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      公路隧道地質(zhì)調(diào)查及圍巖穩(wěn)定性研究

      2018-01-22 03:14:54楊青云楊化林張?zhí)煊?/span>
      西部探礦工程 2018年1期
      關(guān)鍵詞:風(fēng)化層節(jié)理裂隙

      楊青云,楊化林,張?zhí)煊?/p>

      (1.中冶京誠(chéng)工程技術(shù)有限公司,北京 100176;2.廣西大學(xué)土木建筑工程學(xué)院,廣西 南寧 530004)

      隧道的開(kāi)挖方式有控制爆破法和機(jī)械開(kāi)挖法,在IV級(jí)圍巖以上圍巖隧道一般采取爆破開(kāi)挖法,然而使用爆破開(kāi)挖容易對(duì)圍巖造成擾動(dòng),因此使用符合當(dāng)前圍巖抗振要求的爆破方法十分重要;另外隧道的開(kāi)挖形成了大面積的地下空間,開(kāi)挖后的圍巖中的原巖應(yīng)力場(chǎng)被破壞,巖石應(yīng)力重新分布,在隧道輪廓附近巖石中的應(yīng)力集中分布,重新形成的應(yīng)力平衡容易遭受破壞,容易產(chǎn)生軟弱破碎帶坍塌、突水和突泥的安全事故[1],這與巖石的地應(yīng)力環(huán)境、區(qū)域斷裂構(gòu)造和地下水情況有關(guān)[2],為了給合理的爆破方法的選擇提供依據(jù),保證隧道的穩(wěn)定性,對(duì)隧道圍巖地質(zhì)情況進(jìn)行了調(diào)查分析。

      1 遂址區(qū)地質(zhì)特征

      1.1 隧道概況

      梧州市環(huán)城公路工程3標(biāo)1、2工區(qū)位于梧州市城郊,經(jīng)萬(wàn)秀區(qū)龍湖鎮(zhèn)旺步村、朱品村、倒水村、河步等地。新建隧道4座,熊沖隧道右洞1536m,左洞1495m;沙子塘隧道右洞550m,左洞545m;底沖隧道右洞505m,左洞508m;上雷嶺隧道右洞975m,左洞978m。遂址區(qū)屬丘陵地貌,地形起伏較大,溝谷發(fā)育,沿隧道走向地表由破殘積層覆蓋,殘丘上植被發(fā)育,局部見(jiàn)基巖出露地表,無(wú)不良地質(zhì)現(xiàn)象,隧道基本情況見(jiàn)表1。

      表1 梧州市環(huán)城高速隧道概況

      1.2 巖石性質(zhì)

      熊沖、底沖和上雷嶺隧道下伏基巖為寒武系上亞群中組砂巖,砂子塘隧道下伏基巖為寒武系上亞群上組砂巖,圍巖砂狀結(jié)構(gòu);中厚層狀構(gòu)造。熊沖、底沖隧道巖石呈黃色和灰色,巖質(zhì)較硬,錘擊聲清脆,巖體較破碎—較完整,節(jié)理裂隙發(fā)育,裂隙面多被鐵錳質(zhì)浸染,局部石英填充,巖芯多呈短柱狀、碎塊狀少量呈碎塊狀,強(qiáng)風(fēng)化層和中風(fēng)化層分布于整個(gè)場(chǎng)地,以中風(fēng)化層為主;上雷嶺隧道巖石以強(qiáng)中風(fēng)化層為主;砂子塘隧道巖石為黃色,巖質(zhì)軟,風(fēng)化不均勻,局部夾全風(fēng)化,錘擊聲啞、易碎,巖體極破碎—破碎,節(jié)理裂隙發(fā)育,裂隙面多被鐵錳質(zhì)浸染,巖芯多呈砂狀,少量呈碎塊狀,強(qiáng)風(fēng)化層和風(fēng)化層分布于整個(gè)場(chǎng)地,以強(qiáng)風(fēng)化層為主。如表2所示。

      1.3 遂址區(qū)斷層與斷裂情況

      利用地震波的反射原理對(duì)遂址區(qū)圍巖進(jìn)行地質(zhì)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)[3],熊沖隧道在遂址區(qū)西約3.5km處發(fā)育逆斷裂,長(zhǎng)度約為10km,走向近于正北,傾向西北,為不明性質(zhì)斷層,本隧道通過(guò)區(qū)域存在3處斷層或破碎帶,影響深度分布為55m、60m及80m。砂子塘隧道東約3km處存在一處發(fā)育逆斷裂,長(zhǎng)度為10km,走向近于南北,傾向北西,現(xiàn)場(chǎng)物探表明隧道洞身范圍內(nèi)無(wú)斷裂及構(gòu)造破碎帶,區(qū)域地質(zhì)較穩(wěn)定。底沖隧道遂址區(qū)無(wú)區(qū)域性斷裂及破碎帶。上雷嶺隧道遂址區(qū)無(wú)斷裂,本隧道通過(guò)區(qū)域存在2處斷層,影響深度分別為30m和50m。詳見(jiàn)表3。

      表2 隧道巖石性質(zhì)

      表3 遂址區(qū)斷層與斷裂分布

      2 遂址區(qū)節(jié)理裂隙調(diào)查分析

      2.1 節(jié)理裂隙調(diào)查

      節(jié)理裂隙是巖體在應(yīng)力作用下形成的結(jié)構(gòu)面,是一種能反映出巖體內(nèi)主要構(gòu)造特點(diǎn)的結(jié)構(gòu)特征[4]。節(jié)理的分布情況影響著圍巖的穩(wěn)定性和可爆性,通過(guò)對(duì)隧道圍巖內(nèi)分布的節(jié)理裂隙進(jìn)行測(cè)量,記錄其產(chǎn)狀、數(shù)量等,將節(jié)理裂隙分布情況制作成玫瑰圖,來(lái)分析圍巖的完整性及抗振能力,為爆破參數(shù)的選取及隧道支護(hù)提供依據(jù)。

      2.2 節(jié)理裂隙整體分布情況

      熊沖隧道巖體較破碎,節(jié)理呈不規(guī)則狀交錯(cuò)分布,存在幾組發(fā)育節(jié)理,產(chǎn)狀分別為160°∠15°(2~3條/m)、115°∠62°(2~3條/m)115°∠63°(2~3條/m)、155°∠48°(3~4條/m)、180°∠45°(4~5條/m)、50°∠85°(3條/m)115°∠70°(2~3條/m)、186°∠55°(3~4條/m);砂子塘隧道中節(jié)理裂隙發(fā)育,呈碎裂及鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu),產(chǎn)狀分別為160°∠45°(3條/m)、330°∠48°(2條/m);底沖隧道區(qū)域地質(zhì)較完整,存在幾組節(jié)理產(chǎn)狀為230°∠75°(2~3條/m)、286°∠68°(3 條/m)、150°∠58°(3 條/m)193°∠66°(2~3條/m);上雷嶺隧道發(fā)育節(jié)理產(chǎn)狀為250°∠80°(2~3條/m)、25°∠53°(2~3條/m)、70°∠72°(3~4條/m)、85°∠65°(2~3條/m)、10°∠65°(3~4條/m)、40°∠65°(2條/m)、168°∠60°(4條/m)、340°∠78°(2~3條/m)、174°∠50°(3~4條/m)。

      2.3 熊沖隧道節(jié)理統(tǒng)計(jì)分析

      節(jié)理裂隙的測(cè)量一般采用測(cè)線法,即在巖體表面布置一條測(cè)線,每隔一段距離取一個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)量節(jié)理裂隙產(chǎn)狀及位置[5]。熊沖隧道節(jié)理的測(cè)量則是將掌子面圍巖進(jìn)行測(cè)量及分組則,如表4、圖1所示。

      圍巖的節(jié)理裂隙分布情況對(duì)爆破效果有著很大影響,沿著優(yōu)勢(shì)節(jié)理方向爆破爆破能量損失較大,需要更大的裝藥量才能達(dá)到效果,從測(cè)得的節(jié)理裂隙來(lái)看,存在2組優(yōu)勢(shì)節(jié)理,1組走向范圍為0°~40°,平均走向?yàn)?°,平均傾向?yàn)?4.5°,節(jié)理裂隙條數(shù)為6條;2組走向范圍為320°~360°,平均走向?yàn)?36°,平均傾向?yàn)?8.9°,節(jié)理裂隙條數(shù)為10條,在這2組優(yōu)勢(shì)節(jié)理方向需加大裝藥量進(jìn)行爆破。

      式中:K——裂隙率;

      B——節(jié)理寬度;

      L——節(jié)理長(zhǎng)度;

      A——調(diào)查區(qū)域面積。

      K≤2%說(shuō)明被調(diào)查巖體節(jié)理裂隙不發(fā)育,2%≤K≤8%則說(shuō)明被調(diào)查巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育,K≥8%則說(shuō)明被調(diào)查巖體節(jié)理裂隙發(fā)育,經(jīng)計(jì)算節(jié)理裂隙率為9.7%,計(jì)算節(jié)理平均間距RS進(jìn)行評(píng)價(jià)[6],計(jì)算得熊沖隧道RS為37.4cm。當(dāng)前隧道圍巖為節(jié)理裂隙發(fā)育巖體。

      表4 熊沖隧道某斷面節(jié)理走向情況統(tǒng)計(jì)

      圖1 節(jié)理裂隙統(tǒng)計(jì)圖

      3 結(jié)語(yǔ)與建議

      對(duì)遂址區(qū)進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)隧道受附近斷裂帶的影響較大,基巖為寒武系上亞中組砂巖,巖石風(fēng)化程度高,圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育。以熊沖隧道為例,對(duì)其開(kāi)挖面進(jìn)行節(jié)理統(tǒng)計(jì),發(fā)現(xiàn)存在多組發(fā)育節(jié)理,節(jié)理之間距離近RS為38.4,裂隙率K大于8%,巖體為節(jié)理裂隙發(fā)育巖體,為保證其安全性需做適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)。

      隧道圍巖的地質(zhì)特征是隧道施工的重要參考資料,影響隧道的穩(wěn)定性,給隧道掘進(jìn)方案提供指導(dǎo),本文通過(guò)對(duì)遂址區(qū)地質(zhì)情況,巖石性質(zhì)節(jié)理裂隙的調(diào)查分析,進(jìn)行了分析和總結(jié),提出以下建議。

      (1)隧道的水文地質(zhì)情況對(duì)隧道施工也具有一定影響,對(duì)隧道涌水預(yù)測(cè)常采用降水入滲法[7],南方地區(qū)雨量充沛,巖溶發(fā)育,隧道內(nèi)易產(chǎn)生積水,若水未及時(shí)排出,長(zhǎng)時(shí)間浸泡隧道地面,容易碎漲擴(kuò)容強(qiáng)度降低,不利于隧道的穩(wěn)定[8]。

      (2)遂址區(qū)巖石節(jié)理裂隙發(fā)育,爆破作用效果降低,針對(duì)巖性特點(diǎn),需要采用合適的爆破工藝進(jìn)行開(kāi)挖爆破。

      (3)破碎帶與完整性圍巖交替位置,需加強(qiáng)超前支護(hù)與輔助施工工藝,保證隧道的安全性,降低塌方風(fēng)險(xiǎn)[9]。

      [1] 范海軍,魯光銀,朱自強(qiáng),李華,何現(xiàn)啟,黃華林.公路隧道地質(zhì)災(zāi)害探測(cè)技術(shù)探討與實(shí)踐[J].中南公路工程,2006,31(1):2-3.

      [2] 瑪?shù)┙ね履緺?,王貽明,吳愛(ài)祥,胡凱建,王晶軍,李占炎,姚高輝,周應(yīng)華.巴魯巴銅礦節(jié)理裂隙調(diào)查及巖體質(zhì)量評(píng)價(jià)[J].現(xiàn)代礦業(yè),2014.

      [3] 馮順劍.TSP203在蒼嶺隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)中的應(yīng)用[J].巖土工程,2006,26(4):74-76.

      [4] 王平,王瑞星,王輝,王德全.濱海大型金礦床礦巖節(jié)理裂隙統(tǒng)計(jì)分析[J].采礦技術(shù),2012(12):114.

      [5] 董金奎,申延,邱俊剛.焦家金礦寺莊礦區(qū)巖體節(jié)理裂隙調(diào)查與礦巖穩(wěn)定性分析[J].黃金科學(xué)技術(shù),2014(20):58-61.

      [6] 穆希川,李景波,劉杰,張翼風(fēng),尹旭巖.大柳行金礦床節(jié)理裂隙調(diào)查與巖體質(zhì)量平價(jià)[J].黃金,2017(38):46-53.

      [7] 昌志軍,朱冬林.紅巖寺隧道工程地質(zhì)勘探成果總結(jié)[J].公路工程,2014,39(6):350-354.

      [8] 張厚江,焦玉勇,孟昭君,王浩,覃衛(wèi)民.全封閉格柵鋼架控制膨脹性軟巖隧道變形破壞的研究與實(shí)踐[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2017(36):3393-3400.

      [9] 管飛.復(fù)雜地質(zhì)條件下長(zhǎng)大公路隧道安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[J].橋遂工程,2012(7):295-298.

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