龍南隧道斷層F8-1地質(zhì)核查及處理建議

李建輝 劉磊 趙小峰

1.江西省地質(zhì)局第七地質(zhì)大隊(duì) 江西 贛州 341000 2.贛州市水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 江西 贛州 341000

1 工程概況

龍南隧道施工安全風(fēng)險(xiǎn)最高段落為長(zhǎng)185m的F8區(qū)域性大斷層破碎帶，最高水壓達(dá)0.5MPa，最大日涌水量達(dá)1.8萬(wàn)m3，總涌水量達(dá)到3000余萬(wàn)m3，在采用“增設(shè)迂回導(dǎo)坑排水、地表與洞內(nèi)注漿相結(jié)合、加強(qiáng)支護(hù)結(jié)構(gòu)”等綜合處理方案穿越F8斷層施工區(qū)域在后，又遇到F8-1斷層破碎帶，此斷層在前期勘察時(shí)未查明其存在。

在施工過(guò)程中，DK100+005～DK100+070掌子面多呈砂土夾碎塊狀，有明顯斷層破碎擠壓現(xiàn)象。開挖過(guò)程中DK100+010、DK100+066、DK100+061右側(cè)拱腳位置出水，從底部向上冒水，清水，高20～30cm，初始水量較大，流量約50m3/h，之后逐漸減小，后穩(wěn)定在9m3/h。2019年12月27日下午15:40左右DK100+056.6拱部突然坍塌，坍塌體呈土夾碎石狀，無(wú)水，約2000m3。

2 工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件

龍南隧道屬低山區(qū)地貌，總體地勢(shì)為中間高兩端低，中部地勢(shì)陡峭，兩側(cè)稍緩和；區(qū)內(nèi)最高海拔為860m，相對(duì)高差為100～500m，隧道最大埋深約為580m。溝谷內(nèi)多發(fā)育溪流，局部溝底出露泥盆系老虎坳組（D2l）基巖，山坡及山間谷地植被較發(fā)育。F8-1斷層破碎帶附近隧道埋深90～110m。

F8-1斷層破碎帶附近地層巖性為：

（1）0 人工填土：稍密，潮濕，主要成份為碎石，層厚1.6～2.8m，平均層厚2.06m。

（11）3-0 砂巖：全風(fēng)化（W4），灰褐色，芯呈土狀、砂土狀，受地下水浸泡軟化。層厚2.8～15.4m，平均層厚9.18m。

（11）3-1 砂巖：全風(fēng)化（W4），灰褐色，原巖結(jié)構(gòu)尚可辨，巖芯呈土狀、砂土狀，局部夾少量碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化，層厚1.0～42.8m，平均層厚13.92m。

（11）3-2 砂巖：強(qiáng)風(fēng)化（W3），黃褐色、灰褐色，裂隙發(fā)育，巖芯破碎，多呈碎塊狀、塊狀，裂隙面不新鮮，層厚0.0～＞35.0m。

（11）3-3 砂巖：弱風(fēng)化（W2），主要礦物成分為石英、長(zhǎng)石，砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯多呈柱狀、短柱狀，少量塊狀，節(jié)長(zhǎng)一般5～35cm，RQD=45%。

區(qū)域上，F(xiàn)8-1斷層屬于中寨（全南）～江頭圩（安遠(yuǎn)）大斷裂（F8）的次生斷裂，中寨～江頭圩大斷裂表現(xiàn)為一系列近于平行的斷裂構(gòu)造，斷裂延伸40～70km，斷裂多為壓性斷裂，受旋扭作用影響，不同部位斷裂面傾向不一，性質(zhì)互異，總體走向北偏東約40°。F8-1斷層應(yīng)由小里程傾向大里程，視傾角約65°，洞身斷層破碎帶寬約50m，交于地表DK99+961～DK100+019附近。

圖1 龍南隧道斷層F8-1位置及產(chǎn)狀圖

測(cè)區(qū)地形切割較為強(qiáng)烈，相對(duì)高差較大，風(fēng)化裂隙十分發(fā)育，地面植被層較發(fā)育，強(qiáng)風(fēng)化層厚度較厚，大氣降水為地下水主要補(bǔ)給來(lái)源。部分大氣降水通過(guò)裂隙、斷層帶下滲后，通過(guò)包氣帶后由垂向徑流轉(zhuǎn)向水平徑流，其中大部分賦存于淺部的風(fēng)化裂隙和構(gòu)造裂隙中，通過(guò)短途徑的地下徑流后在溝谷中或懸崖部位以下降泉或散流形式排泄，地下水水位動(dòng)態(tài)變化大，部分沿著大的構(gòu)造裂隙和斷層破碎帶向深部徑流，成為深部地下水靜儲(chǔ)量的一部分。

鉆探過(guò)程中，部分鉆孔（分別位于DK100+045左側(cè)1.3m、DK100+065右側(cè)6.4m、DK100+065左側(cè)1.2m處）孔口有涌水現(xiàn)象，水頭高約5cm， DK100+064左側(cè)1.2m處有一處出水點(diǎn)，推測(cè)為斷層破碎帶內(nèi)裂隙水集中出水口。本隧道施工過(guò)程中遇到斷層裂隙水集中流出，穩(wěn)定流量25～30m3/h,即600～720m3/d，考慮豐水期系數(shù)，預(yù)測(cè)該段最大出水量為1080m3/d。

3 勘察成果

3.1 拱頂上部

受測(cè)區(qū)兩端臺(tái)車控制，拱頂反磁通瞬變電磁法勘探作業(yè)里程為DK100+030至DK100+120段。

圖2 DK100+030至DK100+120段拱頂電阻率剖面及三維視圖

從拱頂測(cè)剖的電性剖面來(lái)看，DK110+050至DK110+070段均存在較明顯的低電阻率凹槽，推測(cè)該區(qū)域拱頂圍巖完整性較差，推斷圍巖完整性較差。推測(cè)拱頂圍巖完整性差、有地下水富集的可能性。

3.2 隧底

3.2.1 地質(zhì)雷達(dá)法

圖3 DK100+025至DK100+120段地質(zhì)雷達(dá)剖面圖

從200MHz隧底地質(zhì)雷達(dá)剖面來(lái)看，電磁波信號(hào)衰減較快，僅可以反應(yīng)5m左右的深度，受仰拱鋼筋網(wǎng)影響，存在極強(qiáng)的多次波，勘探效果不佳；100MHz雷達(dá)有效信號(hào)深度約15m左右，同樣受到多次波影響，從振幅特征來(lái)看DK100+025至DK100+070段振幅較強(qiáng)，整體反應(yīng)隧底以下圍巖區(qū)域含水率高。

3.2.2 反磁通瞬變電磁法

從圖4剖面來(lái)看，其中DK100+020至DK100+070段存在明顯的低電阻率凹槽，推測(cè)該區(qū)域隧底圍巖完整性差；DK100+070至DK110+090段存在一高阻突起，推斷為巖性變化影響（不排除外源電磁干擾造成數(shù)據(jù)畸變的可能性）；測(cè)線兩端存在的低阻異常為兩端臺(tái)車干擾影響反應(yīng)。整體來(lái)看DK100+020至DK100+070段低阻槽反應(yīng)明顯，推測(cè)隧底圍巖完整性差、有地下水富集；低阻槽形態(tài)變化整體來(lái)看，小里程方向低阻發(fā)育深度變化較緩慢，而大里程方向電阻率存在低阻與高阻突變的電性分界線，傾角陡立。

圖4 DK109+985至DK110+150段HPTEM電阻率剖面及三維視圖

3.2.3 機(jī)動(dòng)鉆探

隧底隧底補(bǔ)充機(jī)動(dòng)鉆孔布置平面圖及剖面成果見(jiàn)圖5。

圖5 DK100+005～+085隧底補(bǔ)充機(jī)動(dòng)鉆孔布置圖

如圖5、圖6所示，通過(guò)地質(zhì)鉆探取芯提示，斷層F8-1破碎帶內(nèi)巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，頂部5.0～18.6含水量高，巖芯灰黃色，呈可塑土狀，土質(zhì)軟弱；下部巖芯呈全風(fēng)化土夾碎塊狀，灰黃色，稍濕，中密。F8-1破碎帶周邊巖體巖性為砂巖，灰白色，風(fēng)化較強(qiáng)烈，巖芯破碎，RQD=10-40%。鉆進(jìn)時(shí)孔口少量涌水。其中斷層F8-1在鐵路左線位置寬約30m，中線位置寬約45m，右線位置寬約36m，傾向小里程，推測(cè)傾角約70-80°。

圖6 左線、中線和右線剖面圖

4 結(jié)論

通過(guò)地質(zhì)雷達(dá)、反磁通瞬變電磁法并結(jié)合地質(zhì)鉆探等勘探手段揭示：

（1）DK100+025～+070范圍內(nèi)隧道洞頂一定深度內(nèi)存在松動(dòng)巖體，最大厚度超過(guò)20m，不排除坍塌空洞的存在。

（2）結(jié)合本段開展的補(bǔ)充綜合勘探成果，判定在DK100+025～DK100+070間發(fā)育一陡傾斷層F8-1，傾向小里程端，傾角陡傾。受其影響，本段隧道基底巖體風(fēng)化不均現(xiàn)象突出，發(fā)育承壓斷層裂隙水。根據(jù)承壓水觀測(cè)數(shù)據(jù)并結(jié)合地形地貌、區(qū)域水文地質(zhì)條件，預(yù)測(cè)該段最大出水量為1080m3/d。

5 意見(jiàn)建議

（1） 拱頂加固處理，拱頂上部需根據(jù)松動(dòng)巖體厚度、空腔位置采用加固處理。建議采用徑向注漿、超前大管棚等施工措施。DK100+025～DK100+070段斷層破碎帶內(nèi)基底以下5.0～18.6m范圍內(nèi)土質(zhì)軟弱，地基承載力低，需進(jìn)行地基加固處理。建議采用袖閥管注漿和混凝土樁復(fù)合地基等加固措施。

（2） 斷層內(nèi)承壓水需進(jìn)行專項(xiàng)防排水設(shè)計(jì)，建議增設(shè)排水洞減壓排水。加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，加強(qiáng)隧道變形監(jiān)測(cè)。

6 結(jié)語(yǔ)

1、在山區(qū)隧道地質(zhì)勘察時(shí)，由于地質(zhì)構(gòu)造的復(fù)雜性，地質(zhì)鉆探施工困難且布孔數(shù)量有限，而物探存在電磁波受干擾及解譯的多解性，難免有未查明的破碎帶存在，施工時(shí)應(yīng)加強(qiáng)地質(zhì)超前預(yù)報(bào)，必要時(shí)及時(shí)做施工補(bǔ)充勘察。

2、當(dāng)隧道施工遇到復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造時(shí)，易形成垮塌、涌水、等突發(fā)事故，軟弱的破碎帶承載力低、壓縮性高，后期還可能產(chǎn)生翻漿、地面沉陷等地質(zhì)災(zāi)害，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)膰鷰r加固及地基處理措施。