某山區鐵路隧道工程地質綜合勘察與施工驗證分析

曹波

摘??要：近些年，高速鐵路隧道修建積累了豐富的勘察設計與施工經驗，而山區隧道的勘察一直是困擾業界的難題。通過對比分析，隧道區物探的異常和區域地質資料的可溶巖分布應高度引起項目負責人的警惕，應進行更加詳細的地質調查、加密布置勘探孔、采用不同方法的物探驗證和深孔鉆孔等手段進行驗證，施工時更加重視超前水平鉆和地質雷達等超前地質預報工作。通過總結提煉了勘察與施工配合的相關內容，提升了我院山區鐵路勘察的方法和經驗，更好地指導施工期隧道地質配合。

關鍵詞：山區鐵路??隧道勘察??圍巖劃分??施工驗證

中圖分類號：U452.1

Analysis?of?Comprehensive?Exploration?and?Construction?Verification?of?Engineering?Geology?of?a?Mountain?Railway?Tunnel

CAO?Bo

（China?Railway?Shanghai?Design?Institute?Group?Co.，?Ltd.，?Shanghai，?200070?China）

Abstract：?In?recent?years，?the?construction?of?high-speed?railway?tunnels?has?accumulated?rich?experience?in?exploration，?design?and?construction，?and?the?exploration?of?mountain?tunnels?has?always?been?a?difficult?problem?that?troubles?the?industry.?Through?comparative?analysis，?project?leaders?should?be?highly?alert?to?the?anomaly?of?geophysical?prospecting?in?the?tunnel?area?and?the?distribution?of?soluble?rocks?in?regional?geological?data，?carry?out?more?detailed?geological?exploration，?infill?the?layout?of?exploration?holes，?and?use?the?different?methods?of?geophysical?verification，?deep?hole?drilling?and?other?means?to?verify，?and?they?should?pay?more?attention?to?advanced?geological?prediction?such?as?advanced?horizontal?drilling?and?geological?radar?during?construction.?By?summarizing?and?refining?the?relevant?content?of?exploration?and?construction?coordination，?our?institute?has?improved?the?methods?and?experience?of?railway?exploration?in?mountainous?areas?to?better?guide?the?geological?coordination?of?tunnels?during?construction.

Key?Words：?Mountain?railway;?Tunnel?survey;?Surrounding?rock?classification;?Construction?verification

在鐵路建設中，由于我國的勘察、設計和施工相對分立，勘察與設計的協同，勘察與施工的相互驗證均存在諸多壁壘，造成勘察技術的積累發展險阻重重[1-2]。山區鐵路隧道勘察因其地質條件復雜，更加依賴施工期的驗證分析來積累勘察經驗和提升勘探水平[3]。

山區鐵路勘察主要通過區域地質分析、地質調繪、鉆探挖探、巖土試驗、綜合測井、電法物探等進行綜合勘察[4]?？瓦\專線山區隧道要特別重視隧道口圍巖落石的勘察，為運營期安全提供堅固保障，通過葉瓊瑤的理論分析炭質巖的勘察，為該隧道物探低阻異常給出新思考，綜合物探鉆探等手段，類比普式塌落拱的理論引入拱頂圍巖性質劃分圍巖等級，通過超前地質預報和施工期掌子面開挖核查，進行施工期圍巖的核查修正[5]。通過施工驗證對比積累豐富的勘察經驗。

1??工程概況

隧道位于安徽省黃山市黟縣譚口村北側約1.7?km的自在谷處，隧道呈北北東向由北向南穿山而出。隧道起訖里程為DK113+765～DK115+000，總長度為1?235?m，底板標高252.219?m山衍生山體，地勢起伏較大，山體高程252～420?m，最大高差約160?m。山體為一單斜構造，南、北側坡較陡。隧道山體表層植被茂密，覆蓋層較薄，植被以竹林、青松及低矮灌木為主。

2???工程地質特征2.1???地形地貌????擬建隧道所處地貌為構造低山，屬黃山衍生山體，地勢起伏較大，山體高程252～420?m，最大高差約160?m。山體為一單斜構造，南、北側坡較陡。隧道山體表層植被茂密，覆蓋層較薄，植被以竹林、青松及低矮灌木為主。

2.2??地層巖性

隧址區依據鉆探和地質調查，結合區域地質資料對比分析，表層為第四系全新統殘坡積土，下伏基巖主要為寒武系下統荷塘組（∈1h）炭鈣質泥巖、震旦系上統皮園村組（Z3p）硅質巖、震旦系中統蘭田組（Z2ln）頁巖、震旦系中統休寧組（Z2x）粉砂巖。施工期揭露的震旦系上統雷公塢組（Z3l）炭質灰巖。

2.3?地質構造

隧址區域構造應力復雜，造成本區褶曲、斷裂，抬升、凹陷交錯。區域內構造、山脈走向總體呈北東及北北東向。構造發育程度由西北向東南逐漸趨弱。巖漿活動也呈漸弱趨勢。近代各構造單元均呈緩慢隆起趨勢。

隧址于DK114+550處存在一處逆斷層，DK114+555～DK114+575為斷層影響帶，影響帶內巖體破碎富水，圍巖穩定性差，洞體施工開挖易發生涌水、坍塌現象。該斷層為該區域的主干構造，其周圍巖體都受其剪切擠壓影響，周邊巖體均受斷層構造影響而巖體較為破碎。

2.4?水文地質

隧址區進口處有一處名為虞山溪的山間溪流，上游連通宏村的奇墅水庫，下游匯入橫河。隧道底板標高均遠遠高于歷史河流水位，對隧道工程幾無影響。本區地下水類型主要為松散巖類孔隙水、碎屑巖類裂隙水和巖溶水。隧道山體由泥、頁巖組成，巖石較致密，裂隙不發育，滲透性弱，除斷裂破碎帶處導水溝通形成儲水空間富含地下水，其余地段地下水一般不發育且含水層之間水力聯系較差。分布于巖溶中的地下水極易引起隧道的突水突泥。

3??勘探方法

3.1??區域地質資料收集與分析

通過對1∶200?000屯溪幅地質圖、1∶50?000蘭田幅地質圖、《安徽省黃山市地質災害調查與區劃報告》等資料的收集和分析，明確了隧址區分布的主要巖性是炭鈣質泥巖、頁巖、硅質巖，局部分布有灰巖，存在一處逆斷層，未見滑坡等其他不良地質發育。

3.2??遙感解譯

通過搜集遙感圖像和航空衛片，解譯分隧址區地形陡峭，植被茂密，在里程DK114+550處推測發育有一處逆斷層，斷層及影響帶約20?m，斷層走向為N64°W，斷層長度約2?000?m，初步推斷為逆斷層。

3.3??區域地質調繪

對隧址區周邊約2?km范圍的地形地貌、巖性、褶皺、構造及斷層等進行地質調查，對重要的地貌、巖性分界、斷層界限、水文泉和危巖落石等進行詳細地質描述并建立觀測點，共計約35處有效觀測點，并清理繪制至隧道工程地質平面圖上作為勘探的重要依據。

3.4??地球物理勘探

勘察階段沿隧道軸線布置1?258?m的物探測線，通過大地電磁法以電阻率的差異來劃分地層巖性及地質構造、并根據電阻率值的大小以及展布形態來判釋地下地質體空間分布。根據地區經驗和地球物理理論反演分析成圖。

3.5??鉆探及原位測試

由物探成果知DK114+070～DK115+000段視電阻率很低，初步推測部分地段是因為含炭巖影響，部分是因為斷層及頁巖巖體破碎影響。擬在隧道物探異常段布置2處鉆孔進行驗證，具體如圖1所示。

依據地質調繪成果，結合區域地質和物探成果資料，綜合分析擬布置了4處勘探點，共計280?m。勘探孔內進行了簡易的提水試驗并取代表性巖樣進行巖石試驗。查明巖性分界、沿線巖性，斷層發育，驗證了一處物探低阻區?；静槊髁怂淼蓝瓷韰^的巖體類型、硬度、完整性等，劃定了斷層影響帶范圍等。

4??勘察期圍巖劃分

4.1??劃分原則

隧道的圍巖分級劃分主要通過巖石的堅硬程度和巖體的完整度確定基本的圍巖級別，再通過對地下水狀態、初始地應力進行修正；對比物探成果進行綜合研判，同時考慮構造及斷層影響和塌落拱因素確定圍巖分級[6-7]。

4.2??圍巖分級

隧道以寒武系炭鈣質泥巖、震旦系硅質巖、頁巖和粉砂巖為主，巖體軟硬巖分布各半，發育有一處斷層，隧道埋深相對較低，總體來看圍巖等級以Ⅳ和Ⅴ級為主，局部隧道埋深較大且以硬質硅質巖段適當劃分出Ⅲ級圍巖，設計階段劃分出Ⅴ級圍巖304?m，Ⅳ級圍巖671?m，Ⅲ級圍巖260?m，具體詳見表1。

5??超前地質預報

DK114+064～DK114+099段3種方法顯示了不同的地質情況。超前水平鉆孔顯示鉆進勻速，有突進，返渣為灰黑色炭質灰巖，含水，水量較大。TSP該段縱波、橫波速度值較前值整體抬升，密度及靜態楊氏模量等力學參數也整體升高，反射界面相對較少。推斷該段圍巖完整性情況較掌子面段稍微變好，圍巖為節理裂隙發育，巖體較破碎，地下水弱發育。地質雷達顯示電磁波能量團分布較均勻，波形較雜亂，反射波同相軸清晰且較為連續推測該段可能存在巖性過渡帶巖體破碎圍巖穩定性差，地下水發育，呈線狀流水。

以上3種方法揭示本段地質情況較差，勘察設計階段圍巖等級為Ⅳ級，綜合判斷給出圍巖建議類別為Ⅴ類。施工開挖時DK114+069段顯示有一處溶腔，超前地質預報手段及時查清了巖性，準確推測了前方地質情況給出可靠圍巖建議。

6??施工期圍巖核驗

山區鐵路隧道由于地質條件復雜，受構造應力作用和施工開挖擾動影響，僅靠初步設計階段將圍巖劃分清楚確有困難，仍需在施工期進行配合施工從而對圍巖再度修正。

DK114+039～DK114+069段掌子面前方發育一處從左上角至右下角斜向貫穿的半充填溶洞，充填物為碎石與軟塑狀黏性土。如圖2所示，隧道拱頂至右邊墻輪廓線以外充填物流出后形成環向長度11～12?m，徑向深度0.8～3.2?m的空腔，富水且流水量為40～90?m?/h，此處圍巖等級由Ⅳ級變更為Ⅴ級。

DK114+069～DK114+099段掌子面拱部發育一處半充填溶洞，如圖3所示，充填物為碎石屑與軟塑狀黏性土，溶腔內充填物滑塌后在隧道拱頂至左邊墻輪廓外形成縱向長度（2～3?m）×環向長度（4～6?m）×徑向深度（3～4?m）的空腔。超前水平鉆施鉆過程中有突進現象，孔壁呈碎裂結構，有溶隙出水點，推測巖體極破碎，前方存在溶蝕松軟堆積物，富水且水量為45～95?m?/h。此處圍巖等級由Ⅳ級變更為Ⅴ級。

DK114+099～DK114+264段揭示巖性為強～弱風化炭質灰巖、硅質巖，局部夾全風化炭質泥巖，巖層傾角12°～15°，傾向掌子面左側，薄～中厚層狀，巖質較軟，巖體破碎，節理裂隙密集發育，充填鈣質粉末及巖屑，左部及拱頂巖體呈散塊狀，有溶隙或裂隙水流出。此處圍巖等級由Ⅳ級變更為Ⅴ級。

DK114+264～DK114+354段掌子面揭示巖性主要為強～弱風化硅質巖、炭質泥巖，巖質為較硬、較軟巖互層，圍巖整體較破碎，薄～中厚層狀，部分為薄層碎裂狀，主要巖層傾角約38°～23°，傾向掌子面左前方，可見揉皺、擠壓現象，節理裂隙發育，粗糙張開型，充填軟泥、鈣質粉末，主要結構面結合較差，掌子面整體濕潤，局部可見淋雨狀及少量股狀出水。此處圍巖等級由Ⅲ級變更為Ⅴ級。

DK114+354～DK114+524段掌子面揭示巖性主要為強～弱風化硅質巖，巖質以較硬巖為主，圍巖整體較破碎，部分為壓裂碎塊狀較軟巖，薄～中厚層狀，傾向掌子左前方，節理裂隙發育，潮濕張開型，且豎向節理密集，充填鈣質粉末，部分為寬張風化裂隙夾軟泥，拱頂出現環向斷續掉空，地下水較發育，掌子面可見線狀、淋雨狀出水。此處圍巖等級由Ⅲ級變更為Ⅳ級。

施工過程中進行圍巖的修正，總變更長度為485?m，占隧道總長的34.4%，其中Ⅲ級減少260?m，Ⅳ級減少55?m，Ⅴ級增加315?m。最終Ⅴ級圍巖619?m，Ⅳ級圍巖616?m，Ⅴ∶Ⅳ=50.1%∶49.9%。具體詳見表2。

7??結語

山區鐵路隧道勘察應特別重視區域地質分析，對于有泥巖、頁巖和可溶巖分布的地段，應通過地質調查和鉆探查明分布范圍和工程性質。

對于物探低阻異常區，應引起高度重視，多布置橫斷面詳加分析，采用多種物探方法相互驗證。

對于物探異常、區域分析存在軟巖和可溶巖的山區鐵路隧道，除常規的驗證物探鉆孔外還應加密布置勘探孔，查清物探異常原因和軟巖、可溶巖分布范圍和工程性質。

勘察階段確有困難無法詳加查清的地質問題，應該按不利條件劃分圍巖等級；施工階段應密切關注超前地質預報工作，及時修正施工期圍巖分級。

參考文獻

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• 國家鐵路局.鐵路工程地質勘察規范：TB?10012-2019[S].北京：中國鐵道出版社，2020.
• 國家鐵路局.鐵路工程不良地質勘察規程：TB?10027-2022[S].北京：中國鐵道出版社，2022.