寶麟線石咀山隧道工程地質(zhì)特征分析

閆曉龍

(陜西鐵道工程勘察有限公司，陜西 西安 710014)

0 引 言

隨著我國西部大開發(fā)戰(zhàn)略的不斷推進，能源輸送需求量不斷增大，麟游礦區(qū)作為國家13個大型煤炭基地之一，煤炭資源豐富，煤層賦存較穩(wěn)定，儲量約3 381.02 mt。而國電寶雞二電廠則為陜西省重點工程，一期機組規(guī)模為4×300 mW，二期為2×660 mW，三期為2×1 000 mW。基于國家西部大開發(fā)和“一線兩帶”大開發(fā)政策，建設(shè)寶雞二電廠至麟游礦區(qū)鐵路專用線能將寶雞市煤炭需求和供給有效的聯(lián)系起來，大幅提高礦區(qū)煤炭運輸能力，對保證寶雞市能源供給和電力基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展具有重要意義。

寶雞二電廠至麟游礦區(qū)鐵路專用線石咀山隧道工程位于陜西省寶雞市鳳翔縣，由于場區(qū)上覆蓋第四系上更新風(fēng)積新黃土、第四系中更新統(tǒng)風(fēng)積老黃土，而下伏基巖為白堊系下統(tǒng)礫巖、砂巖，作為特殊性土的黃土對隧道工程建設(shè)極為不利，采取科學(xué)合理的勘察方法，正確評估場區(qū)巖土體的工程地質(zhì)特性，并提出行之有效的工程措施成為隧道建設(shè)的重要前提。本文以石咀山隧道工程為研究對象，采用地質(zhì)鉆探、原位測試和取樣試驗的方法對場區(qū)的地層進行勘察，綜合分析地層的工程地質(zhì)特征，評價上覆濕陷性黃土的類型和濕陷性等級，并對洞身范圍內(nèi)的圍巖進行劃分，提出了隧道洞身和洞門開挖和支護措施。

1 工程概況

新建鐵路寶雞二電廠至麟游礦區(qū)鐵路專用線，在行政區(qū)劃上隸屬于位于陜西省關(guān)中西部的寶雞市，地跨寶雞所轄的鳳翔、岐山、麟游三縣。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為地方鐵路Ⅰ級，單線鐵路，設(shè)計貨物發(fā)送量2020年1 500萬噸/年，2030年2 000萬噸/年，遠期3 000萬噸/年。線路起點為寶雞第二發(fā)電廠，經(jīng)陳村鎮(zhèn)、龐家務(wù)、董家河、太相寺，姚家溝鎮(zhèn)、澗曲鄉(xiāng)、楊家河、招賢至終點郭家河、園子溝、丈八井田區(qū)，總體走向先向東再北折。線路地勢上呈北高南低之勢，高程600～1 600 m。隧道全長約86.9 km，隧道17座，總長25 km，其中長隧道1座(長5 450 m)、中長隧道11座(長2 000 m以上的4座)、短隧道5座。石咀山隧道位于陜西省寶雞市麟游縣招賢鎮(zhèn)境內(nèi)，進口位于高家莊，出口位于石咀山，隧道里程范圍DK69+880～DK75+160，全長5 280 m，洞身最大埋深224.22 m，屬長隧道。

2 隧址區(qū)工程地質(zhì)勘察方法

石咀山隧道的地質(zhì)單元相對簡單，隧道洞口第四系覆蓋層較厚，針對這些特點，隧道工點按以下原則布置勘探量。

(1)隧道勘探點的數(shù)量和深度以查清地質(zhì)條件、滿足設(shè)計需要為原則，一般宜按不同地貌單元、地層結(jié)構(gòu)及性質(zhì)和工程設(shè)置布置。

(2)勘探點間距及深度：隧道進、出口原則上應(yīng)布設(shè)勘探點，對構(gòu)造帶位置、淺埋地段和物探異常點等應(yīng)酌情布置鉆孔，一般情況下，鉆孔間距不宜大于500 m。地質(zhì)條件復(fù)雜地段勘探點應(yīng)適當(dāng)加密；勘探深度應(yīng)至于路肩以下5～10 m，勘探位置宜布置中線以外8～10 m；對斜井等工程可布置適量的勘探點。

(3)勘探方法：洞口地段宜采用鉆探、挖探；洞身宜采用鉆探，輔以原位測試和物探。鉆探工作主要用于控制地質(zhì)結(jié)構(gòu)，鑒定地層巖性、劃分風(fēng)化層界限、采取原狀土和擾動土樣、進行孔內(nèi)原位測試；挖探等簡易勘探工作主要用于對濕陷性黃土的勘察取樣；標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗在黏性土、粉土、砂類土中進行，可用于評價黏性土及砂類土的承載力，確定砂類土的密實度，判定飽和砂土地震液化可能性；動力觸探試驗主要用于碎石類土、基巖風(fēng)化層中進行；靜力觸探工作主要應(yīng)用在黏性土、粉土、粉細砂、軟土路基地段，進行力學(xué)分層和評價。

(4)測試：對于全線隧道洞身的深孔鉆探應(yīng)做到一孔多用，除查明地層層序、巖性、地下水等工程地質(zhì)和水文地質(zhì)特征外，孔內(nèi)還應(yīng)進行綜合地質(zhì)測試，包括巖體的縱波和橫波速度、巖體完整性系數(shù)等，并應(yīng)進行水文地質(zhì)綜合試驗：抽水或提水試驗、流速、流向測試、水質(zhì)侵蝕性性分析等，以獲取定性、定量資料，為設(shè)計做出工程地質(zhì)和水文地質(zhì)評價。基巖隧道洞身部位應(yīng)取代表性巖樣做干、濕抗壓強度試驗。

3 工程地質(zhì)特征分析

石咀山隧道穿越中山區(qū)，黃土沖溝發(fā)育，地形起伏大，高程1 286～1 537 m。進口端位于招賢河左岸河流高階地，為梯田臺地，外側(cè)為省道S306，交通較為便利；出口端位于石咀山山梁坡腳處，山坡基巖多裸露，植被發(fā)育，山坡自然坡度約25°左右，隧道進口出口端趙家溝，有小路與外界相通。隧址區(qū)構(gòu)造單元屬鄂爾多斯地臺西南緣與關(guān)中凹陷的結(jié)合部位，斷裂、褶皺不發(fā)育，巖層傾角小于5°，相對比較穩(wěn)定，地質(zhì)構(gòu)造簡單。區(qū)內(nèi)發(fā)育兩組節(jié)理，近于垂直，其走向分別為N20W、N65E，節(jié)理間距0.5～1 m。

隧址區(qū)地層主要為第四系上更新風(fēng)積新黃土、第四系中更新統(tǒng)風(fēng)積老黃土、白堊系下統(tǒng)礫巖、砂巖。第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積新黃土(Q3eol3)，普遍分布于隧址區(qū)梁峁頂部，厚度多為3～13 m，淺黃色、灰黃色，土質(zhì)較均，硬塑，大孔隙及垂直節(jié)理發(fā)育，具濕陷性，Ⅱ級普通土，σ0=150 kPa；第四系中更新統(tǒng)老黃土(Q2eol3)，普遍分布于新黃土之下，出露于黃土沖溝溝壁，厚度較大，一般為12～35 m，褐黃色為主，硬塑，含大量鈣質(zhì)結(jié)核，夾數(shù)層古土壤，Ⅲ級硬土，σ0=250 kPa；白堊系下統(tǒng)礫巖(K1Cg)，普遍分布于老黃土層下，棕紅色為主，薄層狀構(gòu)造，泥質(zhì)膠結(jié)，成巖差，強風(fēng)化層厚度多為20～35 m，Ⅲ級硬土，σ0=300 kPa；弱風(fēng)化層厚度變化較大，除隧道進、出口段外，一般均超過30 m，Ⅳ級軟石，σ0=700 kPa；白堊系下統(tǒng)砂巖(K1Ss)基本呈水平狀分布于礫巖層下，層厚>20 m，鉆探未揭穿，紫紅色夾灰白色，中粒結(jié)構(gòu)、中厚層狀構(gòu)造，局部夾泥巖、礫巖薄層，泥質(zhì)膠結(jié)，成巖差。強風(fēng)化層，主要分布于隧道進、出口段，Ⅲ級硬土，σ0=300 kPa；弱風(fēng)化層，為隧道洞身段主要地層，Ⅳ級軟石，σ0=600 kPa。

場區(qū)黃土具有明顯的濕陷性，對場區(qū)典型黃土進行取樣試驗，評價結(jié)果為中等自重濕陷性黃，如表1所示。

表1 黃土濕陷性評價

4 工程地質(zhì)條件評價及圍巖分級

隧道進口端地表水為渭河水系支流招賢河，常年有水，隨季節(jié)變化較大。其支流有七頃灣溝、石家咀溝，均為常年流水溝，流量分別為67.7 m3/d、186.4 m3/d；隧道出口端地表水為長益川河支流趙家河，其支流為麻子溝、羅灣溝匯合，常年流水，流量分別為218.9 m3/d、82 m3/d。

隧道洞身通過地層巖性為白堊系下統(tǒng)砂巖，局部泥巖、礫巖薄層，泥質(zhì)膠結(jié)，成巖差；進出口端強風(fēng)化層厚度20～35 m，巖體破碎，工程地質(zhì)條件較差，隧道洞身處為弱風(fēng)化砂巖層，工程地質(zhì)條件相對較好。

根據(jù)隧道通過不同段落的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，對隧道洞身圍巖分級如表2所示，綜合分析，Ⅴ級圍巖合計長度為1 200 m，占隧道總長的22.73%；Ⅳ級圍巖合計長度為4 080 m，占隧道總長的77.27%。

表2 隧洞洞身圍巖分級

針對隧址區(qū)巖土工程地質(zhì)條件，提出如下主要工程措施。

施工中應(yīng)做好地質(zhì)超前預(yù)報及檢測工作；隧道進口段為河流高階地，洞室淺埋，覆蓋層較薄，基巖風(fēng)化較嚴重，設(shè)計時應(yīng)加強支護及處理措施，開挖后應(yīng)及時支護、襯砌；隧道出口段砂巖風(fēng)化嚴重，節(jié)理裂隙發(fā)育，設(shè)計時應(yīng)加強支護及處理措施，開挖后應(yīng)及時支護、襯砌；隧道洞身位于砂巖地層中，局部夾泥巖、礫巖薄層，泥質(zhì)膠結(jié)，成巖差，易發(fā)生掉塊、坍塌，應(yīng)加強支護；進出口端邊、仰坡坡率在新黃土地層為1∶ 1.5，砂巖(強風(fēng)化)地層為1∶ 0.5；施工時應(yīng)加強洞口邊仰坡排水。

5 結(jié) 語

隧道工程作為隱蔽性工程，對工程地質(zhì)勘察的成果要求非常高。而新建鐵路寶雞二電廠至麟游礦區(qū)鐵路專用線石咀山隧道穿越厚度較大的黃土地層，黃土地層的濕陷性、地層分布等工程地質(zhì)特性對隧道建設(shè)具有十分重要的作用。研究采用了地質(zhì)鉆探、原位測試和取樣試驗的方法對場區(qū)的地層進行勘察，綜合分析地層的工程地質(zhì)特征，評價得出隧址區(qū)的上覆黃土為自重濕陷性黃土，濕陷性等級為中級，進出口端邊、仰坡坡率在新黃土地層為1∶ 1.5，砂巖(強風(fēng)化)地層為1∶ 0.5；施工時應(yīng)加強洞口邊仰坡排水；下伏基巖砂巖局部夾泥巖、礫巖薄層，泥質(zhì)膠結(jié)，成巖差，易發(fā)生掉塊、坍塌，應(yīng)加強支護。