構造單元多屬揚子準地臺（Ⅰ）黔北臺隆（Ⅰ1）中的遵義斷拱（Ⅰ1A），處于黔北貴陽復雜構造變形區（Ⅰ1A3）。項目區內地質構造復雜，褶皺和斷裂都較發育，主要構造線方位為北東及近南北向，由多期構造變動形成，主要是加里東期的由長城-薊縣系體現的武陵期構造行跡被包容在燕山期（西北部）或加里東期（東南部）的背斜之中。若干斷層在喜馬拉雅期又復活。

據區域地質資料及沿線路地質調繪，調查區共發現斷裂7條，受斷層構造影響，區內地層大多被肢解分割，巖層以單斜地層為主，局部破碎雜亂。隧址區灰巖、頁巖大面積出露，現場調查中對隧道進出口及洞身段選取4處對巖體節理裂隙發育情況進行統計，統計結果如下。

（1）洞口附近灰巖。①150°∠84°：為層間裂隙，線密度1～2條/m，裂隙長度＞5m，表面張開1～3mm，深部閉合；②60°∠61°：線密度3～5條/m，裂隙長度＞2m，張開0.5～3.0mm；③273°∠74°：線密度2～4條/m，裂隙長度為1.5～3.0m，表面呈微張狀，深部閉合。

（2）出口附近頁巖。①326°∠79°：為層間裂隙，線密度3～7條/m，裂隙長度大于5.0m，呈閉合狀；②24°∠57°：線密度1～3條/m，裂隙長度大于5.0m，呈閉合狀。

（3）洞身頁巖。①74°∠52°：為層間裂隙，線密度5～7條/m，裂隙長度大于3.0m，呈閉合狀；②173°∠46°：線密度5～8條/m，裂隙長度大于4.0m，呈閉合狀。

（4）洞身頁巖。①216°∠80°：為層間裂隙，線密度1～3條/m，裂隙長度大于4.0m，呈閉合狀；②135°∠77°：線密度2～5條/m，裂隙長度大于約5.0m，呈閉合狀。

2 水文地質條件

2.1 地表水

隧址區地表水系屬閔孝河流域，是中國貴州省銅仁地區梵凈山轄內的一條河流。該河流發源于梵凈山，為錦江正源，錦江古稱辰水，其載“三山谷（梵凈山）辰水所出”。該河沿山西側途徑德旺、閔孝、雙江三個鎮而湛匯入錦江河。隧址區地表水系較為發育，主要為3條溪溝（黃溪、小溪及魚糧溪）中水流，其次為當地村民灌溉水渠。

（1）黃溪。位于隧道進口附近，距隧道進口約150m，該段沖溝水流總體自南東至北西從隧道進口附近穿過，勘察期間（2017年8—11月）測得水溝寬度為2.0～5.0m，水深平均約0.7m，流量約2.7m3/s。溝水流量受降雨影響大，根據現場調查訪問，最大水深約1.5m，黃溪對隧道進口無直接影響。

（2）小溪。位于隧道出口下方，支溝對應線路里程K9+180～K9+200段，該段沖溝水流大致自西向東從隧道洞身頂部穿過，勘察期間（2017年8—11月）測得水溝寬度為1.0～3.0m，水深平均約0.1m，流量約0.2m3/s。支溝流量受降雨影響大對隧道出口無直接影響。

2.2 地下水

測區地下水主要為第四系松散巖類孔隙潛水、基巖裂隙水及巖溶水。

（1）第四系松散巖類孔隙潛水。孔隙水主要分布于殘坡積及沖洪積層中，主要受大氣降水補給，其水量受季節性變化較大，分布于高處的孔隙水富水性較差，河谷兩側松散層中富水性較好。排泄方式以地表蒸發為主，部分補給深層地下水。

（2）基巖裂隙水。主要賦存于寒武系下統清虛洞組、寒武系下統杷榔組、變馬沖組頁巖風化裂隙、層間裂隙、構造裂隙中，主要接受大氣降水及第四系孔隙水補給，由于隧址區山體地形坡度較陡，有利于大氣降水的排泄，該類型地下水總體貧乏。

（3）巖溶水。主要賦存于寒武系下統清虛洞組（∈1q）灰巖巖溶溶隙、溶洞中，隧址區附近巖溶發育程度為強烈，溶隙、溶洞總體較發育，為地下水的賦存提供了良好的條件，其中溶隙、溶洞中地下水富水不均，與基巖裂隙水力聯系密切。現場調查過程中僅發現一處溶洞，洞高2m，洞寬約3m，洞內有水流流出，流量約1L/s。

（4）水、土腐蝕性。詳勘在小溪中取地表水樣一組，在隧址區泉水中取地下水樣一組，據《公路工程地質勘察規范》（JTG C20—2011）環境介質對混凝土腐蝕的評價標準，對場地環境水的腐蝕性進行評價，結合場地環境類別，綜合判定隧址區地表水、地下水對混凝土結構及混凝土結構中的鋼筋具微腐蝕性。

（5）涌水量預測。經計算隧道正常涌水量為9433.98m3/d，最大涌水量為26934.00m3/d。綜合以上計算結果，建議隧道區地層中平水期隧道單洞涌水量可按9433.98m3/d考慮，豐水期的地下水建議取26934.00m3/d。

由于該隧道水文地質條件較復雜，隧址區內局部為白云巖、灰巖等可溶性巖石，巖溶發育程度極強，考慮到潛在的巖溶、斷裂導水通道及巖溶水的影響，局部可能發生較大規模涌、突水。在施工過程中，建議采用地質調查法、超前鉆孔法或聲波反射法超前預報。

2.3 不良地質

根據現場調查訪問，隧址區主要不良地質災害主要為1處滑坡（H2）、3處崩塌（巖堆B9）及灰巖中存在的巖溶現象，詳述如下。

（1）巖堆B9。位于隧道進口處斜坡底部平緩部位，為一崩塌堆積體，堆積體長約200m，平均寬約50m，厚度約5m，堆積體規模約52m3，線路于堆積體右側邊緣以橋梁形式上跨堆積體，堆積體在線路上延展寬度約20m，主要為碎石及角礫，目前堆積體處于穩定狀態。因堆積體位于隧道進口下方，后緣距進口約50m，高差約30m，故該崩塌堆積體對隧道的影響小。

（2）巖溶。隧道進口段分布寒武系下統清虛洞組厚層灰巖（對應里程K7+525～K8+085段），在洞身段K9+738～K9+891出露寒武系下統變馬沖組泥灰巖，根據現場地質調查，洞身段泥灰巖地層巖溶發育程度一般，隧道進口段灰巖地層巖溶發育程度強烈。現場調查過程中僅發現有一處溶洞，洞高2m，洞寬約3m，洞內有水流流出，流量約1L/s。由于隧址區灰巖地層分布較少，多分布于斜坡地帶，無良好匯流條件，且地下水無明顯導流通道，巖溶對隧道影響有限，隧道施工中應加強探測與預報。

3 隧道場地穩定性評價

3.1 隧道進口段

進口段位于石灰巖斜坡中部，地形坡度約25°～35°。洞口處為薄層第四系殘坡積成因的粉質黏土、碎石土，厚度一般為1.0～2.0m，局部基巖出露。地表植被發育程度一般，以灌木、雜草為主，斜坡穩定性較好，斜坡下伏基巖為寒武系下統清虛洞組（∈1q）灰巖，巖層產狀為130°∠23°，為一逆向坡，現場調查過程中發現隧道進口處斜坡底部平緩部位有一崩塌堆積體，堆積體長約200m，平均寬約50m，厚度約5m，堆積體規模約52m3，線路于堆積體右側邊緣以橋梁形式上跨堆積體，堆積體在線路上延展寬度約20m，主要為碎石及角礫，目前堆積體處于穩定狀態。因堆積體位于隧道進口下方，后緣距進口約50m，高差約30m，故該崩塌堆積體對隧道無影響。

3.2 隧道出口段

隧道出口位于魚糧溪左側斜坡上，斜坡上植被茂盛，多生長高大喬木及灌木叢，坡頂處地形較陡，坡度為30°～45°，中部為一相對較緩平臺，地形坡度約25°～30°，底部溪溝切割深度較大，坡度近50°，隧道出口連接欄桿村中橋，斜坡底部溪溝切割深度約30m。洞口處下伏基巖為寒武系下統杷榔組黏土頁巖，巖層產狀為85°∠10°，為一切向斜坡，覆蓋層為第四系崩坡積成因的碎石角礫，厚度為4～6m，自然狀態基本穩定，坡體穩定性較差。

隧道進口端仰坡巖土體為薄層第四系殘坡積成因的粉質黏土、碎石及強、中風化灰巖，灰巖巖體較破碎，結構相對穩定。洞口斜坡巖土體的穩定性較好，斜坡巖體整體穩定，因第四系殘坡積成因的粉質黏土、碎石自穩能力較差，施工時局部土體可能產生小范圍的坍塌，斜坡上巖體可能發生強風化巖體崩落掉塊現象。此外，因基覆界面較陡，施工時不合理的開挖可能導致表部覆蓋層沿巖土界面發生較大規模的滑坡現象。出口段巖土體為第四系崩坡積成因的角礫、碎石及強、中風化頁巖，頁巖巖體節理裂隙較發育，結構相對穩定。第四系崩坡積成因的角礫及碎石結構松散，自穩能力差，施工時局部土體可能產生小范圍的坍塌，巖體可能發生小規模崩落掉塊現象。建議洞口施工時邊坡防護采取臨時支護與永久支護相結合的防護措施，坡面做好截排水措施。建議洞口邊坡開挖坡率如下：殘坡積粉質黏土為1∶1.5，碎石為1∶1.25，強～中風化灰巖、頁巖為 1∶ 0.50。

3.3 隧道洞身圍巖穩定性評價

隧道圍巖級別主要為Ⅲ級、Ⅳ級和Ⅴ級。隧道洞身地層巖性主要為寒武系下統變馬沖（∈1b）頁巖、寒武系下統清虛洞組（∈1q）灰巖、寒武系下統杷榔組（∈1p）鈣質頁巖，局部為斷層角礫巖，按風化程度分為強～中風化，其主要的工程性質如下。

（1）Ⅳ級圍巖。地層巖性主要為寒武系下統變馬沖組（∈1b）頁巖、組清虛洞組（∈1q）灰巖、杷榔組（∈1p）鈣質頁巖，巖體較為破碎，施工過程中，側壁經常發生掉塊及小坍塌，洞室開挖后初期支護不及時易產生坍塌。地下水以面狀滴水為主，局部可能出現線流現象，雨季時可能出現雨淋狀滲水。

（2）Ⅴ級圍巖。地層巖性主要為強～中風化寒武系下統清虛洞組（∈1q）灰巖及中風化寒武系下統杷榔組（∈1p）頁巖，局部為粉質黏土、碎石及斷層角礫巖，圍巖穩定性較差，易產生掉塊、失穩。Ⅴ級圍巖區側壁有時可能失穩，頂部無支護可產生較大坍塌，可能產生微滑移、剝落等變形，施工中應加強襯砌。開挖時，多以淋雨狀或涌流狀出水為主，因灰巖巖溶發育，且局部考慮到斷層導水性能較好，局部可能發生突水現象。

4 工程重難點

（1）巖溶隧道突涌水及塌方問題研究。該隧道存在巖溶突涌水的可能，有溶隙和構造帶的涌水是掌子面突涌水的兩種現象，需要通過超前地質預報確定巖溶的位置，探索出適合原富水灰巖隧道的綜合施工技術。

（2）突涌水處置技術及注漿效果檢測研究。①綜合超前地質預報方案；②構造帶型掌子面突涌水模式注漿技術；③季節變動帶洞身突涌水模式注漿技術；④裂隙—溶隙型掌子面突涌水模式注漿技術；⑤地表水的引排措施；⑥長大斜井反坡抽排水技術等綜合處治措施。

（3）排水溝的設計優化技術研究。通過數值計算和經驗總結，確定構造帶型突涌水模式，采取超前帷幕注漿措施，選取預留的安全巖盤厚度。研究季節性洞身突涌水模式，為了降低施工難度，采取后注漿形式，于枯水期施工。

5 結束語

文章從地形地貌、地質構造、地層巖性及涌水預測等方面對工程地質條件和水文地質條件進行了分析，并基于巖溶特征劃分了隧道各里程的圍巖級別，評價了工程地質情況，分析了工程重難點，所獲得的成果可指導施工，也可為類似工程提供指導。