中寨隧道巖土工程勘察與評(píng)價(jià)

陳 濤，陳昱志，陳文祥

(1.貴州省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550001；2.安順市關(guān)嶺縣交通運(yùn)輸局，貴州 安順 561300)

1 區(qū)域地質(zhì)特征

1.1 地形地貌

擬建中寨隧道地處貴州高原向湘西丘陵過(guò)渡地帶的北部邊緣一帶，場(chǎng)區(qū)屬溶蝕-侵蝕低山地貌。進(jìn)口端為斜坡地形，自然坡度20°～30°；洞身段穿越山脊，最高點(diǎn)海拔919.6 m；出口端為斜坡地形，自然坡度10°～30°。場(chǎng)區(qū)海拔介于716.3～950.0 m，相對(duì)高差233.7 m；隧道軸線通過(guò)段海拔為751.3～919.6 m之間，相對(duì)高差168.3 m。

1.2 地層巖性及地質(zhì)構(gòu)造

隧址區(qū)地層巖性復(fù)雜，上覆第四系殘坡積粘土，下伏基巖為二疊系灰?guī)r、煤系，和志留系泥巖等。

場(chǎng)區(qū)位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)-黔北臺(tái)隆-遵義斷拱-貴陽(yáng)復(fù)雜構(gòu)造變形區(qū)，無(wú)斷層通過(guò)，巖層單斜，巖層產(chǎn)狀8°～30°∠16°～45°，擬建場(chǎng)區(qū)節(jié)理發(fā)育，主要發(fā)育的節(jié)理產(chǎn)狀有J1：80°∠65°，J2：220°∠33°兩組。根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》(GB 18306-2015)查得場(chǎng)區(qū)地震動(dòng)反應(yīng)頻譜特征周期為0.35 s，地震動(dòng)峰值加速度值為0.05 g，對(duì)應(yīng)地震基本烈度為Ⅵ度。

2 隧址區(qū)工程地質(zhì)問(wèn)題分析

2.1 采空區(qū)

隧址區(qū)出露有煤系地層，因此，勘察的第一步便是確定是否存在采空區(qū)及煤層瓦斯。位于ZK94+990～ZK95+035處的陡崖及陡崖左右一帶分布有集中采空區(qū)(含硫磺礦開(kāi)采及小煤窯開(kāi)采)，系當(dāng)?shù)卮迕袼讲蔀E挖所為。采空區(qū)的存在對(duì)高速公路建設(shè)的影響是嚴(yán)重的。因此，查明隧址區(qū)的采空區(qū)分布范圍是本隧道勘察的重要任務(wù)之一。

2.2 煤層瓦斯

瓦斯在煤系地層的隧道中始終存在，它是與煤層相生相伴的，煤層瓦斯的存在嚴(yán)重影響隧道施工安全。其濃度的不同造成的影響大小也不同。瓦斯勘察是目前隧道勘察中的一個(gè)難點(diǎn)。

2.3 巖溶

貴州省每條高速公路建設(shè)均會(huì)遇到不同程度的巖溶地質(zhì)問(wèn)題，本隧道穿越可溶巖區(qū)，地層露頭中發(fā)育有溶洞、巖溶洼地，且地表溶溝溶槽發(fā)育。施工中揭露隱伏巖溶(溶洞、巖溶裂隙及巖溶管道等)的可能性較大。查明隧址區(qū)的巖溶發(fā)育情況也是本隧道勘察的重要任務(wù)之一。

3 隧址區(qū)工程地質(zhì)問(wèn)題評(píng)價(jià)

3.1 采空區(qū)

根據(jù)調(diào)訪，開(kāi)采年限為1950年至1960年左右，大部分井口已垮塌掩埋。洞寬1～3 m，高1～1.5 m，進(jìn)深20～120 m不等，開(kāi)采方向多為15°～20°，采空區(qū)沿K95+000陡崖下方呈帶狀開(kāi)采，形成了平面長(zhǎng)約40～120 m，寬約700 m的煤窯群采空區(qū)。硫磺礦廠開(kāi)采規(guī)模較小，開(kāi)采進(jìn)深約20～50 m，該處采空區(qū)離隧道較遠(yuǎn)，對(duì)隧道建設(shè)無(wú)影響。其余小煤窯的開(kāi)采規(guī)模也較小，開(kāi)采進(jìn)深最大處約為100 m。該區(qū)的采空區(qū)位于隧道上方78～100 m處，對(duì)隧道無(wú)直接影響。但隧道施工爆破震動(dòng)，可能導(dǎo)致采空區(qū)上部積水老煤窯底板巖層的垂向裂隙、節(jié)理與下部隧道連通，也可能沿巖性接觸帶貫通進(jìn)入隧道，帶來(lái)高能涌水的重大安全風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 煤層瓦斯

采集了深孔揭露的代表性巖樣，進(jìn)行了隧道瓦斯測(cè)試。

(1)瓦斯含量

本次采集了隧道深孔揭露的代表性煤樣，進(jìn)行了室內(nèi)瓦斯含氣量測(cè)試，總含氣量為17.37 ml·g-1。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 鉆孔揭示煤層含氣量測(cè)試結(jié)果表

(2)瓦斯壓力

根據(jù)隧道S-ZK3深孔煤層瓦斯壓力測(cè)試，瓦斯壓力為0.08 MPa，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 鉆孔揭示煤層瓦斯壓力測(cè)試成果表

(3)煤的瓦斯放散初速度及堅(jiān)固性系數(shù)

根據(jù)代表性煤樣進(jìn)行室內(nèi)檢測(cè)，煤的瓦斯放散初速度及堅(jiān)固性系數(shù)見(jiàn)表3。

表3 鉆孔揭示煤層含氣量測(cè)試結(jié)果表

(4)煤與瓦斯突出性危險(xiǎn)

根據(jù)瓦斯壓力、瓦斯放散初速度、煤的破壞類型等，對(duì)煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性進(jìn)行判定，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 瓦斯突出標(biāo)準(zhǔn)判定表

通過(guò)瓦斯測(cè)試報(bào)告和類似工程經(jīng)驗(yàn)，隧道穿煤段瓦斯含量0.05 ml·g-1、瓦斯壓力0.08 MPa，煤與瓦斯無(wú)突出危險(xiǎn)性。

本次瓦斯壓力測(cè)試段落鉆孔深度50～61.2 m，隧道穿煤段的最大埋深為120.6 m，要大于測(cè)試段落深度，其瓦斯壓力隨煤層埋深的增加有增高的趨勢(shì)，在隧道埋深范圍內(nèi)的瓦斯壓力要高于此次測(cè)試結(jié)果。

3.3 巖溶

針對(duì)巖溶問(wèn)題，布設(shè)了一條可控源音頻大地電磁法勘探測(cè)線，總長(zhǎng)1.2 km，該方法具有信號(hào)穩(wěn)定、信噪比高、穿透力強(qiáng)等特點(diǎn)。使用的儀器為美國(guó)EMI與Geometrics兩家公司聯(lián)合生產(chǎn)的EH-4。

異常出現(xiàn)在在可溶巖地層中，其視電阻率與圍巖呈明顯低阻變化，推測(cè)為溶蝕節(jié)理裂隙發(fā)育，不排除存在溶洞發(fā)育的可能；其中幾個(gè)異常區(qū)域與隧道區(qū)域相交，隧道開(kāi)挖過(guò)程中，可能出現(xiàn)涌泥、涌水或空洞現(xiàn)象，需加強(qiáng)防護(hù)；ZK95+023附近，兩側(cè)巖體視電阻率呈明顯變化，結(jié)合地調(diào)資料分析，推測(cè)為巖體變化，巖性界面在ZK94+760附近與隧道相交。

存在的問(wèn)題：因本階段施工鉆孔數(shù)量有限，鉆孔位置未揭露溶洞發(fā)育，但不排除鉆孔外其他位置存在隱伏巖溶發(fā)育的可能。

4 結(jié)論與建議

對(duì)隧道建設(shè)有影響的不良地質(zhì)為煤層瓦斯、巖溶，須對(duì)不良地質(zhì)處治后，方可建設(shè)。結(jié)合以上初步勘察存在的問(wèn)題及施工圖階段對(duì)勘察精度的要求，建議詳細(xì)工程地質(zhì)勘察階段采取有針對(duì)性的勘察對(duì)策如下。

(1)隧道局部穿越煤系地層，存在小煤窯采區(qū)，由于煤層瓦斯的復(fù)雜性和不確定性，對(duì)隧道安全有較大影響，下階段需進(jìn)一步查明煤層與隧道的平面及空間關(guān)系，并加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)瓦斯測(cè)試及附近煤礦瓦斯資料的收集，便于設(shè)計(jì)進(jìn)行瓦斯隧道的專項(xiàng)設(shè)計(jì)。

(2)加強(qiáng)深部鉆探勘察，對(duì)代表性的物探異常進(jìn)行鉆探工作，一方面可對(duì)物探成果進(jìn)行驗(yàn)證，同時(shí)可進(jìn)行聲波測(cè)井和水文地質(zhì)試驗(yàn)，以對(duì)隧道穿越可溶巖地層段圍巖完整性和富水性進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，并獲取隧道洞身段不同含水層的水文地質(zhì)參數(shù)，對(duì)隧道涌水量進(jìn)行精確預(yù)測(cè)。