宜万铁路堡镇地区工程地质勘察

2012-11-29曾强运

铁道勘察 2012年1期

曾强运

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉 430063)

1 地质背景

堡镇地区处于构造剥蚀、侵蚀中山区，山高坡陡、沟谷纵横、植被发育、灌木杂草丛生，山岭和沟谷呈NWW向延展，榔坪河南岸为溶蚀山谷组成的岩溶地貌，北岸为碎屑岩组成的尖棱状山脊。区内海拔高度800～1 646m，相对高差300～800m。

测区位于东西向长阳背斜北翼，以榔坪河为界，北岸出露志留系碎屑岩，南岸为寒武、奥陶系碳酸盐岩，山系、斜坡走向以及线路走向皆与构造线方向一致。台原区为东西向宽缓台地，并构成了岩溶水系统的补给区，斜坡地带为岩溶地下水径流区，榔坪河为岩溶水的排泄区。水动力模式为:面状补给→横向径流→纵向受阻汇聚→管道流顺岩层走向运移。奥陶系中上统的泥质灰岩和志留系碎屑岩为阻水层，一方面阻止了岩溶地下水向北的运移，同时又将南部岩溶台原的地下水在该阻水层的南侧富集，顺岩层走向岩溶和岩溶管道发育。图1为堡镇地区区域地质略图。

图1 堡镇地区区域地质略图

2 综合地质勘察方法

针对堡镇地区的工程地质勘察，集成了工程地质遥感、大面积工程地质及水文地质调查、带状地质调绘、深(浅)孔钻探及综合测试试验、施工地质超前预报、地应力原位测试试验、地层围岩变形监控量测及应力应变测试试验等多种勘察方法，并采用常规勘察阶段与加深地质、施工地质勘察阶段相结合的多阶段综合地质勘察，基本查明了堡镇地区的工程地质及水文地质条件。

在勘察期间，对堡镇地区进行了踏勘、加深地质、初测、定测、补充定测等多个阶段的综合地质勘察。在充分搜集、分析研究既有资料的基础上，以遥感判译先行，以大面积工程地质测绘和大面积水文地质调查为基础，以浅孔、深孔钻探为勘探手段，并进行了针对性的孔内测试试验(地应力测试、地温测试、水文试验、综合测井等)以及大量的土、石水样测试试验工作。

在施工地质期间，对堡镇隧道进行了工作面地质素描、煤系地层瓦斯监测等超前地质预报工作，特别是针对“高地应力软弱围岩大变形”技术难题进行了专题攻关研究，进行了大量现场取样测试试验、地应力原位测试试验、地层围岩变形监控量测、应力应变测试试验以及地质综合分析等一系列施工地质工作。

3 工程地质选线

测区在构造上隶属于长阳背斜北翼，其东部发育有仙女山区域性大断裂，构造极其复杂。测区处于寒武、奥陶系灰岩和志留系碎屑岩相结合部位。榔坪河南岸灰岩区位于岩溶地下水排泄区，岩溶发育，岩溶地下水活动强烈，发育有多条暗河系统和岩溶大泉，显示“背斜汇水分散排泄型”岩溶水系统特征，岩溶水文地质条件极其复杂，隧道在此范围内通过时与主要富水带、暗河、纵向岩溶管道系统平行，极易遭遇大型岩溶涌水、突泥灾害，隧道施工风险极高。北岸为碎屑岩区，地形条件陡峻，顺层滑坡群发育。

经综合比选后，采用了绕避碳酸盐岩的北岸碎屑岩隧道方案，避开了南岸岩溶、岩溶水发育区，从源头上规避了可能发生的大规模突水、突泥等重大地质风险，使隧道的地质条件得到了明显改善;并采用长隧道方案，成功规避了顺层滑坡群。

堡镇隧道置于碎屑岩地段后，部分地段富集裂隙水，主要存在高地应力软弱围岩大变形地质问题。相对于岩溶岩溶水的不确定性、突发性及灾害性而言，软弱围岩大变形问题施工中可控，降低了施工的安全风险。图2为堡镇隧道区域岩溶水文地质剖面示意。

图2 堡镇隧道区域岩溶水文地质剖面示意

4 软弱围岩高地应力大变形勘察

4.1 围岩物理特征勘察

通过带状地质调查、浅孔及深孔勘探、水石土样试验，包括岩样磨片、抗压、软化等综合地质勘察测试试验，确定堡镇隧道围岩的物理特征。

(1)围岩软弱、破碎

洞身主要位于志留系下统的粉砂质、砂质页岩、泥质粉砂岩及炭质页岩地层，仅局部位于奥陶系泥灰岩夹页岩地层，层间多夹有软弱泥质夹层，岩石的单轴饱和抗压强度一般为6.5～13.1 MPa，软化系数为0.31～0.42。部分富水炭质页岩地段岩芯呈破碎，遇水呈泥状，取样困难，所取得的最低抗压强度为1.04 MPa;富水砂质页岩抗压强度一般为3.9～9.1 MPa。

发育有多组节理，一般地段发育2～3组，局部地段发育4～5组，节理密集，围岩破碎，多呈角砾碎块状。

(2)围岩顺层偏压

堡镇隧道属典型的顺层偏压隧道。隧道处于长阳背斜构造的北翼，地层走向 NWW，倾向 NW350°～NE25°，倾角一般为35°～55°，隧道轴线基本平行于岩层走向，隧道洞身左侧边墙岩体顺层，洞壁易产生顺层滑动位移变形。

(3)裂隙水发育

隧道进、出口及局部浅埋段地表发育多条冲沟，由于岩体破碎，使得隧道局部部位裂隙水较发育，受裂隙水的影响，洞身围岩的稳定性大大降低。根据降雨入渗法，预测隧道正常涌水量为4 634m3/d，最大涌水量为20 422m3/d。