應(yīng)人石-九圍生態(tài)排水隧洞工程地質(zhì)條件及評價(jià)

鐘育霞

（深圳市水務(wù)工程檢測有限公司，廣東深圳，518000）

1 工程地質(zhì)概況

1.1 地形地貌

應(yīng)人石-九圍生態(tài)排水隧洞穿越環(huán)鐵崗水庫北側(cè)三處庫尾，將應(yīng)人石河口生態(tài)庫與九圍河口生態(tài)庫連通。推薦方案的連通管（涵）線路總長為5.123 km，結(jié)構(gòu)內(nèi)底標(biāo)高20.0～22.0 m，穿庫尾段為箱涵段。穿庫尾間山地段擬采用盾構(gòu)法施工連通隧洞。

隧洞沿線原始為低丘陵地貌，局部跨越了山間谷地地貌（庫尾）。隧洞沿線地面高程21.4～68.8 m，總體地勢較平坦，地形起伏不大，僅高爾夫球場內(nèi)地形起伏較大。樁號YPD0+000-YPD3+260段現(xiàn)狀地面植被發(fā)育，樹木茂密，為鐵崗水庫一級水源保護(hù)區(qū)，樁號YPD3+260-YPD5+123.16段為高爾夫球場。

圖1 連通隧洞沿線地形地貌照片F(xiàn)ig.1 Topography and landform along the tunnel

1.2 地層巖性

連通隧洞地層自上而下分別為：

（1）第四系人工填土（Q4ml）：廣泛分布于隧洞全段，局部缺失，一般呈紅褐色，干-稍濕，松散或稍壓實(shí)，主要由花崗巖風(fēng)化土回填，該層層厚0.2～6.8 m，平均層厚2.35 m，層底高程-6.79～46.89 m。

（2）第四系沖洪積層（Q4al+pl）：以粉質(zhì)黏土（礫質(zhì)、砂質(zhì)）、中粗砂和礫砂等為主，零星分布少量淤泥質(zhì)土層。

（3）第四系殘積土層（Qel）：廣泛連續(xù)分布，所有鉆孔均有揭露，紅褐色，稍濕-濕，可塑-硬塑，由花崗巖風(fēng)化殘積而成，為礫質(zhì)黏性土。該層野外標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)擊數(shù)為9～39擊，平均26.5擊。該層層厚1.20～34.10 m，平均層厚13.38 m，層底高程-33.49～55.30 m。

（4）白堊系燕山四期侵入巖（γβ3K1）：巖性為粗中粒黑云母花崗巖，基巖多已風(fēng)化為全風(fēng)化巖、強(qiáng)風(fēng)化巖、弱風(fēng)化巖。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造亦以斷裂構(gòu)造為主，可歸并為應(yīng)人石斷裂組，它由應(yīng)人石斷裂和鐵崗水庫東斷裂組成，斷裂走向北西320°，傾向北東，傾角65°，延伸小于2 km，寬0.5～1.0 m，表現(xiàn)為擠壓破碎帶，構(gòu)造巖為蝕變花崗巖，具壓碎構(gòu)造，蝕變?yōu)榫G泥石。節(jié)理發(fā)育，并見石英脈充填。根據(jù)隧洞沿線地質(zhì)測繪和鉆孔揭露，沿線無地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育跡象。

1.4 水文地質(zhì)

1.4.1 地下水類型、補(bǔ)徑排特征及賦水性特征

基巖裂隙水主要賦存于下部強(qiáng)風(fēng)化巖（塊狀）-弱風(fēng)化花崗巖風(fēng)化裂隙和部分張開的斷裂構(gòu)造裂隙內(nèi)，接受上覆孔隙潛水越流補(bǔ)給和地下側(cè)向徑流補(bǔ)給，陸地區(qū)域突出地面的裸露巖體直接接受降雨補(bǔ)給。

根據(jù)隧洞沿線勘探期間鉆孔水位的觀測結(jié)果，隧洞沿線地下水位高于庫水位，水位變化幅度小，在0.5～1.0 m范圍內(nèi)，主要受降雨影響，總體上地下水位較穩(wěn)定。

1.4.2 巖土層滲透性

根據(jù)室內(nèi)外滲透試驗(yàn)和相關(guān)工程資料分析，中粗砂、礫砂層為中等-強(qiáng)透水地層，微風(fēng)化花崗巖為微透水地層，其余大都為弱透水性地層。

1.4.3 環(huán)境水（土）腐蝕性評價(jià)

本次勘察共采集了2組場地內(nèi)地下水和1組鐵崗水庫水進(jìn)行水質(zhì)檢測。

場地地下水對混凝土結(jié)構(gòu)具一般酸性型和碳酸性型強(qiáng)腐蝕性（右岸），對鋼筋混凝土中的鋼筋無腐蝕性，對鋼結(jié)構(gòu)具有弱腐蝕性。

2 隧洞工程地質(zhì)條件評價(jià)

2.1 箱涵及隧洞工程地質(zhì)條件評價(jià)

（1）箱涵第一段（樁號YPD0+000-YPD0+146.4）為連通管涵的進(jìn)水箱涵，為無壓箱涵。該段箱涵基槽開挖深6～9 m，局部深約12 m，場地內(nèi)地下水位高于基坑開挖面（與水庫水連通），具強(qiáng)透水性，基坑開挖時(shí)涌水量大，需加強(qiáng)地下水截排措施，建議采用咬合鋼板樁或高壓旋噴樁等措施進(jìn)行止水，坑內(nèi)采用水泵進(jìn)行抽排。

（2）箱涵第二段（樁號YPD0+413.12-YPD0+934.42），位于2號檢查井和3號檢查井之間，穿越了鐵崗水庫與石巖水庫連通渠的庫尾段及多條由鐵崗水庫向石巖水庫供水的供水管道。該段箱涵地面高程21.0～30.0 m，箱涵基礎(chǔ)底板主要位于素填土、粉質(zhì)（礫質(zhì)、砂質(zhì)）黏土層、殘積土層。素填土為新近堆積土，需挖出換填處理。在粉質(zhì)黏土層下部分布有薄層淤泥質(zhì)土，建議進(jìn)行弱軟下臥地層穩(wěn)定性驗(yàn)算，確定是否進(jìn)行處理。該段箱涵基槽開挖深1～10 m，一般3～5 m，建議采用咬合鋼板樁+內(nèi)撐進(jìn)行基槽支護(hù)。此外，場地內(nèi)地下水位高于基坑開挖面（與水庫水連通），建議采用咬合鋼板樁或高壓旋噴樁等措施進(jìn)行止水，坑內(nèi)采用水泵進(jìn)行抽排。

（3）箱涵第三段（樁號YPD3+009.36-YPD3+222.36）位于6號檢查井和7號檢查井之間，穿越了黃麻布河入鐵崗水庫庫尾段。該段箱涵基槽開挖深5～7 m，因基坑深度大，整體放坡條件較差，不宜單獨(dú)采用放坡開挖，建議采用咬合鋼板樁+內(nèi)撐進(jìn)行基槽支護(hù)。此外，場地內(nèi)地下水位高于基坑開挖面（與水庫水連通），建議采用咬合鋼板樁或高壓旋噴樁等措施進(jìn)行止水，坑內(nèi)采用水泵進(jìn)行抽排。

（4）箱涵第四段（樁號YPD5+002.19-YPD5+123.16）為連通管涵的出口段，穿越了九圍河入鐵崗水庫庫尾段。該段箱涵基槽開挖深1.2～12.0 m，建議采用咬合鋼板樁+內(nèi)撐進(jìn)行基槽支護(hù)。此外，場地內(nèi)地下水位高于基坑開挖面（與水庫水連通），基坑底部有薄層中粗砂層，具承壓性，設(shè)計(jì)應(yīng)考慮基坑隆起和突涌等工程地質(zhì)問題。

2.2 工作井工程地質(zhì)條件評價(jià)

2.2.1 1 號、2號工作井

1號、2號工作井位于第一段隧洞起始和終端，結(jié)構(gòu)尺寸為11.5 m×15.0 m，矩形，基底高程約為18.0 m，地面高程為33.01 m和30.2 m，基坑深約15.0 m和12.0 m?，F(xiàn)狀場地為水源保護(hù)區(qū)的林地內(nèi)，樹木茂密，兩井間距266.7 m。工作井基底殘積土，主要工程地質(zhì)問題為基坑穩(wěn)定、基坑涌水問題?；娱_挖坑壁揭露地層自上至下為礫質(zhì)黏土和殘積土，基坑不具備放坡條件，建議采用灌注樁+內(nèi)撐進(jìn)行基坑支護(hù)，具體深度由設(shè)計(jì)經(jīng)嵌固穩(wěn)定性驗(yàn)算后確定。

2.2.2 3 號、4號工作井

3號、4號工作井位于第二段隧洞起始端和中段，結(jié)構(gòu)尺寸為9.4 m×11.5 m，矩形，基底高程約為18.5 m，地面高程為30.5 m和32.8 m，基坑深約12.0～14.5 m?，F(xiàn)狀場地為水源保護(hù)區(qū)的林地內(nèi)，樹木茂密，兩井間距944 m?；娱_挖坑壁揭露地層自上至下為礫質(zhì)黏土和殘積土，基坑不具備放坡條件，建議采用灌注樁+內(nèi)撐進(jìn)行基坑支護(hù)，具體深度由設(shè)計(jì)經(jīng)嵌固穩(wěn)定性驗(yàn)算后確定。場地內(nèi)地下水位較高，但水量貧乏，采用坑內(nèi)抽水即可。

2.2.3 5 號、6號工作井

5號、6號工作井位于第二段隧洞的中段和終端，結(jié)構(gòu)尺寸為9.4 m×11.5 m，矩形，基底高程約為17.5～18.0 m，地面高程為35.0 m和26.5 m，基坑深約9.0～17.0 m?，F(xiàn)狀場地為水源保護(hù)區(qū)的林地內(nèi)，樹木茂密。工作井基底殘積土，基坑開挖坑壁揭露地層自上至下為礫質(zhì)黏土和殘積土，基坑不具備放坡條件，建議采用灌注樁+內(nèi)撐進(jìn)行基坑支護(hù)，具體深度由設(shè)計(jì)經(jīng)嵌固穩(wěn)定性驗(yàn)算后確定。

2.2.4 7 號、8號工作井

7號、8號工作井位于第三段隧洞的起點(diǎn)和終點(diǎn)，結(jié)構(gòu)尺寸為11.5 m×15.4 m，矩形，基底高程約為17.0～17.5 m，地面高程為23.8 m和31.1 m，基坑深約8.7～14.2 m?，F(xiàn)狀場地為水源保護(hù)區(qū)的林地內(nèi)，樹木茂密。工作井基底殘積土，主要工程地質(zhì)問題為基坑穩(wěn)定、基坑涌水問題?；娱_挖坑壁揭露地層自上至下為礫質(zhì)黏土和殘積土，基坑不具備放坡條件，建議采用灌注樁+內(nèi)撐進(jìn)行基坑支護(hù)，具體深度由設(shè)計(jì)經(jīng)嵌固穩(wěn)定性驗(yàn)算后確定。7號工作井場地內(nèi)地下水位較高，水量豐富，宜加強(qiáng)截水措施。

3 隧洞工法比選

根據(jù)場地沿線工程地質(zhì)條件及各隧洞施工工法的特點(diǎn)，對盾構(gòu)法、礦山法和TMB法的適宜性進(jìn)行評價(jià)。

3.1 盾構(gòu)法

該工法主要適宜于相對均質(zhì)的松軟地層（土層），具有快速、安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)，但對于局部障礙物（樁基礎(chǔ)、孤石等）、基巖凸起帶（上軟下硬或全部為硬巖），較難處理。鐵崗九圍生態(tài)排水隧洞基巖面起伏大，隧洞洞身多位于基巖面附近或基巖內(nèi)?；鶐r部分堅(jiān)硬，弱風(fēng)化花崗巖（上段）飽和單軸抗壓強(qiáng)度12.4～38.9 MPa，平均23.1 MPa，弱風(fēng)化花崗巖（下段）飽和單軸抗壓強(qiáng)度30.7～59.5 MPa，平均44.0 MPa。隧洞洞身絕大部分橫跨土巖混合地層（土體強(qiáng)度0～15 MPa，巖石部分強(qiáng)度大于60 MPa）或位于堅(jiān)硬巖石內(nèi)，隧洞洞身段地層極其軟硬不均或地層堅(jiān)硬，盾構(gòu)工法適宜性差。應(yīng)人石-九圍生態(tài)排水隧洞基巖面埋深較大，隧洞洞身多位于殘積土-強(qiáng)風(fēng)化花崗巖地層，僅在高爾夫球場段基巖面埋深淺。

3.2 礦山法

礦山法可適應(yīng)各種地質(zhì)條件，施工方法、洞徑變化靈活，但施工質(zhì)量、效率一般較低，作業(yè)條件差，風(fēng)險(xiǎn)高。本場地基巖面起伏大，隧洞洞身多位于基巖面附近或基巖內(nèi)。圍巖經(jīng)常邊挖邊塌或自穩(wěn)時(shí)間很短，一般均需要超前支護(hù)或支護(hù)緊跟開挖。此外，洞身所在層位多為水量豐富的基巖面段，基巖裂隙水還存在承壓性，隧洞施工前多需要超前全斷面止水，并進(jìn)行不良地質(zhì)超前預(yù)報(bào)。隧洞工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件復(fù)雜，礦山工法施工不可預(yù)見性因素較多（塌方、突泥、涌砂、涌水、斷層、地面沉降或塌陷），對施工質(zhì)量要求高，工程投資大，該工法適宜性較差。

3.3 TBM法

TBM工法是在穩(wěn)定的硬巖長隧洞快速施工的工法，具有快速、優(yōu)質(zhì)、安全和經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，也具有一次性投資成本較高、前期制造和安裝周期長、一次施工只能施工一個(gè)洞徑、對地質(zhì)比較敏感（不同地質(zhì)應(yīng)選擇不同掘進(jìn)機(jī)型）等缺點(diǎn)。鐵崗九圍生態(tài)排水隧洞推薦方案Ⅴ類圍巖占54%，應(yīng)人石-九圍生態(tài)排水隧洞推薦方案Ⅴ類圍巖約占91%。因此，當(dāng)前埋深的隧洞采用TBM施工總體上適宜性差。

3.4 工法比選

綜上所述，盾構(gòu)工法對于洞身絕大部分位于上部松軟土、下部堅(jiān)硬巖或全部為堅(jiān)硬巖的地層結(jié)構(gòu)，不適宜；礦山法可使用于任何地層結(jié)構(gòu)，但工程造價(jià)、施工技術(shù)要求高，風(fēng)險(xiǎn)大；TBM法在大部分為V類圍巖的地層中適宜性差，且隧洞長度小，TBM法也很不經(jīng)濟(jì)。由于地處板塊沖擊區(qū)，地質(zhì)復(fù)雜多變且地下水極為豐沛，以TBM鉆掘施工皆極易發(fā)生災(zāi)變，斷面愈大愈危險(xiǎn)。此外，根據(jù)地質(zhì)測繪和鉆探結(jié)果，區(qū)域內(nèi)多發(fā)育花崗巖孤石，大小不均，分布無規(guī)律，不適宜盾構(gòu)工法和TBM法。用礦山法時(shí)宜對孤石區(qū)加強(qiáng)支護(hù)，避免塌方。從地質(zhì)因素比較，各工法適宜性由好到差為：礦山法、盾構(gòu)法、TBM法，由于各工法各有利弊，建議設(shè)計(jì)綜合工程造價(jià)、施工工期、風(fēng)險(xiǎn)、工程質(zhì)量等因素確定最優(yōu)工法。

4 隧洞場地環(huán)境影響分析與評價(jià)

4.1 地下構(gòu)筑物

鐵崗九圍生態(tài)排水隧洞：根據(jù)地表觀察和收集資料，排水隧洞沿線分布的規(guī)模較大的構(gòu)筑物有高壓走廊塔基、廣深高速、鐵崗水庫2號副壩和鐵崗水庫路。根據(jù)地形圖位置比對，排水隧洞洞身線路上無高壓走廊塔基，線路距離廣深高速和鐵崗水庫2號副壩均有一定距離，對隧洞和豎井施工均無影響；排水隧洞箱涵段位于鐵崗水庫路下，箱涵段擬采用明挖施工工藝，鐵崗水庫路對箱涵施工無影響。

應(yīng)人石-九圍生態(tài)庫連通管涵：根據(jù)地表觀察和收集資料，連通管涵沿線分布的規(guī)模較大的構(gòu)筑物有鐵崗-長流陂支線供水工程供水管道、廣深高速、南光高速。根據(jù)地形圖位置比對，連通管涵洞身線路與供水管道交叉，且高程有交叉；線路距離高速有一定距離，對隧洞和豎井施工均無影響。

4.2 地下管線

鐵崗九圍生態(tài)排水隧洞：根據(jù)現(xiàn)場觀察和場地管線探測資料，隧洞段沿線地下管線較少，僅在鉆孔2PSZK15和2PSZK17距離西氣東輸高壓燃?xì)夤艿垒^近，其余段無地下管線分布；排水隧洞箱涵段位于鐵崗水庫路下，地下管線較復(fù)雜，尤其是與西鄉(xiāng)河交匯的位置，管線錯(cuò)綜復(fù)雜，對箱涵開挖有一定影響。

應(yīng)人石-九圍生態(tài)庫連通管涵：連通管涵段大多位于水源保護(hù)區(qū)和高爾夫球場內(nèi)，地下管線分布相對較少，僅在與鐵崗-長流陂支線供水工程供水管道交叉位置、深圳市中波轉(zhuǎn)播（633）臺位置存在供水管道和通信光纜，隧洞（箱涵）施工時(shí)應(yīng)注意。建議采取合理的設(shè)計(jì)與施工方案，做好監(jiān)測工作，必要時(shí)可采取預(yù)加固處理措施，確保地下管線的安全。

4.3 地下水

鐵崗九圍生態(tài)排水隧洞：排水隧洞埋深較大，洞身穿越的含水層大多為基巖裂隙水，僅在穿越鐵崗水庫2號副壩的沖溝內(nèi)揭露第四系孔隙潛水。根據(jù)鉆孔壓水試驗(yàn)和抽（提）水試驗(yàn)，該隧洞段基巖裂隙水富水性為一般～貧乏，主要接受上層孔隙潛水的越流補(bǔ)給和基巖裸露區(qū)的降雨補(bǔ)給。根據(jù)工程地質(zhì)縱斷面圖，孔隙潛水與基巖裂隙水間有較厚的花崗巖殘積土和全-強(qiáng)風(fēng)化巖分隔，場地的基巖裂隙水與孔隙潛水聯(lián)系不密切。

綜上所述，除穿越鐵崗水庫2號副壩沖溝的隧洞施工有較大的涌水量外，其余段隧洞施工涌水量較小，臨時(shí)、短時(shí)間、小方量的降水對周邊環(huán)境影響不明顯，但如長期降水，則很大程度上會引起周邊地面下沉、塌陷、構(gòu)（建）筑物和管線破壞等不良環(huán)境問題。

5 結(jié)語

隧洞主要工程地質(zhì)問題為隧洞塌方、涌水、流沙和突泥等。隧洞洞身地層多為上軟下硬地層，大部分洞頂為極不穩(wěn)定的V類圍巖，隧洞施工工法適宜性由高到低為：礦山法、盾構(gòu)法、TBM法，應(yīng)綜合比較后確定最優(yōu)方案。根據(jù)不同地質(zhì)構(gòu)造及不同圍巖條件提出了隧洞圍巖支護(hù)建議：IV類圍巖采用噴混凝土+鋼筋網(wǎng)+錨桿進(jìn)行支護(hù)，V類圍巖建議采用超前錨桿（管棚）進(jìn)行支護(hù)，并緊跟鋼筋混凝土襯砌，嚴(yán)格控制掘進(jìn)長度。山體淺溝段和斷裂段易發(fā)生塌方、突泥、涌水等問題，建議加強(qiáng)該部分的支護(hù)和止水措施，建議超前進(jìn)行固結(jié)灌漿，并設(shè)置管棚+鋼架超前支護(hù)。