香樹坳隧道工程地質(zhì)評述及工程重難點分析*

謝清忠，傅鶴林，劉東東，劉萬才，安鵬濤

1.中交四公局，北京 100000

2.中南大學(xué)，湖南 長沙 410075

香樹坳隧道是江玉高速公路上一條長大分離式隧道，左洞ZK7+560～ZK9+225，右洞K7+555～K9+242，為了確保隧道施工安全，文章擬對香樹坳隧道及工程重難點進(jìn)行分析。

隧道進(jìn)口位于江口縣閔孝鎮(zhèn)中練村附近，出口位于江口縣閔孝鎮(zhèn)中練村附近。該隧道屬低山地貌單元。山坡較陡，植被較發(fā)育。隧址區(qū)高程為556.6～764.8m，相對高差為208.2m。

1 工程地質(zhì)條件

1.1 地層巖性

據(jù)工程地質(zhì)測繪及詳勘鉆探揭露，隧址區(qū)的地層分布如下：上覆為第四系松散殘坡積（Q4el+dl）成因的黏土及崩坡積（Q4c+dl）成因的塊石土，底部基巖為寒武系下統(tǒng)變馬沖組（∈1b）頁巖、寒武系下統(tǒng)變清虛洞組（∈1q）灰?guī)r、寒武系下統(tǒng)杷榔組（∈1p）鈣質(zhì)頁巖。其特征由新到老分述如下：第四系殘坡積層（Q4el+dl）黏土、第四系崩坡積層（Q4el+dl）塊石土、寒武系下統(tǒng)變馬沖組（∈1b）頁巖、寒武系下統(tǒng)清虛洞組（∈1q）灰?guī)r、寒武系下統(tǒng)杷榔組（∈1p）鈣質(zhì)頁巖。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造

工程區(qū)所在區(qū)域大地構(gòu)造單元多屬揚子準(zhǔn)地臺（Ⅰ）黔北臺隆（Ⅰ1）中的遵義斷拱（Ⅰ1A），處于黔北貴陽復(fù)雜構(gòu)造變形區(qū)（Ⅰ1A3）。項目區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，褶皺和斷裂都較發(fā)育，主要構(gòu)造線方位為北東及近南北向，由多期構(gòu)造變動形成，主要是加里東期的由長城-薊縣系體現(xiàn)的武陵期構(gòu)造行跡被包容在燕山期（西北部）或加里東期（東南部）的背斜之中。若干斷層在喜馬拉雅期又復(fù)活。

據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料及沿線路地質(zhì)調(diào)繪，調(diào)查區(qū)共發(fā)現(xiàn)斷裂7條，受斷層構(gòu)造影響，區(qū)內(nèi)地層大多被肢解分割，巖層以單斜地層為主，局部破碎雜亂。隧址區(qū)灰?guī)r、頁巖大面積出露，現(xiàn)場調(diào)查中對隧道進(jìn)出口及洞身段選取4處對巖體節(jié)理裂隙發(fā)育情況進(jìn)行統(tǒng)計，統(tǒng)計結(jié)果如下。

（1）洞口附近灰?guī)r。①150°∠84°：為層間裂隙，線密度1～2條/m，裂隙長度＞5m，表面張開1～3mm，深部閉合；②60°∠61°：線密度3～5條/m，裂隙長度＞2m，張開0.5～3.0mm；③273°∠74°：線密度2～4條/m，裂隙長度為1.5～3.0m，表面呈微張狀，深部閉合。

（2）出口附近頁巖。①326°∠79°：為層間裂隙，線密度3～7條/m，裂隙長度大于5.0m，呈閉合狀；②24°∠57°：線密度1～3條/m，裂隙長度大于5.0m，呈閉合狀。

（3）洞身頁巖。①74°∠52°：為層間裂隙，線密度5～7條/m，裂隙長度大于3.0m，呈閉合狀；②173°∠46°：線密度5～8條/m，裂隙長度大于4.0m，呈閉合狀。

（4）洞身頁巖。①216°∠80°：為層間裂隙，線密度1～3條/m，裂隙長度大于4.0m，呈閉合狀；②135°∠77°：線密度2～5條/m，裂隙長度大于約5.0m，呈閉合狀。

2 水文地質(zhì)條件

2.1 地表水

隧址區(qū)地表水系屬閔孝河流域，是中國貴州省銅仁地區(qū)梵凈山轄內(nèi)的一條河流。該河流發(fā)源于梵凈山，為錦江正源，錦江古稱辰水，其載“三山谷（梵凈山）辰水所出”。該河沿山西側(cè)途徑德旺、閔孝、雙江三個鎮(zhèn)而湛匯入錦江河。隧址區(qū)地表水系較為發(fā)育，主要為3條溪溝（黃溪、小溪及魚糧溪）中水流，其次為當(dāng)?shù)卮迕窆喔人?/p>

（1）黃溪。位于隧道進(jìn)口附近，距隧道進(jìn)口約150m，該段沖溝水流總體自南東至北西從隧道進(jìn)口附近穿過，勘察期間（2017年8—11月）測得水溝寬度為2.0～5.0m，水深平均約0.7m，流量約2.7m3/s。溝水流量受降雨影響大，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查訪問，最大水深約1.5m，黃溪對隧道進(jìn)口無直接影響。

（2）小溪。位于隧道出口下方，支溝對應(yīng)線路里程K9+180～K9+200段，該段沖溝水流大致自西向東從隧道洞身頂部穿過，勘察期間（2017年8—11月）測得水溝寬度為1.0～3.0m，水深平均約0.1m，流量約0.2m3/s。支溝流量受降雨影響大對隧道出口無直接影響。

2.2 地下水

測區(qū)地下水主要為第四系松散巖類孔隙潛水、基巖裂隙水及巖溶水。

（1）第四系松散巖類孔隙潛水。孔隙水主要分布于殘坡積及沖洪積層中，主要受大氣降水補給，其水量受季節(jié)性變化較大，分布于高處的孔隙水富水性較差，河谷兩側(cè)松散層中富水性較好。排泄方式以地表蒸發(fā)為主，部分補給深層地下水。

（2）基巖裂隙水。主要賦存于寒武系下統(tǒng)清虛洞組、寒武系下統(tǒng)杷榔組、變馬沖組頁巖風(fēng)化裂隙、層間裂隙、構(gòu)造裂隙中，主要接受大氣降水及第四系孔隙水補給，由于隧址區(qū)山體地形坡度較陡，有利于大氣降水的排泄，該類型地下水總體貧乏。

（3）巖溶水。主要賦存于寒武系下統(tǒng)清虛洞組（∈1q）灰?guī)r巖溶溶隙、溶洞中，隧址區(qū)附近巖溶發(fā)育程度為強烈，溶隙、溶洞總體較發(fā)育，為地下水的賦存提供了良好的條件，其中溶隙、溶洞中地下水富水不均，與基巖裂隙水力聯(lián)系密切?，F(xiàn)場調(diào)查過程中僅發(fā)現(xiàn)一處溶洞，洞高2m，洞寬約3m，洞內(nèi)有水流流出，流量約1L/s。

（4）水、土腐蝕性。詳勘在小溪中取地表水樣一組，在隧址區(qū)泉水中取地下水樣一組，據(jù)《公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（JTG C20—2011）環(huán)境介質(zhì)對混凝土腐蝕的評價標(biāo)準(zhǔn)，對場地環(huán)境水的腐蝕性進(jìn)行評價，結(jié)合場地環(huán)境類別，綜合判定隧址區(qū)地表水、地下水對混凝土結(jié)構(gòu)及混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具微腐蝕性。

（5）涌水量預(yù)測。經(jīng)計算隧道正常涌水量為9433.98m3/d，最大涌水量為26934.00m3/d。綜合以上計算結(jié)果，建議隧道區(qū)地層中平水期隧道單洞涌水量可按9433.98m3/d考慮，豐水期的地下水建議取26934.00m3/d。

由于該隧道水文地質(zhì)條件較復(fù)雜，隧址區(qū)內(nèi)局部為白云巖、灰?guī)r等可溶性巖石，巖溶發(fā)育程度極強，考慮到潛在的巖溶、斷裂導(dǎo)水通道及巖溶水的影響，局部可能發(fā)生較大規(guī)模涌、突水。在施工過程中，建議采用地質(zhì)調(diào)查法、超前鉆孔法或聲波反射法超前預(yù)報。

2.3 不良地質(zhì)

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查訪問，隧址區(qū)主要不良地質(zhì)災(zāi)害主要為1處滑坡（H2）、3處崩塌（巖堆B9）及灰?guī)r中存在的巖溶現(xiàn)象，詳述如下。

（1）巖堆B9。位于隧道進(jìn)口處斜坡底部平緩部位，為一崩塌堆積體，堆積體長約200m，平均寬約50m，厚度約5m，堆積體規(guī)模約52m3，線路于堆積體右側(cè)邊緣以橋梁形式上跨堆積體，堆積體在線路上延展寬度約20m，主要為碎石及角礫，目前堆積體處于穩(wěn)定狀態(tài)。因堆積體位于隧道進(jìn)口下方，后緣距進(jìn)口約50m，高差約30m，故該崩塌堆積體對隧道的影響小。

（2）巖溶。隧道進(jìn)口段分布寒武系下統(tǒng)清虛洞組厚層灰?guī)r（對應(yīng)里程K7+525～K8+085段），在洞身段K9+738～K9+891出露寒武系下統(tǒng)變馬沖組泥灰?guī)r，根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查，洞身段泥灰?guī)r地層巖溶發(fā)育程度一般，隧道進(jìn)口段灰?guī)r地層巖溶發(fā)育程度強烈?，F(xiàn)場調(diào)查過程中僅發(fā)現(xiàn)有一處溶洞，洞高2m，洞寬約3m，洞內(nèi)有水流流出，流量約1L/s。由于隧址區(qū)灰?guī)r地層分布較少，多分布于斜坡地帶，無良好匯流條件，且地下水無明顯導(dǎo)流通道，巖溶對隧道影響有限，隧道施工中應(yīng)加強探測與預(yù)報。

3 隧道場地穩(wěn)定性評價

3.1 隧道進(jìn)口段

進(jìn)口段位于石灰?guī)r斜坡中部，地形坡度約25°～35°。洞口處為薄層第四系殘坡積成因的粉質(zhì)黏土、碎石土，厚度一般為1.0～2.0m，局部基巖出露。地表植被發(fā)育程度一般，以灌木、雜草為主，斜坡穩(wěn)定性較好，斜坡下伏基巖為寒武系下統(tǒng)清虛洞組（∈1q）灰?guī)r，巖層產(chǎn)狀為130°∠23°，為一逆向坡，現(xiàn)場調(diào)查過程中發(fā)現(xiàn)隧道進(jìn)口處斜坡底部平緩部位有一崩塌堆積體，堆積體長約200m，平均寬約50m，厚度約5m，堆積體規(guī)模約52m3，線路于堆積體右側(cè)邊緣以橋梁形式上跨堆積體，堆積體在線路上延展寬度約20m，主要為碎石及角礫，目前堆積體處于穩(wěn)定狀態(tài)。因堆積體位于隧道進(jìn)口下方，后緣距進(jìn)口約50m，高差約30m，故該崩塌堆積體對隧道無影響。

3.2 隧道出口段

隧道出口位于魚糧溪左側(cè)斜坡上，斜坡上植被茂盛，多生長高大喬木及灌木叢，坡頂處地形較陡，坡度為30°～45°，中部為一相對較緩平臺，地形坡度約25°～30°，底部溪溝切割深度較大，坡度近50°，隧道出口連接欄桿村中橋，斜坡底部溪溝切割深度約30m。洞口處下伏基巖為寒武系下統(tǒng)杷榔組黏土頁巖，巖層產(chǎn)狀為85°∠10°，為一切向斜坡，覆蓋層為第四系崩坡積成因的碎石角礫，厚度為4～6m，自然狀態(tài)基本穩(wěn)定，坡體穩(wěn)定性較差。

隧道進(jìn)口端仰坡巖土體為薄層第四系殘坡積成因的粉質(zhì)黏土、碎石及強、中風(fēng)化灰?guī)r，灰?guī)r巖體較破碎，結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定。洞口斜坡巖土體的穩(wěn)定性較好，斜坡巖體整體穩(wěn)定，因第四系殘坡積成因的粉質(zhì)黏土、碎石自穩(wěn)能力較差，施工時局部土體可能產(chǎn)生小范圍的坍塌，斜坡上巖體可能發(fā)生強風(fēng)化巖體崩落掉塊現(xiàn)象。此外，因基覆界面較陡，施工時不合理的開挖可能導(dǎo)致表部覆蓋層沿巖土界面發(fā)生較大規(guī)模的滑坡現(xiàn)象。出口段巖土體為第四系崩坡積成因的角礫、碎石及強、中風(fēng)化頁巖，頁巖巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育，結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定。第四系崩坡積成因的角礫及碎石結(jié)構(gòu)松散，自穩(wěn)能力差，施工時局部土體可能產(chǎn)生小范圍的坍塌，巖體可能發(fā)生小規(guī)模崩落掉塊現(xiàn)象。建議洞口施工時邊坡防護(hù)采取臨時支護(hù)與永久支護(hù)相結(jié)合的防護(hù)措施，坡面做好截排水措施。建議洞口邊坡開挖坡率如下：殘坡積粉質(zhì)黏土為1∶1.5，碎石為1∶1.25，強～中風(fēng)化灰?guī)r、頁巖為 1∶ 0.50。

3.3 隧道洞身圍巖穩(wěn)定性評價

隧道圍巖級別主要為Ⅲ級、Ⅳ級和Ⅴ級。隧道洞身地層巖性主要為寒武系下統(tǒng)變馬沖（∈1b）頁巖、寒武系下統(tǒng)清虛洞組（∈1q）灰?guī)r、寒武系下統(tǒng)杷榔組（∈1p）鈣質(zhì)頁巖，局部為斷層角礫巖，按風(fēng)化程度分為強～中風(fēng)化，其主要的工程性質(zhì)如下。

（1）Ⅳ級圍巖。地層巖性主要為寒武系下統(tǒng)變馬沖組（∈1b）頁巖、組清虛洞組（∈1q）灰?guī)r、杷榔組（∈1p）鈣質(zhì)頁巖，巖體較為破碎，施工過程中，側(cè)壁經(jīng)常發(fā)生掉塊及小坍塌，洞室開挖后初期支護(hù)不及時易產(chǎn)生坍塌。地下水以面狀滴水為主，局部可能出現(xiàn)線流現(xiàn)象，雨季時可能出現(xiàn)雨淋狀滲水。

（2）Ⅴ級圍巖。地層巖性主要為強～中風(fēng)化寒武系下統(tǒng)清虛洞組（∈1q）灰?guī)r及中風(fēng)化寒武系下統(tǒng)杷榔組（∈1p）頁巖，局部為粉質(zhì)黏土、碎石及斷層角礫巖，圍巖穩(wěn)定性較差，易產(chǎn)生掉塊、失穩(wěn)。Ⅴ級圍巖區(qū)側(cè)壁有時可能失穩(wěn)，頂部無支護(hù)可產(chǎn)生較大坍塌，可能產(chǎn)生微滑移、剝落等變形，施工中應(yīng)加強襯砌。開挖時，多以淋雨狀或涌流狀出水為主，因灰?guī)r巖溶發(fā)育，且局部考慮到斷層導(dǎo)水性能較好，局部可能發(fā)生突水現(xiàn)象。

4 工程重難點

（1）巖溶隧道突涌水及塌方問題研究。該隧道存在巖溶突涌水的可能，有溶隙和構(gòu)造帶的涌水是掌子面突涌水的兩種現(xiàn)象，需要通過超前地質(zhì)預(yù)報確定巖溶的位置，探索出適合原富水灰?guī)r隧道的綜合施工技術(shù)。

（2）突涌水處置技術(shù)及注漿效果檢測研究。①綜合超前地質(zhì)預(yù)報方案；②構(gòu)造帶型掌子面突涌水模式注漿技術(shù)；③季節(jié)變動帶洞身突涌水模式注漿技術(shù)；④裂隙—溶隙型掌子面突涌水模式注漿技術(shù)；⑤地表水的引排措施；⑥長大斜井反坡抽排水技術(shù)等綜合處治措施。

（3）排水溝的設(shè)計優(yōu)化技術(shù)研究。通過數(shù)值計算和經(jīng)驗總結(jié)，確定構(gòu)造帶型突涌水模式，采取超前帷幕注漿措施，選取預(yù)留的安全巖盤厚度。研究季節(jié)性洞身突涌水模式，為了降低施工難度，采取后注漿形式，于枯水期施工。

5 結(jié)束語

文章從地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性及涌水預(yù)測等方面對工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件進(jìn)行了分析，并基于巖溶特征劃分了隧道各里程的圍巖級別，評價了工程地質(zhì)情況，分析了工程重難點，所獲得的成果可指導(dǎo)施工，也可為類似工程提供指導(dǎo)。