新橋車場出入線暗挖段洞室圍巖分類研究

楊永昕

（重慶市勘測院，重慶 400000）

1 工程概況

重慶軌道交通九號線一期工程新橋車場出入線位于重慶市沙坪壩區，出入線區間為單洞雙線隧道，隧道洞跨11.7～12.2 m，埋深0～84.6 m，右線起訖里程RDK0+021.780～RDK1+503.976，長1 482.196 m，終點里程至停車場分界處延伸86.15 m。本段區間隧道總長度為1 568.346 m，RDK0+021.780～RDK1+415.014段為暗挖段，長度為1 393.234 m；其余部分為明挖段，長度為175.112 m。

2 暗挖段工程地質條件

2.1 基本工程地質條件

工程區內地面高程一般為287～380 m，最大相對高差約93 m。區內地層主要由第四系全新統松散層（Q4）、侏羅系中統新田溝組巖層（J2X）、侏羅系中下統自流井組巖層（J1-2Z）組成，基巖以厚層砂質泥巖為主，夾薄層砂巖。其中，砂質泥巖為極軟巖，抗風化能力差；砂巖屬較硬巖，抗風化能力較強，洞身段主要為深埋隧洞。工程區位于觀音峽沖斷背斜東翼，無斷裂構造發育。巖層層間結構面結合差，屬軟弱結構面。場地地下水受大氣降水滲入補給，根據場地地下水的賦存條件、水理性質及水力特征，場地內地下水被劃分為第四系松散層孔隙水和碎屑巖類孔隙裂隙水。

2.2 巖土體物理力學性質

（1）單軸抗壓強度。

本次勘察取巖樣15組，進行室內物理力學測試，包括砂質泥巖13組、砂巖2組。統計時，按巖性劃分為兩個統計單元，分別進行統計。

新田溝組：中風化砂巖飽和抗壓強度標準值為31.5 MPa，天然抗壓強度標準值為42.0 MPa，為較硬巖；中風化砂質泥巖飽和抗壓強度標準值為3.8 MPa，天然抗壓強度標準值為6.8 MPa，為極軟巖。

自流井組：中風化砂巖飽和抗壓強度標準值為31.5 MPa，天然抗壓強度標準值為42.0 MPa，為較硬巖；中風化砂質泥巖飽和抗壓強度標準值為5.3 MPa，天然抗壓強度標準值為8.8 MPa，為軟巖。

（2）聲波測試。

為了進一步了解不同巖體的完整性、裂隙發育情況等，對區內巖體采用聲波（縱波）測試。

巖體完整性系數計算及評價如表1所示。

表1 巖體完整性系數計算及評價

由表1可知，研究區內中等風化巖體完整性系數為0.71～0.80，巖體較完整。中等風化砂巖聲波速度為3 335～3 594 m/s；中等風化砂質泥巖聲波速度為3 123～3 150 m/s。場地內裂隙較發育，隨深度增加波速漸增，巖石風化程度降低。測試成果與調查、鉆探的定性分析一致。

（3）壓水試驗。

調查場地巖石滲透系數，本次勘察選取1個鉆孔進行壓水試驗，根據《城市軌道交通巖土工程勘察規范》（GB 50307—2012），砂巖滲透系數為0.183 m/d，為弱透水巖體；砂質泥巖滲透系數為0.009 5 m/d，為微透水巖體。

3 隧洞涌水預測及圍巖分類

3.1 隧洞涌水預測

重慶市軌道交通九號線一期新橋車場出入線的水文地質條件較簡單，地下水主要以上層滯水和基巖裂隙水形式存在，分布不連續，受大氣降水補給，無統一地下水位，水鐵路工程水文地質勘察規范量受季節影響較大。

根據隧道所處環境，參考《鐵路工程水文地質勘察規范》（TB 10049—2014），計算涌水量和最大涌水量。

式中：Q——隧道涌水量（m3/d）；H——含水層厚度（m）；S——設計水位降深（m）；R——隧道涌水影響半徑（m），；B——隧道通過含水層中的長度；K——巖體的滲透系數（m/d）。

式中：Q——隧道最大涌水量（m3/d）；H——靜止水位至洞身橫斷面等價圓中心的距離（m）；d——洞身橫斷面等價圓直徑（m）；L——隧道通過含水體的長度（m）；K——含水體的滲透系數（m/d）。

段RDK0+021.780～RDK1+415.014隧洞正常涌水量為518 m3/d，地下水級別為Ⅰ級；隧道最大涌水量為1 270 m3/d。依據場地水文地質條件分析，隧道沿線地層主要為微透水段，巖體較完整，隧道涌水量較小；根據已施工完成的軌道工程施工經驗，隧道的涌水一般沿裂隙涌出，隧道施工可以使基巖裂隙水水量明顯增大，初期水量較大且集中，隨時間增加，水量逐漸減小，水量不均勻現象明顯。隧道實際涌水量受施工季節及降水季節影響嚴重，根據重慶地區隧道施工經驗，裂隙貫通性較好或鄰近有水源情況時，可能出現800～2 000 m3/d的集中涌水現象。施工期應加強超前地質預報，對滲水嚴重地段采用徑向注漿進行堵水、封閉處理。隧道正常涌水總量約518 m3/d，最大涌水量受持續降雨或地下管網滲漏影響，最大涌總水量約1 270 m3/d。應根據實際涌水量采取適當的排水措施。

3.2 隧道圍巖分類

（1）圍巖分級原則。

圍巖分級時，根據《城市軌道交通巖土工程勘察規范》GB 50307—2012劃分，以圍巖的飽和抗壓強度、裂隙發育情況、風化程度、巖體完整性系數和縱波波速進行圍巖基本分級，主要考慮隧道起拱線至拱頂以上2倍（Ⅰ～Ⅲ級）或2.5倍（Ⅳ～Ⅵ級）壓力拱高范圍內的巖體特征。

新田溝組：巖層一般呈中厚層狀，為較完整～完整巖體，巖體中發育2組構造裂隙，巖體呈塊石狀鑲嵌結構，裂隙較發育，參考巖土物理力學性質，新田溝組圍巖基本級別為Ⅴ級。

場地人工填土呈稍密狀態，粉質黏土呈可塑狀，表層土體及基巖強風化帶的圍巖基本級別為Ⅴ級。

（2）深淺埋隧道的劃分。

根據《鐵路隧道設計規范》（TB 10003—2016），深埋與淺埋洞室原則上以2倍（Ⅰ～Ⅲ級）或2.5倍（Ⅳ～Ⅵ級）荷載高度h為劃分界線。針對Ⅳ～Ⅵ級圍巖原則，按2.5倍圍巖壓力計算高度為深埋與淺埋的分界深度Hp（Hp＝2.5h）。

式中：S——圍巖級別；B——隧道跨度。

隧道圍巖壓力計算高度如表2所示。

表2 隧道圍巖壓力計算高度

（3）隧道圍巖分類。

參考《鐵路隧道設計規范》（TB 10003—2016），結合洞室地下水狀態、隧洞埋深、圍巖彈性縱波速度值及地應力狀態[1-2]，對洞室圍巖類進行劃分。

最后，來看百姓需求方面。非農土地的擴張，致使一些地方農業耕地在減少。而且今年多數農產品價格呈持續下跌走勢。其中山東大蒜價格慘跌，市場行情波動大，山東蒜農虧損嚴重。今年大蒜收購價只有每斤0.8元左右，創下近10年最低價，而成本卻是每斤2塊，每斤凈虧1.2元，按每畝地2000斤產量算，農戶每畝大蒜要虧損2400元左右。譚經理表示，今年小麥、玉米、水稻價格即使不跌也不會大漲，所以百姓對農作物投資積極性比較低。

樁RDK0+021.780～RDK1+360段：圍巖以砂質泥巖夾薄層砂巖為主，圍巖基本分級為Ⅳ級，地下水狀態為Ⅰ級，為深埋隧洞，修正圍巖級別為Ⅳ級，支護不及時可能發生局部坍塌、掉塊。

樁RDK1+360～RDK1+415.014段：圍巖以砂質泥巖夾薄層砂巖為主，圍巖基本分級為Ⅴ級，地下水狀態為Ⅰ級，為淺埋隧洞，修正圍巖級別為Ⅴ級，支護不及時可能發生整體坍塌甚至地表下沉。

3.3 圍巖分段工程地質條件評價

（1）RDK0+021.780～RDK0+495段。

本段隧道走向246°～306°，為深埋隧道。本段隧道左側壁傾向336°～36°，右側壁傾向156°～216°，隧道側壁與隧道巖體內結構面的關系見極射赤平投影圖。

RDK0+021.780～RDK0+495段隧道側壁赤平投影如圖1所示。

圖1 RDK0+021.780～RDK0+495段隧道側壁赤平投影

由圖1可知，左側壁傾向與裂隙J2傾向一致，為外傾不利組合，左側壁穩定主要受裂隙J2控制，開挖時可能出現局部垮塌現象，應加強左側壁支護，及時清除或錨固洞壁出現的松動塊體；右側壁與J1和層面的組合交線AO傾向一致，為外傾不利組合，但AO傾角僅為2°，外傾結構面對右側壁穩定性影響較小，右側壁穩定性主要受巖體自身強度控制，開挖時可能出現局部掉塊現象，應及時清除或錨固洞壁出現的松動塊體。本段隧道成洞條件較好，隧道無支撐時拱頂及側壁易產生局部掉塊（坍塌），應做好初期支護措施，分部開挖，及時進行二襯。施工期間可能產生局部集中涌水，應加強排水措施或徑向注漿堵水，加強信息法設計和施工監測。

（2）RDK0+495～RDK0+605段。

本段隧道走向306°～336°，為深埋隧道。本段隧道左側壁傾向36°～66°，右側壁傾向216°～246°。

RDK0+495～RDK0+605段隧道側壁赤平投影如圖2所示。

圖2 RDK0+495～RDK0+605段隧道側壁赤平投影

左側壁傾向與裂隙J2和層面的組合交線BO傾向一致，為外傾不利組合，左側壁穩定主要受組合交線BO控制，開挖時可能出現局部掉塊現象，建議及時清除或錨固松動塊體；RDK0+495～RDK0+582段右側壁無外傾結構面，右側壁穩定性主要受巖體自身強度控制，開挖時可能出現局部掉塊現象，建議及時清除或錨固洞壁出現的松動塊體；RDK0+582～RDK0+605段右側壁傾向與裂隙J1傾向一致，為外傾不利組合，右側壁穩定主要受裂隙J1控制，開挖時可能出現局部垮塌現象，建議施工時加強右側壁支護，及時清除或錨固洞壁松動塊體。本段隧道成洞條件較好，隧道無支撐時拱頂及側壁易產生局部掉塊（坍塌），建做作好初期支護措施，分部開挖，及時進行二襯。施工期間可能產生局部集中涌水，建議加強排水措施或徑向注漿堵水，加強信息法設計和施工加強監測。

（3）出入線里程RDK0+605～RDK1+015隧道段。

本段隧道走向336°～34°，為深埋隧道。本段隧道左側壁傾向66°～125°，右側壁傾向246°～305°。

RDK0+605～RDK1+015段隧道側壁赤平投影如圖3所示。

圖3 RDK0+605～RDK1+015段隧道側壁赤平投影

左側壁傾向與層面、J2與層面的組合交線BO傾向一致，為外傾不利組合，左側壁穩定性主要受層面控制，巖體多呈薄層狀，受裂隙切割影響，隧道巖體易沿巖層面滑塌，設計時應考慮巖層對左側壁的偏壓作用，建議做好超前支護措施并加強初支，分部開挖，及時進行二襯。右側壁與裂隙J1、J1和J2的組合交線CO傾向一致，為外傾不利組合，右側壁穩定主要受裂隙J1控制，開挖時可能出現局部垮塌現象，建議做好超前支護措施并加強初支，及時清除或錨固洞壁出現的松動塊體。本段隧道巖層走向與隧道軸線基本平行，圍巖易沿結構面滑塌，成洞條件較差，兩壁巖體受外傾結構面影響易松動并發生局部滑塌。建議本段做好超前支護措施并加強初支，分部開挖，及時進行二襯。施工期間可能產生局部集中涌水，建議加強排水措施或徑向注漿堵水，加強信息法設計和施工監測。

（4）出入線里程RDK1+015～RDK1+360隧道段

本段隧道走向34°～63°，為深埋隧道。本段隧道左側壁傾向125°～153°，右側壁傾向305°～333°。

RDK1+015～RDK1+360段隧道側壁赤平投影如圖4所示。

圖4 RDK1+015～RDK1+360段隧道側壁赤平投影

左側壁無外傾結構面，側壁穩定性主要受巖體自身強度控制，開挖時可能出現局部掉塊現象，建議及時清除或錨固洞壁的松動塊體；RDK1+015～RDK1+039段右側壁傾向與裂隙J1、J2的組合交線CO傾向一致，為外傾不利組合，右側壁穩定主要受組合交線CO控制，開挖時可能出現局部掉塊現象，建議及時清除或錨固洞壁出現的松動塊體；RDK1+039～RDK1+100段右側壁無外傾結構面，側壁穩定性主要受巖體自身強度控制，開挖時可能出現局部掉塊現象，建議及時清除或錨固洞壁出現的松動塊體；RDK1+100～RDK1+360段右側壁傾向與裂隙J2傾向一致，為外傾不利組合，右側壁穩定主要受裂隙J2控制，開挖時可能出現局部垮塌現象，建議施工時加強右側壁支護，及時清除或錨固洞壁出現的松動塊體。本段隧道成洞條件較好，隧道無支撐時拱頂及側壁易產生局部掉塊（坍塌），建議做好初期支護措施，分部開挖，及時進行二襯。施工期間可能產生局部集中涌水，建議加強排水措施或徑向注漿堵水，加強信息法設計和施工加強監測。

（5）出入線里程RDK1+360～RDK1+415.014隧道段。

本段隧道走向63°，為淺埋隧道。本段隧道成洞條件極差，開挖過程易出現隧道突水、開挖面坍塌、冒頂、邊墻失穩、圍巖松動、地表沉降等問題，建議做好超前支護措施并加強初支，分部開挖，及時進行二襯。隧道開挖后洞底均位于中風化基巖之中，中風化基巖可直接作為仰拱或道床持力層。建議施工時加強側壁支護，及時清除或錨固洞壁出現的松動塊體。

4 結語

本文以重慶軌道交通九號線一期工程新橋車場出入線為背景，結合鉆探取芯、地質測繪、室內及原位試驗成果對工程暗挖段圍巖地質情況進行研究與類別劃分，針對可能發生的涌水、掉塊及塌方復雜地質問題提出合理化的建議。施工過程中施工人員能夠根據現場掌子面圍巖出露情況，及時判斷圍巖的自穩能力，制定相應的開挖支護措施，對類似工程的設計與施工具有參考意義。