某隧道隧址區初步工程地質特征研究

邵亞紅

摘要 為了實現“十三五”安徽省高速公路縣縣通工程，S11巢黃高速為連接南北重要通道，其中位于青陽、涇縣縣界的某隧道更為控制性節點工程。文章以該隧道地質特征為研究對象，利用地質調繪、鉆探、物探及室內試驗等手段，結合相關資料分析該隧道的地質特征，探索設計解決施工過程中難點、重點工作的方案，為類似的隧道設計、施工提供理論指導。

關鍵詞 隧道隧址區；初步工程；地質特征

中圖分類號 U452.11文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）06-0116-03

0 引言

結構面J1、J3、J4陡傾，可能發生崩塌、掉塊。邊坡穩定性除受結構面影響外，還受巖性、風化程度、雨水沖刷等多種因素控制。進洞口段表層粉質黏土及強風化層受雨水浸泡強度降低，抗沖刷能力差，在重力、風化作用、地表水下滲作用和地下水浸蝕作用、施工擾動等不利條件下，易發生順傾滑塌、楔形體滑塌及崩塌掉塊，應加強防護。特殊性巖土主要為花崗巖風化殘積土，局部分布于隧址區地表，主要表現為透水、富水能力強。隨著含水量增大，其抗剪強度下降很大，工程性質較差，由于組成物質松散，易受水流沖刷造成水土流失，或沿風化界面產生滑塌。

1 隧址區工程地質、水文地質條件

1.1 地層

隧址區上覆薄層殘坡積粉質黏土，下伏基巖為東堡超單元楊沖單元（K1Y）鉀長花崗巖。

1.2 地質構造

根據區域資料[1]和野外工程地質調繪，隧址區發育F4、F5火山斷層，為平移斷層，分別與線路相交于K37+480（ZK37+440）、K38+200（ZK38+200）附近，其中F4斷層走向313 °、傾角90 °，F5斷層走向355 °、傾角90 °，受斷層影響，斷層影響范圍內基巖完整性差，巖體極破碎～破碎，對工程建設影響大[2]。通過工程地質調繪，主要觀測點節理裂隙統計情況見表1。

1.3 水文地質條件

在初步工程中，隧址區的水文地質條件是非常重要的。對于隧道工程的設計、施工和運營都會產生直接影響[3]。

水文地質條件的研究主要包括水文地質勘察和水文地質分析。通過對隧道區域周邊的水文地質勘察，可以獲取以下信息：季節性及長期降雨量的大小和變化規律，河流和溪流的密度和徑流情況，地下水位和水質的分布以及地下水與地表水之間的關系等。了解水文地質條件對于隧道工程具有重要的意義，例如，高水位和強降雨可能導致地下水位升高，增加隧道施工中的排水難度和風險。此外，地下水的滲漏也可能引起隧道結構的濕潤、浸泡和浸蝕，對隧道的穩定性和安全性造成潛在威脅[4]。

1.4 巖土工程地質特征

綜合調繪、鉆探、物探（大地電磁、地震折射、聲波測井）[5-6]及室內試驗等[7]，隧址區上覆薄層粉質黏土，局部夾少量碎石，下伏基巖出露為東堡超單元楊沖單元（K1Y）鉀長花崗巖。具體地層巖土工程特征如下：

粉質黏土：灰黃色，可塑～硬塑，局部夾少量碎石。土石等級為Ⅱ級，土石類別為普通土，Vp=500～700 m/s，鉆孔揭露層厚0.8～1.4 m。推薦承載力特征值〔fa0〕=160 kPa。

強風化鉀長花崗巖呈現出灰黃色外觀，結構粗粒，并具有塊狀構造。據土石等級評定，該巖石屬于Ⅳ級土石，也是一種軟石。其縱波速度（Vp）介于1 200～2 200 m/s之間。通過鉆孔揭露，可看到巖層的厚度為5.2～7.9 m。推薦的承載力特征值〔fa0〕約為450～600 kPa。

中風化鉀長花崗巖是一種青灰色的巖石，具有中粗粒結構和塊狀構造。巖芯通常呈現短柱狀、柱狀或少量的塊狀，其中柱狀巖芯的長度一般在10～35 cm之間，最長可達90 cm。根據土石等級評定標準，中風化鉀長花崗巖被歸類為Ⅵ級土石，屬于次堅石類別。其縱波速度（Vp）大于2 800 m/s。通過鉆孔揭露的情況來看，未揭穿的層厚約為130.4～160.9 m。中風化鉀長花崗巖具備推薦承載力特征值〔fa0〕為2 500 kPa。

該次隧址區圍巖物理力學指標及巖石工程等級見表2。

1.5 不良地質及特殊性巖土

隧址區出露巖性為鉀長花崗巖，其礦物成分差異明顯，受區域地質構造和濕熱交替氣候影響，花崗巖球狀風化不良地質現象極為發育，造成地基巖土的不均勻性，給隧道開挖施工帶來較大困難[8]。

特殊性巖土主要為花崗巖風化殘積土，局部分布于隧址區地表，主要表現為透水、富水能力強。隨著含水量增大，其抗剪強度下降很大，工程性質較差，由于組成物質松散，易受水流沖刷造成水土流失，或沿風化界面產生滑塌。

2 隧道圍巖級別劃分

2.1 圍巖分級的依據和方法

根據中華人民共和國行業標準《公路隧道設計規范》（JTG 3370.1—2018）及交通部標準《公路工程地質勘察規范》（JTG C20—2011）對公路隧道圍巖的分級規定，圍巖分級采取初步分級和詳細定級兩個步驟進行。

初步分級是依據巖石的堅硬程度、巖體完整程度兩個基本因素的定性特征和定量的圍巖基本質量指標[BQ]值進行，[BQ]值根據公式（1）、公式（2）計算求取：

BQ=100+3Rc+250Kv （1）

Kv=（Vpm/Vpr）2 （2）

式中，Rc——巖石飽和單軸抗壓強度平均值；Kv——巖體完整性系數；Vpm——巖體彈性縱波波速；Vpr——巖石彈性縱波波速。

注：當Rc＞90Kv+30時，以Rc=90Kv+30和Kv代入公式計算；

當Kv＞0.04Rc+0.4時，以Kv=0.04Rc+0.4和Rc代入公式計算。

各鉆孔設計洞底標高以上約三倍洞徑范圍內統計數據見表3。

詳細定級是在巖體基本質量指標分級基礎上考慮地下水、軟弱結構面產狀和圍巖初始應力狀態等因素的影響，修正巖體基本質量指標[BQ]，按照修正后的巖體基本質量指標[BQ]值，結合巖體的定性特征綜合確定。巖體基本質量指標修正值[BQ]按下式計算求取：

BQ=BQ?100（K1+K2+K3） （3）

式中，BQ——巖體基本質量指標；K1——地下水影響修正系數；K2——主要軟弱結構面產狀修正系數；K3——初始應力狀態影響修正系數。

2.2 圍巖級別確定

根據上述依據和方法，結合調繪、物探、隧道洞口鉆探資料及試驗等勘察成果，按圍巖或土體結構構造特征、受構造影響及節理裂隙發育程度、地應力、地下水等定性特征，綜合確定隧道圍巖級別。

3 工程地質條件評價

3.1 區域穩定性

根據區域資料和野外工程地質調繪，受斷層影響，斷層影響范圍內基巖完整性差，巖體極破碎～破碎，對該工程建設影響大，區域穩定性一般。

3.2 洞口穩定性評價

隧道東端右線洞口軸線方向286 °，左線洞口軸線方向286 °，洞口位于斜坡地段，自然坡度約25 °～40 °，局部較陡，地表未見崩塌、滑坡等不良地質現象，自然邊坡穩定。

隧道仰坡為自然坡，坡面傾向為98 °。邊坡開挖巖性為強～中風化鉀長花崗巖，邊坡開挖后右側開挖坡面傾向為196 °，左側開挖坡面傾向為16 °，根據開挖后邊坡傾向、坡率（1∶0.75～1∶1.00）及結構面產狀作赤平投影圖（見圖1）。

根據赤平投影分析，仰坡：結構面交線均位于仰坡內側，對邊坡穩定性影響不大；右側邊坡：隧道左右線洞門處基底地層主要為強風化鉀長花崗巖，推薦承載力特征值〔fa0〕=450～600 kPa，工程性質較好，承載力較高，可以作為洞門明挖基礎持力層。

建議洞口施工盡量貼近自然坡率，早進洞，晚出洞，不切削原山坡，減少對仰坡的超挖，保證洞口的自然協調和邊坡穩定。

4 主要工程地質問題及工程建設對環境的影響

4.1 主要工程地質問題

（1）淺埋、掉塊、坍塌、冒頂。在隧道的初步工程地質探查中，發現地質構造活動頻繁、巖體穩定性差。由于該區域存在斷層、裂縫等地質構造破壞，地下水位較高，軟弱巖體較多，因此在工程建設過程中可能面臨淺埋、掉塊、坍塌、冒頂等地質災害問題。

（2）地下水滲漏問題。由于隧道所處地質環境復雜，周圍巖石存在初始應力較低的特點，加之地下水豐富，地下水的滲漏成為一個主要的地質問題。地下水滲漏不僅會增加隧道施工的困難度，還可能給隧道的正常運行帶來不利影響。

4.2 工程建設對環境的影響

工程建設對環境的影響是一個重要的問題，并且需要充分考慮和采取措施來減少其負面影響。在隧道初步工程中，也存在一些與環境相關的問題。

（1）隧道施工過程中可能會出現水源污染的問題。如果不加以妥善處理，施工所用的材料、化學藥劑等可能會對地下水資源造成污染風險。為了避免這種情況的發生，建議嚴格控制和管理施工過程中的廢水排放，確保不會對周邊水資源造成污染。

（2）隧道施工對土地利用和景觀改變也會產生一定的影響。在工程建設過程中，可能需要占用一部分土地資源和移除部分植被，這可能會對當地的生態系統帶來一定程度的干擾。

5 結語

（1）隧址區的地下水主要來自風化帶基巖裂隙中的水源。由于受到季節性變化的影響，地表水和地下水的水位會有較大的波動，所以在雨季進行隧道施工時需要格外注意。根據區域的水文資料以及對工地水質的分析，可以得知地表水和地下水對混凝土結構有一定的弱腐蝕性，并對鋼筋混凝土結構中的鋼筋造成輕微的腐蝕作用。

（2）隧道東端洞口自然坡度約25 °～40 °，局部較陡，自然邊坡穩定，仰坡及右側邊坡開挖后整體穩定；右側邊坡易發生順層滑塌及楔形體滑塌；結構面J1、J3、J4陡傾，可能發生崩塌、掉塊。邊坡穩定性除受結構面影響外，還受巖性、風化程度、雨水沖刷等多種因素控制。進洞口段表層粉質黏土及強風化層受雨水浸泡強度降低，抗沖刷能力差，在重力、風化作用、地表水下滲作用和地下水浸蝕作用、施工擾動等不利條件下，易發生順傾滑塌、楔形體滑塌及崩塌掉塊，應加強防護。

（3）隧址區出露巖性為鉀長花崗巖，其礦物成分差異明顯，受區域地質構造和濕熱交替氣候影響，花崗巖球狀風化不良地質現象極為發育，造成地基巖土的不均勻性，給隧道開挖施工帶來較大困難。特殊性巖土主要為花崗巖風化殘積土，局部分布于隧址區地表，主要表現為透水、富水能力強。隨著含水量增大，其抗剪強度下降很大，工程性質較差，由于組成物質松散，易受水流沖刷造成水土流失，或沿風化界面產生滑塌。

參考文獻

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[2]何世中， 石磊， 周成鳳， 等. 安徽涇縣地質災害風險調查與評價（1∶ 50 000）[R]. 安徽省地質礦產勘查局311地質隊， 2022. 05.

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