江西某礦山擬建尾礦輸送設(shè)施工程水文地質(zhì)條件

崔　軍

(中冶集團(tuán)武漢勘察研究院有限公司)

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江西某礦山擬建尾礦輸送設(shè)施工程水文地質(zhì)條件

崔軍

(中冶集團(tuán)武漢勘察研究院有限公司)

對(duì)江西某礦山擬建尾礦庫(kù)上游輸送設(shè)施的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件進(jìn)行了詳細(xì)分析，對(duì)隧洞建設(shè)涉及的主要巖土工程問(wèn)題進(jìn)行了討論，對(duì)于該地區(qū)的類似工程建設(shè)有一定的參考價(jià)值。

尾礦庫(kù)工程地質(zhì)水文地質(zhì)巖土工程

某礦山地處江西省上饒地區(qū)，是中國(guó)乃至亞洲最大的露天銅礦之一。近年來(lái)，隨著礦山的不斷發(fā)展，由于資源量和采選規(guī)模的擴(kuò)大以及廢石的堆放，現(xiàn)有的尾礦設(shè)施已無(wú)法滿足礦山全部服務(wù)期的需要，必須新建尾礦庫(kù)。該礦山擬建的大山尾礦輸送系統(tǒng)至上游尾礦輸送設(shè)施采用自流方式，全長(zhǎng)5 006.74m，進(jìn)口底標(biāo)高275.5m，出口底標(biāo)高245.5m，敷設(shè)坡度0.006。隧洞斷面采用城門(mén)洞型，斷面尺寸(直墻高+拱高)×寬=(1.5+1.25)m×2.5m。為確保該尾礦輸送設(shè)施的順利建設(shè)，本研究對(duì)工程場(chǎng)地的工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件進(jìn)行勘察，并就隧洞建設(shè)過(guò)程中涉及的巖土工程問(wèn)題進(jìn)行分析，供相關(guān)工程施工參考。

1　勘察方法

根據(jù)勘察技術(shù)要求及相關(guān)規(guī)范要求，本工程實(shí)施勘察采取以野外工程地質(zhì)調(diào)查、測(cè)繪(比例精度1∶1 000)、物探(高密度電法、Eh4電導(dǎo)率法)為主，鉆探(井探)、取樣、原位測(cè)試(聲波測(cè)試、試坑注水試驗(yàn)、鉆孔壓水試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)直剪試驗(yàn)、電阻率測(cè)試)及室內(nèi)試驗(yàn)為輔的多種方法[1-4]。

2　場(chǎng)地工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

2.1工程地質(zhì)條件2.1.1地形地貌

工程場(chǎng)地所在的海口鎮(zhèn)大山林場(chǎng)山坑塢屬萍(鄉(xiāng))—樂(lè)(平)凹陷帶的低山丘陵地形，區(qū)內(nèi)植被繁茂，溝谷發(fā)育，山頂高程一般為150～500m，局部高程超過(guò)500m。地勢(shì)總體自東南向西北傾斜，相對(duì)高差較大。區(qū)域地質(zhì)資料及勘察成果揭示，該區(qū)地貌特征大體分為侵蝕構(gòu)造低山、侵蝕剝蝕構(gòu)造丘陵2個(gè)亞類。

2.1.2地質(zhì)構(gòu)造

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，工程場(chǎng)地地處揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)(一級(jí)構(gòu)造單元)下江南臺(tái)隆(二級(jí)構(gòu)造單元)與錢(qián)塘江坳陷(二級(jí)構(gòu)造單元)的銜接部位，贛東北深斷裂帶北西側(cè)為顯著的構(gòu)造變異帶。由于多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，區(qū)內(nèi)地層褶皺強(qiáng)烈，斷裂縱橫交錯(cuò)。

(1)褶皺構(gòu)造。即銀山—銅廠復(fù)背斜，其軸部大致位于德興至?？谝痪€，軸向NE，軸部廣布雙橋山群下亞群之上部巖組。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)與測(cè)繪，場(chǎng)內(nèi)巖體結(jié)構(gòu)面發(fā)育，巖層面受片里面置換，層面、片里面產(chǎn)狀基本一致，總體走向近EW向，傾向360°～342°，傾角5°～43°。

(2)斷裂。主要為NNE向F5、F9斷裂，走向10°～25°，傾向NW，傾角55°～75°。該2個(gè)斷裂由一系列左行側(cè)列展布的擠壓帶組成，具有明顯的錯(cuò)切作用，以逆沖向?yàn)橹?，致使部分雙橋山群缺失，產(chǎn)狀紊亂，斷裂面呈舒緩波狀，擠壓帶內(nèi)透鏡體發(fā)育，透鏡體之間擠壓片理發(fā)育，透水性及導(dǎo)水性差，水量貧乏。

2.1.3地層結(jié)構(gòu)及工程特征

(1)第四系殘坡積(Qdel)黏土層(地層代號(hào)⑤)。褐黃、褐色，夾5%～20%碎石，成分以千枚巖為主，呈濕、可塑—硬塑狀態(tài)，多分布于勘察區(qū)表層，平均厚約1.87m。

(2)前震旦系雙橋山群(Ptsh)千枚巖(地層代號(hào)⑦)。黃褐、褐黃、青灰色，變晶結(jié)構(gòu)，千枚狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙較發(fā)育。按風(fēng)化程度及破碎程度將其分為強(qiáng)風(fēng)化(地層代號(hào)⑦1)、中風(fēng)化(地層代號(hào)⑦2)、微風(fēng)化(地層代號(hào)⑦3)3個(gè)亞層，其中⑦2層主要分布于隧洞出口段，⑦3層為隧道的主要穿越地層。

工程場(chǎng)地內(nèi)各類地層巖體的基本質(zhì)量等級(jí)、堅(jiān)固性系數(shù)f、滲透性等級(jí)、圍巖分級(jí)等工程特征參數(shù)見(jiàn)表1。

表1　場(chǎng)地工程特征參數(shù)

注：滲透性等級(jí)及圍巖分級(jí)劃分參考了現(xiàn)行《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(GB50487—2008)[2]。

2.2場(chǎng)地水文地質(zhì)條件

(1)地表水。建設(shè)區(qū)屬樂(lè)安河水系，地表水系主要為浮溪河及其溝谷間支流。浮溪河為樂(lè)安河支流之一，由南至北貫穿勘察區(qū)，并注入樂(lè)安河，匯水面積約15km2，河床寬5～17m，汛期流量可達(dá)15 000～30 000m3/d，枯水期流量約500m3/d，該溪流主要由眾多山谷支流匯集而成。

(2)地下水。主要為基巖裂隙水，賦存于場(chǎng)內(nèi)沿線下伏巖層風(fēng)化裂隙及構(gòu)造裂隙中。大氣降水及周邊鄰近地表水滲透是其主要補(bǔ)給源，沿裂隙向低洼處和深部裂隙徑流和排泄。由于區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造多為壓性，基巖富水性及導(dǎo)水性較差，各鉆孔勘探深度內(nèi)均未見(jiàn)到水位。

(3)地表水、地下水補(bǔ)、徑、排條件?？辈靺^(qū)地處含水微弱的變質(zhì)千枚巖系廣布山區(qū)，地形陡峻，溝谷縱貫，排泄條件極好，不利于地表水、地下水的聚集。據(jù)調(diào)查，每年3—7月連綿梅雨是潛在地表水和地下水補(bǔ)給的主要季節(jié)。地表風(fēng)化帶首先接受降雨補(bǔ)給，由于地形陡峻，地下水排泄條件良好，因而風(fēng)化帶普遍呈透水而不含水的巖層，僅在地勢(shì)較低處會(huì)形成較薄的含水層。構(gòu)造裂隙含水帶則由風(fēng)化層和大氣降雨補(bǔ)給，在地勢(shì)較低的地段，往往形成上升泉、沼澤化現(xiàn)象向溝谷排泄。

(4)腐蝕性評(píng)價(jià)。場(chǎng)內(nèi)擬建隧道沿線地下水水質(zhì)類型為HCO-Ca·Mg型，其pH值為6.22～9.90，受環(huán)境類型和地層滲透性的影響，地表水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)及混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具有微腐蝕性。地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)及混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具有弱腐蝕性。應(yīng)注意根據(jù)地下水的腐蝕性程度和類別，適時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)類型，采取相應(yīng)的抗腐蝕性措施。

(5)涌水量評(píng)價(jià)。擬建隧洞穿越的圍巖主要為Ptsh微風(fēng)化千枚巖，巖體較完整，在隧洞標(biāo)高以上均未測(cè)得地下水位，按現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鐵路工程水文地質(zhì)勘察規(guī)程》(TB10049—2004)判別可知，隧道涌水災(zāi)害嚴(yán)重等級(jí)為C級(jí)，隧道涌漏水較少，對(duì)圍巖穩(wěn)定性有一定的影響。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)調(diào)查，該地段在雨季會(huì)有少量裂隙水，施工中地下水預(yù)計(jì)呈點(diǎn)滴狀或小股狀流出，應(yīng)采取相應(yīng)的排水措施。

3　場(chǎng)地工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

3.1進(jìn)、出口

(1)進(jìn)口。為斜向坡，坡向320°，坡高約12.5m，天然坡度5°～20°。洞體范圍內(nèi)的地層主要為殘坡積黏土層(地層代號(hào)⑤)及強(qiáng)風(fēng)化千枚巖(地層代號(hào)⑦1)，⑤層呈可塑—硬塑狀態(tài)，具有一定的透水性，⑦1層巖體破碎，強(qiáng)度低，穩(wěn)定性較差。經(jīng)相關(guān)計(jì)算分析，坡體現(xiàn)狀處于穩(wěn)定狀態(tài)，但在暴雨、久雨等飽水工況下，穩(wěn)定性大大降低，成洞條件差，需采取加強(qiáng)襯砌支護(hù)措施。

(2)出口。為斜向坡，坡向44°，坡高約8.5m，天然坡度30°～35°。坡體范圍內(nèi)的地層主要為⑤層、⑦1層及⑦2層。坡面巖體無(wú)外傾結(jié)構(gòu)面，不受外傾結(jié)構(gòu)面及裂隙組合交線控制，屬穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。Slide5.0軟件計(jì)算結(jié)果表明，坡體在天然、飽和工況下的穩(wěn)定性系數(shù)均大于1.05，洞口基本穩(wěn)定，成洞條件較入口好。

3.2洞身

(1)圍巖類別確定及圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。擬建隧洞沿線洞身穿越的地層主要為微風(fēng)化千枚巖(地層代號(hào)⑦3)，次為中風(fēng)化千枚巖(地層代號(hào)⑦2)和強(qiáng)風(fēng)化千枚巖(地層代號(hào)⑦1)，除在里程K0+900m和K4+500m處分別有F5、F9斷層以58°、26°與軸線斜交通過(guò)外，無(wú)其他不良地質(zhì)作用存在，地質(zhì)條件總體中等復(fù)雜。根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021—2001)[3]，圍巖巖體堅(jiān)固性系數(shù)為0～3，便于開(kāi)挖施工。根據(jù)《巖土工程勘察技術(shù)規(guī)范》(YS5202—2004)及《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(GB50487—2008)，將擬建隧洞的圍巖分為Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ 3類，共13段。綜合物探分析成果，擬建隧洞在K0+100～K0+200m、K0+800～K0+940m、K3+140～K3+200m、K3+820～K3+880m及K4+340～K4+550m里程段為裂隙發(fā)育區(qū)，需加強(qiáng)圍巖位移、沉降監(jiān)測(cè)工作，及時(shí)作出安全預(yù)報(bào)，尤其斷層部位。

(2)突水評(píng)價(jià)。根據(jù)地質(zhì)調(diào)查及物探成果，擬建隧洞穿越沿線雖有斷層(F5、F9)穿過(guò)，但均屬擠壓斷裂，其活動(dòng)均發(fā)生于中生代以前，破碎帶多已硅化、糜棱化，未發(fā)現(xiàn)斷層含水帶，水量總體較貧乏，無(wú)突發(fā)災(zāi)難性突水可能。為防治施工可能引起的局部地下水位下降對(duì)隧洞沿線村民的生產(chǎn)、生活用水產(chǎn)生影響，應(yīng)作好地下水的防堵工作，貫徹以堵為主的施工方案，超前堵水，防止地下水疏干。

(3)有害氣體評(píng)價(jià)。洞身沿線主要為微風(fēng)化變質(zhì)千枚巖，未發(fā)現(xiàn)煤系、空洞等有害氣體生氣、儲(chǔ)氣地層，對(duì)隧洞施工有利，但在隧洞施工中應(yīng)注意加強(qiáng)通風(fēng)和超前監(jiān)測(cè)工作。

(4)軟巖變形評(píng)價(jià)。隧洞穿遇地層微風(fēng)化千枚巖屬軟質(zhì)巖，軟化系數(shù)小于0.75，具有飽水及失水易崩解的特性。隧洞穿遇該層洞頂埋深最大293m，鉆探揭露巖芯無(wú)餅化現(xiàn)象，巖體較完整，地應(yīng)力總體不高(強(qiáng)度應(yīng)力比大于7)[4]，發(fā)生軟巖較大變形的可能性較小，但可能發(fā)生掉塊、坍塌、滑移、剝落等輕度變形，施工中應(yīng)加強(qiáng)襯砌。

(5)巖爆評(píng)價(jià)。隧洞穿越區(qū)以微風(fēng)化千枚巖為主，巖體完整性系數(shù)平均為0．56，巖石飽和抗壓強(qiáng)度平均為25MPa，RQD為0．30～0．55，巖體縱波速度最大為3 435.2m/s，屬弱巖爆范疇。據(jù)區(qū)域資料，隧洞區(qū)總體地應(yīng)力不高，破壞形式以沿不利結(jié)構(gòu)面滑塌為主，發(fā)生巖爆的可能性不大，但因巖爆影響因素較多，易受施工影響，施工中仍應(yīng)對(duì)巖爆加強(qiáng)監(jiān)測(cè)預(yù)防。

(6)圍巖支護(hù)類型。隧道進(jìn)出口及洞身通過(guò)地表溝谷埋深較淺的地段，圍巖級(jí)別低(Ⅳ、Ⅴ類)，穩(wěn)定性差，易塌方，施工中應(yīng)加強(qiáng)超前支護(hù)，及時(shí)襯砌，支護(hù)類型可采用錨網(wǎng)噴聯(lián)合支護(hù)、局部設(shè)鋼架或鋼筋混凝土支砌。

4　結(jié)　語(yǔ)

以江西某礦山擬建尾礦庫(kù)上游輸送設(shè)施建設(shè)工程為例，對(duì)場(chǎng)地內(nèi)工程及水文地質(zhì)條件進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)，對(duì)于該工程的順利實(shí)施以及類似礦山工程建設(shè)有一定的借鑒價(jià)值。

[1]馬俊學(xué)，陳劍，滕永波.金屬礦山巷道地球物理超前預(yù)報(bào)方法研究進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì)[J].金屬礦山，2016(4)：1-12.

[2]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB50487—2008水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,2009.

[3]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB50021—2001巖土工程勘察規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009.

[4]《工程地質(zhì)手冊(cè)》編寫(xiě)委員會(huì).工程地質(zhì)手冊(cè)[M].4版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1990．

2016-06-06)

崔軍(1980—)，男，工程師，430080 湖北省武漢市青山區(qū)冶金大道17號(hào)。