復(fù)雜山區(qū)城市隧道勘察方法及應(yīng)用

朱經(jīng)亮，戴夏斌，燕 軻

(華設(shè)設(shè)計集團股份有限公司，江蘇 南京 210014)

1 工程概況

溧陽市焦尾琴旅游綜合體—隧道項目路線起于104國道與長山路交叉處，樁號Z(Y)K0+000.000(坐標(biāo)：77569.263，45864.294)，向北采用分離式隧道形式穿越西圣山，終于平陵西路與泓盛路交叉處，樁號ZK1+680.610(YK1+673.092)(坐標(biāo)：78975.780，46706.310)，道路全長1.68 km。

本項目采用城市主干路的道路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計速度60 km/h，路基寬度布置如下：機動車道2×2×3.75 m，中間帶2.5 m(含左側(cè)路緣帶0.50 m)，右側(cè)路緣帶2×0.5 m，保護性路肩2×0.75 m。行車道橫坡2.0%，保護性路肩橫坡4%，路基設(shè)計標(biāo)高為道路中心線處路面頂面標(biāo)高。主要工點為焦尾琴隧道，為分離式隧道，單幅建筑限界凈寬為10 m，凈高為5 m，左線長630 m、右線長625 m，最大埋深約62 m，明洞及洞門段采用明挖法施工工藝、暗洞段采用礦山法施工工藝。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

項目區(qū)位于江蘇省常州市溧陽市西圣山(仙人山)，為低山殘丘地貌，場區(qū)海拔標(biāo)高22～158 m。山體植被茂密，自然坡度20°～40°左右，山坡上存在大量滾石。

2.2 氣象水文

項目區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，干濕冷暖、四季分明、雨量充沛、無霜期長。全年平均溫度17.5 ℃，一月份3.2 ℃，七月份31.1 ℃，極端最高氣溫為39.4 ℃，極端最低氣溫-15.5 ℃。年均降水量1 149.7 mm，一月份42.2 mm，七月154.1 mm。大約日照時間，一月份137.6 h，七月份229 h。雪期一般在12月24日～來年3月9日之間，平均76.5 d。境內(nèi)偏東風(fēng)為主，年均風(fēng)速3.0 m/s，最大風(fēng)速22.5 m/s，瞬時風(fēng)速曾達(dá)28 m/s。隧址區(qū)附近無大型地表水體。

2.3 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造及地震

(1)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造

隧址區(qū)所處大地構(gòu)造位于揚子板塊下?lián)P子褶皺沖斷帶。近場區(qū)主要斷裂有金壇—南渡斷裂(F2)、溧陽—南渡斷裂(F4)、溧陽—廟西斷裂(F5)。其中金壇—南渡斷裂為晚第四紀(jì)活動斷裂，距離本項目較遠(yuǎn)；其余斷裂均非全新世活動斷裂。總體而言，近場區(qū)斷裂對本工程場地穩(wěn)定性影響不大。

(2)地震

根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB 18306—2015)，項目所在區(qū)域為常州市溧陽市溧城鎮(zhèn)，II類場地基本地震動峰值加速度值為0.10 g，相當(dāng)于抗震設(shè)防烈度7°，基本地震動反應(yīng)譜特征周期為0.35 s。

2.4 地層巖性

隧址區(qū)主要地層為第四系全新統(tǒng)(Q)人工填土、殘坡積黏土及碎石土、侏羅系上統(tǒng)大王山組(J)全～中風(fēng)化安山巖、二疊系孤峰組(P)全～中風(fēng)化硅質(zhì)頁巖、二疊系棲霞組(P)中風(fēng)化灰?guī)r。

2.5 水文地質(zhì)條件

(1)地表水

項目區(qū)地表水主要以雨季洪流為主，局部分布魚塘，水量受季節(jié)性影響變化較大，其自然排泄暢通，無其它大型地表水體。地表水位位于隧道底板以下，不會產(chǎn)生倒灌。

(2)地下水

根據(jù)地下水埋藏特征，場地地下水類型為潛水、基巖裂隙水(構(gòu)造裂隙水)、巖溶水。

潛水主要賦存于淺部填土及碎石土中，其主要接受大氣降水的入滲補給和地表水側(cè)向補給，以垂直蒸發(fā)和徑流方式排泄。據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料，隧址區(qū)潛水水位年變幅約為1.0 m，勘察期間量測鉆孔內(nèi)穩(wěn)定水位埋深為0.25～7.60 m，標(biāo)高為5.71～11.45 m。

基巖裂隙及構(gòu)造裂隙水、巖溶水主要賦存于裂隙、巖溶管道中，主要接受大氣降水、潛水的入滲補給，以徑流方式排泄。項目區(qū)巖體破碎，裂隙及巖溶發(fā)育富水性較差?？辈炱陂g未見裂隙水、巖溶水。

3 采用的勘察方法

本項目具有構(gòu)造斷裂發(fā)育、巖性種類多、外業(yè)開展難度大等特點，且路線穿越灰?guī)r區(qū)，故本次勘察采用工程地質(zhì)調(diào)繪、鉆探、原位測試(包括標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗、重Ⅱ動力觸探試驗、孔內(nèi)波速測試等)、注水水文試驗、室內(nèi)巖土水試驗、物探等綜合勘察手段。其中，物探先采用了高密度電法，后又結(jié)合場地條件及隧道埋深，采用了國內(nèi)新近技術(shù)——反磁通瞬變電磁法。該物探方法從理論和儀器上實現(xiàn)了純二次場的觀測。其裝置示意圖詳見圖1。

圖1 反磁通瞬變電磁法裝置示意圖

反磁通瞬變電磁測線的布設(shè)：沿左、右隧道、車行橫洞、人行橫洞洞軸線各布置1條測線；隧道進出洞口、路塹開挖段等垂直路線布設(shè)橫向測線，其中進出洞口上中下各3條、路塹開挖段布設(shè)2條。

勘探孔的布設(shè)以機鉆孔為主。隧道進、出洞口位置結(jié)合物探測線各布設(shè)2個鉆孔；洞身鉆孔位置結(jié)合地形、地質(zhì)調(diào)繪和物探成果布設(shè)，布設(shè)在隧道結(jié)構(gòu)外側(cè)3～5 m，間距控制在50～100 m。

4 取得的成果

通過采用反磁通瞬變電磁法，結(jié)合傳統(tǒng)的勘察手段，查明了工程地質(zhì)水文地質(zhì)條件如下。

4.1 斷裂構(gòu)造的分布及類型

項目區(qū)有二十多條斷層及破碎帶，其分布詳見圖2。這些斷層根據(jù)上下盤相對位置，分為正斷層、逆斷層、平移斷層等斷層類型。按方向分為：北北西向，如圖中f 6～f 8；北東東向，如圖中f 13～f 16；北北東向，如圖中f 24、f 25；北西西向，如圖中f 26、f 29等。

圖2 項目區(qū)斷裂構(gòu)造圖

4.2 巖性種類及分布

項目區(qū)巖性主要有屬于火成巖類的侏羅系安山巖，屬于沉積巖類的二疊系頁巖、灰?guī)r及泥盆系石英砂巖。其分布詳見圖3。

圖3 項目區(qū)巖性分布圖

4.3 巖溶發(fā)育情況

初步擬定的設(shè)計方案穿越灰?guī)r區(qū)約480 m，在分析物探成果的基礎(chǔ)上實施了6個鉆孔，均揭示溶洞發(fā)育，鉆孔遇洞率100%，線巖溶率21.5%，綜合分析屬巖溶強發(fā)育區(qū)。溶洞高8.0～23.1 m，溶洞以半填充為主，充填物主要為可塑狀態(tài)的碎石土，局部無填充。

5 對路線方案的優(yōu)化

經(jīng)過本次勘察，隧址區(qū)的工程地質(zhì)條件總體較復(fù)雜，特別是巖溶強發(fā)育，對隧道的設(shè)計及施工均有較高要求，造價也較高，故經(jīng)過地質(zhì)選線，提出了繞避的優(yōu)化方案A及方案B。

優(yōu)化方案A：路線由入口一進洞，從出口二出洞。沿線穿越地層主要為安山巖與頁巖。該方案局部穿越灰?guī)r，經(jīng)物探及鉆探揭示長度約180 m，且僅1孔發(fā)育溶洞，洞高6.8 m，巖溶發(fā)育程度較原方案明顯降低，且該方案雖與多條斷層相交，但交角均較大。

優(yōu)化方案B：路線由入口二進洞，從出口一出洞。沿線穿越地層主要為安山巖與石英砂巖。該方案穿越灰?guī)r長度約180 m，但該路線與f7斷層重疊，巖體極破碎。

地質(zhì)必選情況：方案A和方案B雖仍穿越灰?guī)r區(qū)，但長度較原方案減少了300 m，且?guī)r溶發(fā)育程度較原方案低，均優(yōu)于原方案；方案B斷層重疊，巖體極破碎，原方案穿越多條斷裂，且個別呈小角度相交，巖體較破碎，方案A雖穿越多條斷裂，但都以大角度交叉，巖體相對完整。綜合分析方案A優(yōu)于原方案及方案B，故推薦方案A為最終優(yōu)化方案。優(yōu)化路線詳見圖4。

圖4 路線優(yōu)化方案圖

經(jīng)測算，優(yōu)化后的方案A隧道長度較原方案減少300 m，工期減少6個月，造價減少約8 500萬，產(chǎn)生了明顯的效益。

6 結(jié) 論

(1)對于地質(zhì)條件復(fù)雜、進場困難及埋深較淺的城市山區(qū)隧道，采用反磁通瞬變電磁法結(jié)合傳統(tǒng)的勘察手段，可有效查明工程地質(zhì)水文地質(zhì)條件。

(2)通過對項目區(qū)構(gòu)造斷裂、巖性分布、不良地質(zhì)及特殊性土的綜合必選，選擇最優(yōu)路線方案，從而達(dá)到安全、經(jīng)濟、可行的設(shè)計目的。