甘塔斯隧道地质勘察

任文华

甘塔斯隧道为阿尔及利亚 55 km铁路项目的控制性工程,其地质勘察的难点在于泥灰岩与砂岩的分布范围、地下水情况和泥灰岩的地质特性及其对工程的影响,为此,我公司收集了大量的历史资料,进行了详细的地质勘察工作,稳定了地质模型,为该项目的顺利开展作出了积极努力。

1 概况

1.1 工程概况

阿尔及利亚新建铁路B.V.Ei Affroun～KHEMISMILIANA线起点位于Affroun车站,终点位于KHEMISMILIANA西部Sidi lakhdar车站,全长约55 km,控制性工程为甘塔斯隧道,该隧道为阿尔及利亚近 20年来最大的单项工程。

甘塔斯隧道全长7.35 km,为双线双洞隧道,线间距30m,最大埋深约 400m,共设 2个斜井,1号斜井长 530m,2号斜井长1 060m。

1.2 隧道地质勘察过程

甘塔斯隧道的APD阶段(相当于国内初步设计阶段)工作已于 1991年完成,并提出了地质模型;中国土木工程总公司于2008年委托意大利公司进行了一次地质勘察工作,完成了地质模型; 2009年 9月,法国 SETEC公司完成了基于历史地质勘察资料的地质模型,2009年10月起,我公司开始该隧道的EXE阶段(相当于国内施工图设计阶段)地质勘察工作,并于 2010年 11月完成了地质模型。

2 EXE阶段地质勘察情况

2.1 主要工作量

本阶段的地质勘察工作主要分为地质调查、钻探、物探和室内实验四部分。

地面调绘约 10 km2,调查记录了隧道区地层岩性产状、节理、断层构造、泉水等地表可见的 52个地质信息点。

共实施了6个浅孔(孔深25m～60m,共计240m)和1个深孔(孔深293m),并拟实施第二个深孔(295m)。

隧道区共实施了大地电磁 V 8测试长度 5 650m,常规物探11 000m,综合测井 1孔 293m,岩体波速测试 293m。

室内实验主要完成常规物性实验 47组,剪切实验29组,膨胀实验 62组,抗压实验51组,侵蚀性实验 11组,并根据欧洲标准进行了 4组耐磨性实验和 3组硬度实验。

2.2 地层岩性

2.2.1 洞口区

洞身进口段地表覆盖 2 m由第三系泥灰岩风化残积泥灰质黏土,下部为泥灰岩,强风化～全风化层厚约 12m。

洞身出口段地层以泥灰质黏土为主,含较多钙质结核,土体坚硬致密,含砾。

1号斜井洞口段地表覆盖 3m～6m第三系泥灰岩风化残积泥灰质黏土,下部为泥灰岩夹砂岩,强风化～全风化层厚约 10m。

2号斜井洞口段地表覆盖 0.5m～2m坡积含砾石黏土,下部为砂岩,局部夹层厚0.3m～0.5m泥灰岩,强风化 ～全风化层厚约8m。

2.2.2 洞身区

未风化泥灰岩：浅灰绿色,层状,倾角 15°～70°,岩体多有破碎,RCS小于5MPa。

未风化砂岩：属于钙质胶结,成岩性较好,岩体破碎,RCS在25MPa～32MPa。

风化泥灰岩：多呈浅灰绿色,浅蓝色,风化程度深的已呈黏土状,RCS在0.7MPa～1.5MPa,岩体软弱。

风化砂岩：多呈锈黄色,碎块状,RCS在10MPa～25MPa。

2.3 水文地质

隧道范围内地下水以基岩裂隙水为主,主要赋存于砂岩及浅部泥灰岩的裂隙中,接受大气降水的补给,以泉水渗流的形式向外排泄,其出水点多位于泥灰岩和砂岩的接触带,泉水多位于低山区的上部,水量一般小于 5 t/d。

深孔钻探显示,深埋段(埋深大于 150m)洞身高程范围内泥灰岩岩体微湿,基岩裂隙水微量,对工程影响较小。

部分浅埋段泥灰岩,特别是进口段,局部夹有薄层砂岩,其作为渗水通道软化附近泥灰岩,使围岩级别降低(水含量在RMR分级中比分较高),易造成洞身较大的塑性变形,个别富水段落甚至有突泥、涌水等风险。

3 历史地质模型及评述

3.1 APD阶段完成的地质模型

由加拿大公司1991年提供的APD地质模型见图1。

该地质模型显示,隧道地层是以白垩系页岩为基底的,上覆第三系砂岩的褶皱发育的复杂地质体。围岩以推测的白垩系页岩和第三系砂岩为主,北端有少部分(约 1 000m)泥灰岩。

3.2 中土委托意大利公司 2008年完成的地质模型

意大利公司提出两种地质模型,见图 2,图 3。

上述两种地质模型显示,隧道地层是以白垩系页岩为基底的,上覆第三系泥灰岩、砂岩的褶皱发育的复杂地质体。围岩以推测的白垩系页岩和第三系泥灰岩为主,隧道两端有少部分砂岩分布。

3.3 法国SETEC公司2010年完成的地质模型

2009年9月,法国SETEC公司根据地质调查和总结,在APD资料和意大利GEODATA综合地质报告基础上提出了他们的隧道地质剖面图,见图 4。

该模型反映了一个大胆推测：白垩系盆地基底在洞身范围内并未出现,并剔除了隧道北段历史地质模型中出现的砂岩。而隧道南段的向斜和岩性变化反映了出口段地质更为复杂。

总体隧道围岩以第三系泥灰岩为主,出口段围岩有小部分砂岩。

3.4 EXE阶段完成的地质模型

根据上述三个地质模型及近期的地质勘察工作情况,本阶段确定了如图 5所示的地质模型。

通过深孔的地层可以确认,隧道轨底线以下 20m未发现白垩系地层,在物探大地电磁测试中也没有发现与隧址附近白垩系地层吻合的数据,因此,该地质模型总体是个复杂的第三系海相沉积体,砂岩或砂岩夹泥灰岩地层是属于地层时代相对较晚的,总体分布于山体的上部,隧道围岩绝大多数以纯的块状、层状泥灰岩为主。

4 EXE阶段地质勘察结论

4.1 围岩统计

根据本阶段各类地质勘察数据与地质模型综合分析认为,甘塔斯隧道正洞及斜井的洞身地层为第三系泥灰岩和砂岩、第四系坡残积黏性土,地质条件较差。

根据实测的各类地质参数进行围岩RMR分级,隧道的围岩划分为Ⅳ类～Ⅴ类,其中Ⅳ类围岩比例约为 40.4%,Ⅴ类围岩比例约为59.8%。

4.2 重要地质敏感及风险区域

借鉴阿尔及利亚东西高速公路工程经验,第三系泥灰岩具有成岩作用差、质地软(Rc＜5MPa)、抗风化能力极差、极易崩解、含水、透水性能极差、膨胀、水稳性差等特点。这些工程特性导致隧道在施工中产生塑性变形、突泥、涌水等地质风险。

隧道进出口段,属于受降水影响,易产生滑坡危害的区域。

V 1K 104+200～V1K 104+350段岩性以砂岩夹泥灰岩为主,为浅埋段并受地下水影响,地质风险较大,有突泥、涌水等风险。

V 1K 107+700～V1K 107+800段洞身处向斜核部,岩体破碎,地下水相对富集,施工中有坍塌、涌水等地质风险。

5 结语

阿尔及利亚 55 km铁路甘塔斯隧道的地质勘察工作,由于全面执行欧洲标准规范,已进行近两年,完成了 80%的工作,对于地质勘察成果和我公司地质人员专业素质及工作作风,业主和法国监理表示一致的肯定,一定程度上增强了阿尔及利亚国家投资局业主对中国公司的信任,并为我国地质同行执行欧洲标准规范起到了比较重要的借鉴作用。

[1] 纪 鹏,隆 威,梅 芳.雪峰山特长隧道高分辨率工程地震勘探技术[J].山西建筑,2010,36(1)：309-310.