龍南隧道斷層F8-1地質(zhì)核查及處理建議

李建輝 劉磊 趙小峰

1.江西省地質(zhì)局第七地質(zhì)大隊(duì) 江西 贛州 341000 2.贛州市水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院 江西 贛州 341000

1 工程概況

龍南隧道施工安全風(fēng)險(xiǎn)最高段落為長185m的F8區(qū)域性大斷層破碎帶，最高水壓達(dá)0.5MPa，最大日涌水量達(dá)1.8萬m3，總涌水量達(dá)到3000余萬m3，在采用“增設(shè)迂回導(dǎo)坑排水、地表與洞內(nèi)注漿相結(jié)合、加強(qiáng)支護(hù)結(jié)構(gòu)”等綜合處理方案穿越F8斷層施工區(qū)域在后，又遇到F8-1斷層破碎帶，此斷層在前期勘察時未查明其存在。

在施工過程中，DK100+005～DK100+070掌子面多呈砂土夾碎塊狀，有明顯斷層破碎擠壓現(xiàn)象。開挖過程中DK100+010、DK100+066、DK100+061右側(cè)拱腳位置出水，從底部向上冒水，清水，高20～30cm，初始水量較大，流量約50m3/h，之后逐漸減小，后穩(wěn)定在9m3/h。2019年12月27日下午15:40左右DK100+056.6拱部突然坍塌，坍塌體呈土夾碎石狀，無水，約2000m3。

2 工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件

龍南隧道屬低山區(qū)地貌，總體地勢為中間高兩端低，中部地勢陡峭，兩側(cè)稍緩和；區(qū)內(nèi)最高海拔為860m，相對高差為100～500m，隧道最大埋深約為580m。溝谷內(nèi)多發(fā)育溪流，局部溝底出露泥盆系老虎坳組（D2l）基巖，山坡及山間谷地植被較發(fā)育。F8-1斷層破碎帶附近隧道埋深90～110m。

F8-1斷層破碎帶附近地層巖性為：

（1）0 人工填土：稍密，潮濕，主要成份為碎石，層厚1.6～2.8m，平均層厚2.06m。

（11）3-0 砂巖：全風(fēng)化（W4），灰褐色，芯呈土狀、砂土狀，受地下水浸泡軟化。層厚2.8～15.4m，平均層厚9.18m。

（11）3-1 砂巖：全風(fēng)化（W4），灰褐色，原巖結(jié)構(gòu)尚可辨，巖芯呈土狀、砂土狀，局部夾少量碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化，層厚1.0～42.8m，平均層厚13.92m。

（11）3-2 砂巖：強(qiáng)風(fēng)化（W3），黃褐色、灰褐色，裂隙發(fā)育，巖芯破碎，多呈碎塊狀、塊狀，裂隙面不新鮮，層厚0.0～＞35.0m。

（11）3-3 砂巖：弱風(fēng)化（W2），主要礦物成分為石英、長石，砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯多呈柱狀、短柱狀，少量塊狀，節(jié)長一般5～35cm，RQD=45%。

區(qū)域上，F(xiàn)8-1斷層屬于中寨（全南）～江頭圩（安遠(yuǎn)）大斷裂（F8）的次生斷裂，中寨～江頭圩大斷裂表現(xiàn)為一系列近于平行的斷裂構(gòu)造，斷裂延伸40～70km，斷裂多為壓性斷裂，受旋扭作用影響，不同部位斷裂面傾向不一，性質(zhì)互異，總體走向北偏東約40°。F8-1斷層應(yīng)由小里程傾向大里程，視傾角約65°，洞身斷層破碎帶寬約50m，交于地表DK99+961～DK100+019附近。

圖1 龍南隧道斷層F8-1位置及產(chǎn)狀圖

測區(qū)地形切割較為強(qiáng)烈，相對高差較大，風(fēng)化裂隙十分發(fā)育，地面植被層較發(fā)育，強(qiáng)風(fēng)化層厚度較厚，大氣降水為地下水主要補(bǔ)給來源。部分大氣降水通過裂隙、斷層帶下滲后，通過包氣帶后由垂向徑流轉(zhuǎn)向水平徑流，其中大部分賦存于淺部的風(fēng)化裂隙和構(gòu)造裂隙中，通過短途徑的地下徑流后在溝谷中或懸崖部位以下降泉或散流形式排泄，地下水水位動態(tài)變化大，部分沿著大的構(gòu)造裂隙和斷層破碎帶向深部徑流，成為深部地下水靜儲量的一部分。

鉆探過程中，部分鉆孔（分別位于DK100+045左側(cè)1.3m、DK100+065右側(cè)6.4m、DK100+065左側(cè)1.2m處）孔口有涌水現(xiàn)象，水頭高約5cm， DK100+064左側(cè)1.2m處有一處出水點(diǎn)，推測為斷層破碎帶內(nèi)裂隙水集中出水口。本隧道施工過程中遇到斷層裂隙水集中流出，穩(wěn)定流量25～30m3/h,即600～720m3/d，考慮豐水期系數(shù)，預(yù)測該段最大出水量為1080m3/d。

3 勘察成果

3.1 拱頂上部

受測區(qū)兩端臺車控制，拱頂反磁通瞬變電磁法勘探作業(yè)里程為DK100+030至DK100+120段。

圖2 DK100+030至DK100+120段拱頂電阻率剖面及三維視圖

從拱頂測剖的電性剖面來看，DK110+050至DK110+070段均存在較明顯的低電阻率凹槽，推測該區(qū)域拱頂圍巖完整性較差，推斷圍巖完整性較差。推測拱頂圍巖完整性差、有地下水富集的可能性。

3.2 隧底

3.2.1 地質(zhì)雷達(dá)法

圖3 DK100+025至DK100+120段地質(zhì)雷達(dá)剖面圖

從200MHz隧底地質(zhì)雷達(dá)剖面來看，電磁波信號衰減較快，僅可以反應(yīng)5m左右的深度，受仰拱鋼筋網(wǎng)影響，存在極強(qiáng)的多次波，勘探效果不佳；100MHz雷達(dá)有效信號深度約15m左右，同樣受到多次波影響，從振幅特征來看DK100+025至DK100+070段振幅較強(qiáng)，整體反應(yīng)隧底以下圍巖區(qū)域含水率高。

3.2.2 反磁通瞬變電磁法

從圖4剖面來看，其中DK100+020至DK100+070段存在明顯的低電阻率凹槽，推測該區(qū)域隧底圍巖完整性差；DK100+070至DK110+090段存在一高阻突起，推斷為巖性變化影響（不排除外源電磁干擾造成數(shù)據(jù)畸變的可能性）；測線兩端存在的低阻異常為兩端臺車干擾影響反應(yīng)。整體來看DK100+020至DK100+070段低阻槽反應(yīng)明顯，推測隧底圍巖完整性差、有地下水富集；低阻槽形態(tài)變化整體來看，小里程方向低阻發(fā)育深度變化較緩慢，而大里程方向電阻率存在低阻與高阻突變的電性分界線，傾角陡立。

圖4 DK109+985至DK110+150段HPTEM電阻率剖面及三維視圖

3.2.3 機(jī)動鉆探

隧底隧底補(bǔ)充機(jī)動鉆孔布置平面圖及剖面成果見圖5。

圖5 DK100+005～+085隧底補(bǔ)充機(jī)動鉆孔布置圖

如圖5、圖6所示，通過地質(zhì)鉆探取芯提示，斷層F8-1破碎帶內(nèi)巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，頂部5.0～18.6含水量高，巖芯灰黃色，呈可塑土狀，土質(zhì)軟弱；下部巖芯呈全風(fēng)化土夾碎塊狀，灰黃色，稍濕，中密。F8-1破碎帶周邊巖體巖性為砂巖，灰白色，風(fēng)化較強(qiáng)烈，巖芯破碎，RQD=10-40%。鉆進(jìn)時孔口少量涌水。其中斷層F8-1在鐵路左線位置寬約30m，中線位置寬約45m，右線位置寬約36m，傾向小里程，推測傾角約70-80°。

圖6 左線、中線和右線剖面圖

4 結(jié)論

通過地質(zhì)雷達(dá)、反磁通瞬變電磁法并結(jié)合地質(zhì)鉆探等勘探手段揭示：

（1）DK100+025～+070范圍內(nèi)隧道洞頂一定深度內(nèi)存在松動巖體，最大厚度超過20m，不排除坍塌空洞的存在。

（2）結(jié)合本段開展的補(bǔ)充綜合勘探成果，判定在DK100+025～DK100+070間發(fā)育一陡傾斷層F8-1，傾向小里程端，傾角陡傾。受其影響，本段隧道基底巖體風(fēng)化不均現(xiàn)象突出，發(fā)育承壓斷層裂隙水。根據(jù)承壓水觀測數(shù)據(jù)并結(jié)合地形地貌、區(qū)域水文地質(zhì)條件，預(yù)測該段最大出水量為1080m3/d。

5 意見建議

（1） 拱頂加固處理，拱頂上部需根據(jù)松動巖體厚度、空腔位置采用加固處理。建議采用徑向注漿、超前大管棚等施工措施。DK100+025～DK100+070段斷層破碎帶內(nèi)基底以下5.0～18.6m范圍內(nèi)土質(zhì)軟弱，地基承載力低，需進(jìn)行地基加固處理。建議采用袖閥管注漿和混凝土樁復(fù)合地基等加固措施。

（2） 斷層內(nèi)承壓水需進(jìn)行專項(xiàng)防排水設(shè)計(jì)，建議增設(shè)排水洞減壓排水。加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，加強(qiáng)隧道變形監(jiān)測。

6 結(jié)語

1、在山區(qū)隧道地質(zhì)勘察時，由于地質(zhì)構(gòu)造的復(fù)雜性，地質(zhì)鉆探施工困難且布孔數(shù)量有限，而物探存在電磁波受干擾及解譯的多解性，難免有未查明的破碎帶存在，施工時應(yīng)加強(qiáng)地質(zhì)超前預(yù)報(bào)，必要時及時做施工補(bǔ)充勘察。

2、當(dāng)隧道施工遇到復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造時，易形成垮塌、涌水、等突發(fā)事故，軟弱的破碎帶承載力低、壓縮性高，后期還可能產(chǎn)生翻漿、地面沉陷等地質(zhì)災(zāi)害，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)膰鷰r加固及地基處理措施。