新橋車場出入線暗挖段洞室圍巖分類研究

楊永昕

（重慶市勘測院，重慶 400000）

1 工程概況

重慶軌道交通九號線一期工程新橋車場出入線位于重慶市沙坪壩區(qū)，出入線區(qū)間為單洞雙線隧道，隧道洞跨11.7～12.2 m，埋深0～84.6 m，右線起訖里程RDK0+021.780～RDK1+503.976，長1 482.196 m，終點里程至停車場分界處延伸86.15 m。本段區(qū)間隧道總長度為1 568.346 m，RDK0+021.780～RDK1+415.014段為暗挖段，長度為1 393.234 m；其余部分為明挖段，長度為175.112 m。

2 暗挖段工程地質(zhì)條件

2.1 基本工程地質(zhì)條件

工程區(qū)內(nèi)地面高程一般為287～380 m，最大相對高差約93 m。區(qū)內(nèi)地層主要由第四系全新統(tǒng)松散層（Q4）、侏羅系中統(tǒng)新田溝組巖層（J2X）、侏羅系中下統(tǒng)自流井組巖層（J1-2Z）組成，基巖以厚層砂質(zhì)泥巖為主，夾薄層砂巖。其中，砂質(zhì)泥巖為極軟巖，抗風(fēng)化能力差；砂巖屬較硬巖，抗風(fēng)化能力較強，洞身段主要為深埋隧洞。工程區(qū)位于觀音峽沖斷背斜東翼，無斷裂構(gòu)造發(fā)育。巖層層間結(jié)構(gòu)面結(jié)合差，屬軟弱結(jié)構(gòu)面。場地地下水受大氣降水滲入補給，根據(jù)場地地下水的賦存條件、水理性質(zhì)及水力特征，場地內(nèi)地下水被劃分為第四系松散層孔隙水和碎屑巖類孔隙裂隙水。

2.2 巖土體物理力學(xué)性質(zhì)

（1）單軸抗壓強度。

本次勘察取巖樣15組，進(jìn)行室內(nèi)物理力學(xué)測試，包括砂質(zhì)泥巖13組、砂巖2組。統(tǒng)計時，按巖性劃分為兩個統(tǒng)計單元，分別進(jìn)行統(tǒng)計。

新田溝組：中風(fēng)化砂巖飽和抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值為31.5 MPa，天然抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值為42.0 MPa，為較硬巖；中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖飽和抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值為3.8 MPa，天然抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值為6.8 MPa，為極軟巖。

自流井組：中風(fēng)化砂巖飽和抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值為31.5 MPa，天然抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值為42.0 MPa，為較硬巖；中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖飽和抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值為5.3 MPa，天然抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值為8.8 MPa，為軟巖。

（2）聲波測試。

為了進(jìn)一步了解不同巖體的完整性、裂隙發(fā)育情況等，對區(qū)內(nèi)巖體采用聲波（縱波）測試。

巖體完整性系數(shù)計算及評價如表1所示。

表1 巖體完整性系數(shù)計算及評價

由表1可知，研究區(qū)內(nèi)中等風(fēng)化巖體完整性系數(shù)為0.71～0.80，巖體較完整。中等風(fēng)化砂巖聲波速度為3 335～3 594 m/s；中等風(fēng)化砂質(zhì)泥巖聲波速度為3 123～3 150 m/s。場地內(nèi)裂隙較發(fā)育，隨深度增加波速漸增，巖石風(fēng)化程度降低。測試成果與調(diào)查、鉆探的定性分析一致。

（3）壓水試驗。

調(diào)查場地巖石滲透系數(shù)，本次勘察選取1個鉆孔進(jìn)行壓水試驗，根據(jù)《城市軌道交通巖土工程勘察規(guī)范》（GB 50307—2012），砂巖滲透系數(shù)為0.183 m/d，為弱透水巖體；砂質(zhì)泥巖滲透系數(shù)為0.009 5 m/d，為微透水巖體。

3 隧洞涌水預(yù)測及圍巖分類

3.1 隧洞涌水預(yù)測

重慶市軌道交通九號線一期新橋車場出入線的水文地質(zhì)條件較簡單，地下水主要以上層滯水和基巖裂隙水形式存在，分布不連續(xù)，受大氣降水補給，無統(tǒng)一地下水位，水鐵路工程水文地質(zhì)勘察規(guī)范量受季節(jié)影響較大。

根據(jù)隧道所處環(huán)境，參考《鐵路工程水文地質(zhì)勘察規(guī)范》（TB 10049—2014），計算涌水量和最大涌水量。

式中：Q——隧道涌水量（m3/d）；H——含水層厚度（m）；S——設(shè)計水位降深（m）；R——隧道涌水影響半徑（m），；B——隧道通過含水層中的長度；K——巖體的滲透系數(shù)（m/d）。

式中：Q——隧道最大涌水量（m3/d）；H——靜止水位至洞身橫斷面等價圓中心的距離（m）；d——洞身橫斷面等價圓直徑（m）；L——隧道通過含水體的長度（m）；K——含水體的滲透系數(shù)（m/d）。

段RDK0+021.780～RDK1+415.014隧洞正常涌水量為518 m3/d，地下水級別為Ⅰ級；隧道最大涌水量為1 270 m3/d。依據(jù)場地水文地質(zhì)條件分析，隧道沿線地層主要為微透水段，巖體較完整，隧道涌水量較??；根據(jù)已施工完成的軌道工程施工經(jīng)驗，隧道的涌水一般沿裂隙涌出，隧道施工可以使基巖裂隙水水量明顯增大，初期水量較大且集中，隨時間增加，水量逐漸減小，水量不均勻現(xiàn)象明顯。隧道實際涌水量受施工季節(jié)及降水季節(jié)影響嚴(yán)重，根據(jù)重慶地區(qū)隧道施工經(jīng)驗，裂隙貫通性較好或鄰近有水源情況時，可能出現(xiàn)800～2 000 m3/d的集中涌水現(xiàn)象。施工期應(yīng)加強超前地質(zhì)預(yù)報，對滲水嚴(yán)重地段采用徑向注漿進(jìn)行堵水、封閉處理。隧道正常涌水總量約518 m3/d，最大涌水量受持續(xù)降雨或地下管網(wǎng)滲漏影響，最大涌總水量約1 270 m3/d。應(yīng)根據(jù)實際涌水量采取適當(dāng)?shù)呐潘胧?/p>

3.2 隧道圍巖分類

（1）圍巖分級原則。

圍巖分級時，根據(jù)《城市軌道交通巖土工程勘察規(guī)范》GB 50307—2012劃分，以圍巖的飽和抗壓強度、裂隙發(fā)育情況、風(fēng)化程度、巖體完整性系數(shù)和縱波波速進(jìn)行圍巖基本分級，主要考慮隧道起拱線至拱頂以上2倍（Ⅰ～Ⅲ級）或2.5倍（Ⅳ～Ⅵ級）壓力拱高范圍內(nèi)的巖體特征。

新田溝組：巖層一般呈中厚層狀，為較完整～完整巖體，巖體中發(fā)育2組構(gòu)造裂隙，巖體呈塊石狀鑲嵌結(jié)構(gòu)，裂隙較發(fā)育，參考巖土物理力學(xué)性質(zhì)，新田溝組圍巖基本級別為Ⅴ級。

場地人工填土呈稍密狀態(tài)，粉質(zhì)黏土呈可塑狀，表層土體及基巖強風(fēng)化帶的圍巖基本級別為Ⅴ級。

（2）深淺埋隧道的劃分。

根據(jù)《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》（TB 10003—2016），深埋與淺埋洞室原則上以2倍（Ⅰ～Ⅲ級）或2.5倍（Ⅳ～Ⅵ級）荷載高度h為劃分界線。針對Ⅳ～Ⅵ級圍巖原則，按2.5倍圍巖壓力計算高度為深埋與淺埋的分界深度Hp（Hp＝2.5h）。

式中：S——圍巖級別；B——隧道跨度。

隧道圍巖壓力計算高度如表2所示。

表2 隧道圍巖壓力計算高度

（3）隧道圍巖分類。

參考《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》（TB 10003—2016），結(jié)合洞室地下水狀態(tài)、隧洞埋深、圍巖彈性縱波速度值及地應(yīng)力狀態(tài)[1-2]，對洞室圍巖類進(jìn)行劃分。

最后，來看百姓需求方面。非農(nóng)土地的擴張，致使一些地方農(nóng)業(yè)耕地在減少。而且今年多數(shù)農(nóng)產(chǎn)品價格呈持續(xù)下跌走勢。其中山東大蒜價格慘跌，市場行情波動大，山東蒜農(nóng)虧損嚴(yán)重。今年大蒜收購價只有每斤0.8元左右，創(chuàng)下近10年最低價，而成本卻是每斤2塊，每斤凈虧1.2元，按每畝地2000斤產(chǎn)量算，農(nóng)戶每畝大蒜要虧損2400元左右。譚經(jīng)理表示，今年小麥、玉米、水稻價格即使不跌也不會大漲，所以百姓對農(nóng)作物投資積極性比較低。

樁RDK0+021.780～RDK1+360段：圍巖以砂質(zhì)泥巖夾薄層砂巖為主，圍巖基本分級為Ⅳ級，地下水狀態(tài)為Ⅰ級，為深埋隧洞，修正圍巖級別為Ⅳ級，支護不及時可能發(fā)生局部坍塌、掉塊。

樁RDK1+360～RDK1+415.014段：圍巖以砂質(zhì)泥巖夾薄層砂巖為主，圍巖基本分級為Ⅴ級，地下水狀態(tài)為Ⅰ級，為淺埋隧洞，修正圍巖級別為Ⅴ級，支護不及時可能發(fā)生整體坍塌甚至地表下沉。

3.3 圍巖分段工程地質(zhì)條件評價

（1）RDK0+021.780～RDK0+495段。

本段隧道走向246°～306°，為深埋隧道。本段隧道左側(cè)壁傾向336°～36°，右側(cè)壁傾向156°～216°，隧道側(cè)壁與隧道巖體內(nèi)結(jié)構(gòu)面的關(guān)系見極射赤平投影圖。

RDK0+021.780～RDK0+495段隧道側(cè)壁赤平投影如圖1所示。

圖1 RDK0+021.780～RDK0+495段隧道側(cè)壁赤平投影

由圖1可知，左側(cè)壁傾向與裂隙J2傾向一致，為外傾不利組合，左側(cè)壁穩(wěn)定主要受裂隙J2控制，開挖時可能出現(xiàn)局部垮塌現(xiàn)象，應(yīng)加強左側(cè)壁支護，及時清除或錨固洞壁出現(xiàn)的松動塊體；右側(cè)壁與J1和層面的組合交線AO傾向一致，為外傾不利組合，但AO傾角僅為2°，外傾結(jié)構(gòu)面對右側(cè)壁穩(wěn)定性影響較小，右側(cè)壁穩(wěn)定性主要受巖體自身強度控制，開挖時可能出現(xiàn)局部掉塊現(xiàn)象，應(yīng)及時清除或錨固洞壁出現(xiàn)的松動塊體。本段隧道成洞條件較好，隧道無支撐時拱頂及側(cè)壁易產(chǎn)生局部掉塊（坍塌），應(yīng)做好初期支護措施，分部開挖，及時進(jìn)行二襯。施工期間可能產(chǎn)生局部集中涌水，應(yīng)加強排水措施或徑向注漿堵水，加強信息法設(shè)計和施工監(jiān)測。

（2）RDK0+495～RDK0+605段。

本段隧道走向306°～336°，為深埋隧道。本段隧道左側(cè)壁傾向36°～66°，右側(cè)壁傾向216°～246°。

RDK0+495～RDK0+605段隧道側(cè)壁赤平投影如圖2所示。

圖2 RDK0+495～RDK0+605段隧道側(cè)壁赤平投影

左側(cè)壁傾向與裂隙J2和層面的組合交線BO傾向一致，為外傾不利組合，左側(cè)壁穩(wěn)定主要受組合交線BO控制，開挖時可能出現(xiàn)局部掉塊現(xiàn)象，建議及時清除或錨固松動塊體；RDK0+495～RDK0+582段右側(cè)壁無外傾結(jié)構(gòu)面，右側(cè)壁穩(wěn)定性主要受巖體自身強度控制，開挖時可能出現(xiàn)局部掉塊現(xiàn)象，建議及時清除或錨固洞壁出現(xiàn)的松動塊體；RDK0+582～RDK0+605段右側(cè)壁傾向與裂隙J1傾向一致，為外傾不利組合，右側(cè)壁穩(wěn)定主要受裂隙J1控制，開挖時可能出現(xiàn)局部垮塌現(xiàn)象，建議施工時加強右側(cè)壁支護，及時清除或錨固洞壁松動塊體。本段隧道成洞條件較好，隧道無支撐時拱頂及側(cè)壁易產(chǎn)生局部掉塊（坍塌），建做作好初期支護措施，分部開挖，及時進(jìn)行二襯。施工期間可能產(chǎn)生局部集中涌水，建議加強排水措施或徑向注漿堵水，加強信息法設(shè)計和施工加強監(jiān)測。

（3）出入線里程RDK0+605～RDK1+015隧道段。

本段隧道走向336°～34°，為深埋隧道。本段隧道左側(cè)壁傾向66°～125°，右側(cè)壁傾向246°～305°。

RDK0+605～RDK1+015段隧道側(cè)壁赤平投影如圖3所示。

圖3 RDK0+605～RDK1+015段隧道側(cè)壁赤平投影

左側(cè)壁傾向與層面、J2與層面的組合交線BO傾向一致，為外傾不利組合，左側(cè)壁穩(wěn)定性主要受層面控制，巖體多呈薄層狀，受裂隙切割影響，隧道巖體易沿巖層面滑塌，設(shè)計時應(yīng)考慮巖層對左側(cè)壁的偏壓作用，建議做好超前支護措施并加強初支，分部開挖，及時進(jìn)行二襯。右側(cè)壁與裂隙J1、J1和J2的組合交線CO傾向一致，為外傾不利組合，右側(cè)壁穩(wěn)定主要受裂隙J1控制，開挖時可能出現(xiàn)局部垮塌現(xiàn)象，建議做好超前支護措施并加強初支，及時清除或錨固洞壁出現(xiàn)的松動塊體。本段隧道巖層走向與隧道軸線基本平行，圍巖易沿結(jié)構(gòu)面滑塌，成洞條件較差，兩壁巖體受外傾結(jié)構(gòu)面影響易松動并發(fā)生局部滑塌。建議本段做好超前支護措施并加強初支，分部開挖，及時進(jìn)行二襯。施工期間可能產(chǎn)生局部集中涌水，建議加強排水措施或徑向注漿堵水，加強信息法設(shè)計和施工監(jiān)測。

（4）出入線里程RDK1+015～RDK1+360隧道段

本段隧道走向34°～63°，為深埋隧道。本段隧道左側(cè)壁傾向125°～153°，右側(cè)壁傾向305°～333°。

RDK1+015～RDK1+360段隧道側(cè)壁赤平投影如圖4所示。

圖4 RDK1+015～RDK1+360段隧道側(cè)壁赤平投影

左側(cè)壁無外傾結(jié)構(gòu)面，側(cè)壁穩(wěn)定性主要受巖體自身強度控制，開挖時可能出現(xiàn)局部掉塊現(xiàn)象，建議及時清除或錨固洞壁的松動塊體；RDK1+015～RDK1+039段右側(cè)壁傾向與裂隙J1、J2的組合交線CO傾向一致，為外傾不利組合，右側(cè)壁穩(wěn)定主要受組合交線CO控制，開挖時可能出現(xiàn)局部掉塊現(xiàn)象，建議及時清除或錨固洞壁出現(xiàn)的松動塊體；RDK1+039～RDK1+100段右側(cè)壁無外傾結(jié)構(gòu)面，側(cè)壁穩(wěn)定性主要受巖體自身強度控制，開挖時可能出現(xiàn)局部掉塊現(xiàn)象，建議及時清除或錨固洞壁出現(xiàn)的松動塊體；RDK1+100～RDK1+360段右側(cè)壁傾向與裂隙J2傾向一致，為外傾不利組合，右側(cè)壁穩(wěn)定主要受裂隙J2控制，開挖時可能出現(xiàn)局部垮塌現(xiàn)象，建議施工時加強右側(cè)壁支護，及時清除或錨固洞壁出現(xiàn)的松動塊體。本段隧道成洞條件較好，隧道無支撐時拱頂及側(cè)壁易產(chǎn)生局部掉塊（坍塌），建議做好初期支護措施，分部開挖，及時進(jìn)行二襯。施工期間可能產(chǎn)生局部集中涌水，建議加強排水措施或徑向注漿堵水，加強信息法設(shè)計和施工加強監(jiān)測。

（5）出入線里程RDK1+360～RDK1+415.014隧道段。

本段隧道走向63°，為淺埋隧道。本段隧道成洞條件極差，開挖過程易出現(xiàn)隧道突水、開挖面坍塌、冒頂、邊墻失穩(wěn)、圍巖松動、地表沉降等問題，建議做好超前支護措施并加強初支，分部開挖，及時進(jìn)行二襯。隧道開挖后洞底均位于中風(fēng)化基巖之中，中風(fēng)化基巖可直接作為仰拱或道床持力層。建議施工時加強側(cè)壁支護，及時清除或錨固洞壁出現(xiàn)的松動塊體。

4 結(jié)語

本文以重慶軌道交通九號線一期工程新橋車場出入線為背景，結(jié)合鉆探取芯、地質(zhì)測繪、室內(nèi)及原位試驗成果對工程暗挖段圍巖地質(zhì)情況進(jìn)行研究與類別劃分，針對可能發(fā)生的涌水、掉塊及塌方復(fù)雜地質(zhì)問題提出合理化的建議。施工過程中施工人員能夠根據(jù)現(xiàn)場掌子面圍巖出露情況，及時判斷圍巖的自穩(wěn)能力，制定相應(yīng)的開挖支護措施，對類似工程的設(shè)計與施工具有參考意義。