高速公路隧道工程地質(zhì)特征及水文地質(zhì)條件分析

任洪靖

摘要：本文結(jié)合宜昭高速公路兩河隧道工程建設(shè)實(shí)例，對(duì)該隧道工程地質(zhì)特征及水文地質(zhì)條件進(jìn)行了相關(guān)探討分析，并對(duì)隧道涌水量進(jìn)行了計(jì)算預(yù)測(cè)，總體來(lái)說(shuō)隧道工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件復(fù)雜，環(huán)境地質(zhì)條件較差，但采取適當(dāng)工程措施后，可進(jìn)行公路隧道工程建設(shè)。

關(guān)鍵詞：高速公路;隧道工程;地質(zhì)特征;水文地質(zhì)條件

隧道工程地質(zhì)勘察是指為隧道工程的設(shè)計(jì)、施工等進(jìn)行的專門工程地質(zhì)調(diào)查工作。查明隧址區(qū)的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件，為公路隧道的設(shè)計(jì)提供依據(jù)是隧道建設(shè)的需要也是隧道工程地質(zhì)勘察工作的目的。

1.工程概況

擬建宜昭高速公路兩河隧道長(zhǎng)度4165m，為特長(zhǎng)隧道。洞身平面上呈弧型，路面凈寬llm。隧道軸線地面標(biāo)高與設(shè)計(jì)路面標(biāo)高最大高差約620m。隧道為單向縱坡，左線坡度為2.31%，右線坡度為2.35%。隧道區(qū)屬于脊?fàn)钪猩降孛矃^(qū)，山脊走向與構(gòu)造跡線基本一致，隧道穿越菁山山脊，山脊走向近南北向，地形起伏大，斜坡坡角20°-50°?？傮w地形進(jìn)口低出口高，進(jìn)口段為陡坡地形，出口段為山前堆積層地形，擬建洞身段沿堆積層下穿越。隧道進(jìn)、出口段地表水較發(fā)育，山間溝谷為區(qū)內(nèi)地表水匯集、排泄通道。隧道進(jìn)出口均處斜坡地帶，坡面地表水易于向溝谷排泄，地表坡面漫流不會(huì)對(duì)隧道工程產(chǎn)生浸淹危害。

2.工程地質(zhì)特征

2.1地層巖性

根據(jù)地質(zhì)調(diào)查、鉆探及物探成果，參考區(qū)域地質(zhì)資料，擬建隧道區(qū)范圍內(nèi)主要地層為第四系崩坡積（ Qcol+dl）層、滑坡積（Qdel+dl）層、坡殘積（Qel+dl）層;二疊系上統(tǒng)宣威組（P2X）巖層;二疊系上統(tǒng)峨嵋山玄武巖組（P2B）巖層及二疊系下統(tǒng)棲霞、茅口組（P1q+m）。

2.2地質(zhì)構(gòu)造

（1）區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造。擬建隧址區(qū)的大地構(gòu)造位置處于楊子準(zhǔn)地臺(tái)（一級(jí)）滇東臺(tái)褶帶（二級(jí)）之滇東北臺(tái)褶束（三級(jí)）。據(jù)云南省區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造單元?jiǎng)澐郑趨^(qū)域上位于川滇經(jīng)向構(gòu)造帶北段與“華夏式”構(gòu)造的交接地帶。區(qū)內(nèi)構(gòu)造復(fù)雜，屬南北向構(gòu)造與北東向構(gòu)造交接部位，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，地震活動(dòng)較為頻繁。

（2）隧址區(qū)地質(zhì)構(gòu)造?？辈靺^(qū)位于箐門背斜，大致呈NNE-SSW向延伸，均為隱伏，上部為玄武巖覆蓋。距離隧道南側(cè)lkm（放馬壩）附近和北側(cè)3km以外可見有二疊系下統(tǒng)棲霞、茅口組灰?guī)r出露，巖層近直立。進(jìn)口段宣威組（P2X）巖層產(chǎn)狀119°∠58°，放馬壩地面二疊系下統(tǒng)茅口組（P1m）巖層產(chǎn)狀292°∠75°。

3.水文地質(zhì)條件分析

隧址區(qū)地表水體較發(fā)育，洞身段主要表現(xiàn)為為季節(jié)性沖溝，進(jìn)出口段表現(xiàn)為常年性溪溝;地下水主要有第四系孔隙潛水、碎屑巖類孔隙裂隙水、基巖裂隙水、碳酸鹽巖類巖溶水等幾種類型。

3.1地表水

擬建隧道區(qū)地面未見地表水體，外圍水系發(fā)育。隧道進(jìn)出口位于河溝旁，均為常年性溪溝，發(fā)源于中山溝谷中，明顯受構(gòu)造控制，多屬樹枝狀水系，局部也形成羽毛狀水系。

3.2地下水

隧道區(qū)地下水主要有第四系松散巖類孔隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水、基巖裂隙水和碳酸鹽巖類巖溶水四類。

（1）第四系孔隙水。主要賦存在殘坡積、崩坡積土層中，受地形和巖性控制，地下水水力聯(lián)系差，水量較小，且動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定，該類地下水主要接受大氣降雨補(bǔ)給，多以潛水形式出露，分布在隧道進(jìn)出口。

（2）碎屑巖類孔隙裂隙水。主要分布于二疊系上統(tǒng)宣威組（ P2X）地層中，地下水主要受大氣降雨補(bǔ)給，在隧道段進(jìn)口段出露巖性以泥質(zhì)粉砂巖為主，多以坡面流形式向附近的溝谷徑流排泄。

（3）基巖裂隙水。主要分布于峨眉山玄武巖組（P2B）地層中，為擬建隧道主要的地下水類型，該類型地下水賦存于受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育的基巖巖體中，地下水受巖體的風(fēng)化厚度及完整性影響大。玄武巖屬于巖漿巖類，本身巖體致密，風(fēng)化后玄武巖節(jié)理裂隙發(fā)育，隱形節(jié)理張開，有利于地下水下滲徑流，但是風(fēng)化厚度有限，下部中風(fēng)化至微風(fēng)化巖體較完整一完整，為結(jié)晶類的致密巖石，其含水性差;加之隧道區(qū)地形陡峭，大氣降雨以坡面流多向溝谷徑流，向深部滲透較少。地下水隨季節(jié)性變化明顯，水量分布不均，深部該類含水巖組含水量不大。

（4）碳酸鹽巖類巖溶水。分布于二疊系下統(tǒng)棲霞、茅口組（P1q+m）地層中。隧道區(qū)巖溶水受特殊的地質(zhì)條件控制，受后期玄武巖覆蓋，以及區(qū)域構(gòu)造新寨斷裂及放馬壩斷層交錯(cuò)，將地下水分塊切割，地下水循環(huán)系統(tǒng)受到限制。根據(jù)本次調(diào)查及結(jié)合初勘成果發(fā)現(xiàn)，隧道5km范圍內(nèi)未見巖溶水出露。

3.3隧道涌水量預(yù)測(cè)

隧道穿越二疊系上統(tǒng)宣威組（ P2X）泥質(zhì)粉砂巖夾泥巖、底礫巖;二疊系上統(tǒng)峨嵋山玄武巖組（P2β）玄武巖;二疊系下統(tǒng)棲霞、茅口組（P1q+m）灰?guī)r夾白云巖，強(qiáng)風(fēng)化層裂隙發(fā)育，巖體呈碎裂～散體結(jié)構(gòu)，透水性較好;中風(fēng)化層巖石較完整，透水性較差。

（1）地下徑流模數(shù)法。Q=M·∑F=16848m3/d=0.195m3/s

式中：Q——隧道通過(guò)含水地段的正常涌水量（m3/d）;M——平均地下徑流模數(shù)（ m3/d.km2），取值為432.OOm3/d.km2; F——隧道通過(guò)含水體地段的集水面積39.OOkm2。

（2）水均衡法。按年降水有效滲入時(shí)間系數(shù)估計(jì)該段地下水的因滲入補(bǔ)給量，計(jì)算公式為：

Q=λ×X×Fi/Ai==0.15×0.873×39×1000000/200=25535.25（ m3/d）

式中：入一滲A系數(shù)，取0.15;X——年降水量，X=0.873;Ai——年降水有效滲入時(shí)間，按Ai=200天計(jì)。

（3）地下水動(dòng)力學(xué)計(jì)算方法。根據(jù)隧道鉆孔水文地質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果，參考區(qū)域水文地質(zhì)條件，取滲透系數(shù)k=0.038m/d，滲透性等級(jí)屬中等透水層。采用隧道工程地質(zhì)問(wèn)題分析與評(píng)價(jià)推薦的計(jì)算公式進(jìn)行單位長(zhǎng)度隧道正常涌水量計(jì)算

計(jì)算所采用的地質(zhì)概化模型見圖1。

由上式計(jì)算出單位涌水量q為6.934m3/d.m。隧道長(zhǎng)度按4165m計(jì)，隧道總涌水量約為28879.85m3/d，該值為近似估算值，如出現(xiàn)巖溶涌突水或?qū)當(dāng)鄬优c地表水聯(lián)通，涌水量會(huì)倍增。

上述三種計(jì)算方法中，第（1）、（2）種為概化計(jì)算，第（3）種為解析計(jì)算。

地下徑流模數(shù)法和水均衡法中的計(jì)算結(jié)果，反映的是區(qū)域性水文地質(zhì)條件下的“平均”穩(wěn)定涌水量，計(jì)算結(jié)果表明隧道正常涌水量為16848m3/d，最大涌水量約25535.25m3/d。

解析計(jì)算結(jié)果反映的是正常情況下區(qū)域水文地質(zhì)條件下的隧洞涌水量，不僅包含有降水人滲產(chǎn)生的涌水量，也包括地下徑流形成的涌水量。因此大于僅考慮降水人滲水均衡法的涌水量。計(jì)算結(jié)果表明，隧洞正常涌水量約為28879.85m3/d。

4.結(jié)語(yǔ)

隧址區(qū)穿越構(gòu)造剝蝕中山地貌區(qū)，山體由二疊系上統(tǒng)宣威組（P2X）泥質(zhì)粉砂巖夾泥巖、底礫巖;二疊系上統(tǒng)峨嵋山玄武巖組（P2β）玄武巖;二疊系下統(tǒng)棲霞、茅口組（P1q+m）灰?guī)r夾白云巖構(gòu)成，屬堅(jiān)硬巖至軟巖。隧道洞身段，受新寨斷裂（F7）及放馬壩斷層影響，巖體較破碎，局部發(fā)育地層接觸帶、軟弱結(jié)構(gòu)面、不利裂隙組合對(duì)隧道圍巖有一定影響。

隧址區(qū)地下水主要為碎屑巖類孔隙裂隙水、基巖裂隙水、碳酸鹽巖類巖溶水，地下水及地表水對(duì)混凝土微腐蝕性;通過(guò)對(duì)隧道涌水量的估算，隧洞正常涌水量約為Q=28879.85m3/d;如出現(xiàn)巖溶涌突水或?qū)當(dāng)鄬优c地表水聯(lián)通，涌水量會(huì)倍增。

隧址區(qū)巖性較為復(fù)雜，對(duì)節(jié)理裂隙發(fā)育、斷裂構(gòu)造發(fā)育及其影響帶部位施工掘進(jìn)時(shí)，一般會(huì)出現(xiàn)側(cè)壁及拱部松動(dòng)崩落或冒頂坍塌現(xiàn)象，特別是在雨季或暴雨時(shí)有可能產(chǎn)生突發(fā)性漏水，對(duì)隧道的掘進(jìn)及支護(hù)極不利，建議做好超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作和預(yù)防措施，加強(qiáng)排水措施及施工階段的地質(zhì)監(jiān)測(cè)工作，防止突水，突泥等地質(zhì)災(zāi)害。同時(shí)應(yīng)及時(shí)采取加固支護(hù)措施，采用網(wǎng)噴為主，輔以必要的錨桿和相應(yīng)的施工防護(hù)措施，以確保隧道的安全施工。

參考文獻(xiàn)：

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