围岩稳定性调查分析在某铁矿尾矿库排水隧洞的应用

2015-12-19付茂盛

西部探矿工程 2015年5期

关键词：块状节理尾矿库

付茂盛

（华北地质勘查局五一四地质大队，河北承德067000）

围岩稳定性调查分析在某铁矿尾矿库排水隧洞的应用

付茂盛*

（华北地质勘查局五一四地质大队，河北承德067000）

随着我国加大对尾矿库安全的重视，越来越多的尾矿库排洪系统采用以排水隧洞为主来代替传统的以排水斜槽为主的排洪方式，减小了因排洪系统崩溃而带来的溃坝的可能性。为保障隧洞的安全和正常使用，对其进行围岩稳定性的调查分析就显得非常重要，以实际工程为背景，总结围岩稳定性调查分析中的技术要点。

排水隧洞；围岩；稳定性；调查

1 工程概况

某尾矿库位于河北省承德市平泉县王土房乡干桥子沟内，有乡村公路相通，交通较便利。新建排水隧洞裸洞断面2.1m×2.4m，铺设坡度0.4%，采用以爆破为主的分段作业施工（详见图1）。

2 技术要求及调查分析工作方式

图1 排水隧洞平面位置图

排水隧洞围岩的地质构造、岩层结构面产状和厚度、节理和裂隙构造发育情况、有无破碎带，主要结构面走向与洞线走向的关系，划分围岩等级。本次隧洞线路地质调查，依据业主提供的平泉县安利铁矿有限公司尾矿库现状平面图一份（电子版，比例尺1∶2000），以隧洞内调查、分段素描、皮尺量距为基本工作方式。

3 气象

本区属大陆季风气候,冬长而寒冷，夏短而炎热，多年平均气温7.4°C，最大日温差26.5°C，历年最多风向静风、南南西—南西，历年最大降水量813.3mm，历年最大积雪深度24cm。

4 地形地貌

本区地处燕山山脉中段，低山区，山坡植被发育，图幅内海拔高程在818.0～918.0m之间，场区地貌类型为构造剥蚀低山及沟谷地貌。

已建排水隧洞走向及位置如图1所示，所在场区内山峦起伏，沟谷较发育，山顶基岩部分裸露，其天然坡角约为30°～40°，排水隧洞两侧基岩为晚古生代花岗岩（γ34），岩石长期受风化剥蚀作用，岩体表层风化裂隙很发育。

5 地层岩性

根据尾矿库勘察资料及调查结果，勘察线路范围内出露地层主要为晚古生代花岗岩（γ34）和第四系全新统残坡积层（Qdl+el4)：

花岗岩（γ34）：浅肉红色，中粗粒结构，块状构造，为该区主要出露基岩，分布于山顶及两侧山坡坡面，强风化厚度约为2.0m，向下渐为中风化及新鲜岩石。

第四系全新统（Qdl+el4)：该层主要为残坡积碎石土层，厚度约1.5～2.5m。主要分布于排水隧洞两侧坡麓地带。

6 地质构造与区域稳定性

大地构造单元处于中朝准地台（Ⅰ2），燕山台褶带（Ⅱ22），承德拱断束（Ⅲ62），大庙穹断束（Ⅳ202）；场区内断裂构造简单，未发现活动性断裂通过本区，该区域地壳相对稳定。

建设排水隧洞场区及附近地区属华北地震区，在近代历史上本地区未发生源发性地震，是一个相对稳定地区。查阅《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）建设排水隧洞场区设计地震分组为第三组，设计基本地震加速度值为0.05g，设计特征周期值为0.35s，抗震设防烈度为Ⅵ度。根据野外地质调查，排水隧洞范围内工程地质条件相对简单，岩性以花岗岩为主，隧洞所在山体坡度30°～40°。经现场地质调查未发现有新近构造活动痕迹，场区及其附近无活动断裂通过，不存在大规模的崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害发生条件。

7 排水隧洞进、出口及硐室围岩现状评价

由于篇幅有限，仅选取代表性地段的硐室围岩进行现状评价，实际工程中，应对全长硐室围岩进行现状评价。

排水隧洞进口洞室走向227°，以实际的排水隧洞进口位置为0点，进行硐室素描。

距隧洞进口0～32.2m：花岗岩，浅黄色—浅肉红色，中粗粒结构，块状构造，弱风化夹强风化，属中硬岩，岩体较破碎，节理裂隙发育，无规则，每米可见裂隙大于10条，层面和其他结构面易构成不稳定块体，岩壁潮湿。

距隧洞进口53.7～55.5m：花岗岩，灰黑色—肉红色，中粗粒结构，块状构造，微风化夹弱风化，属中硬岩，岩体完整性差，有贯穿性软弱结构面，夹层破碎，较软，乳白色，最大宽度27cm，产状30°∠64°，长期暴露大气和湿水后，强度降低较快，沿结构面有渗水。

距隧洞进口230.5～237.5m：花岗岩，肉红色，顶板岩体局部为黄色，中粗粒结构，块状构造，微风化夹弱风化，属较软岩，岩体破碎，节理发育，不规则，张开无充填，暴露大气和湿水后，强度降低较快，231m处，存在一节理，产状81°∠75°，沿结构面有大量滴水。

距隧洞进口244.7～257.3m：花岗岩，肉红色，中粗粒结构，块状构造，微风化夹弱风化，属较软岩，岩体破碎，节理发育，不规则，张开无充填，岩体抗风化能力低，暴露大气和湿水后，强度降低较快，手可掰落，251.7m处，存在一节理夹层，产状104°∠75°，最大宽度20cm，软化，沿结构面有渗水，岩壁潮湿。

距隧洞进口304.6～372.0m：花岗岩，浅黄色，中粗粒结构，块状构造，弱风化夹强风化，属较软岩，岩壁受潮湿及震动影响严重，拱顶常有坍落，边墙存在失稳现象，施工过程已进行工字钢临时支护，岩壁潮湿。

8 硐室围岩分级

根据岩层厚度、岩石节理裂隙、断层、软弱夹层等进行排水隧洞的围岩分级，在进行野外工程地质测绘的基础上，结合围岩物理力学性质一般经验值，为本排水隧洞的设计提供较为可靠的隧道围岩分级依据。

（1）距排水隧洞进口39.5～53.7m（岩脉，灰黑色）、55.5～123.2m、138.2～158.7m、200.0～219.1m段围岩为花岗岩，浅肉红色，中粗粒结构，块状构造，微风化，属中硬岩，岩体呈整体结构，岩体较完整，无不利结构面组合，节理裂隙较发育，节理平均间距0.8～1.5m，无软弱夹层，沿结构面有渗水。围岩基本稳定，围岩整体能维持较长时间稳定，围岩等级为Ⅱ级。

（2）距排水隧洞进口32.2～39.5m、53.7～55.5m、123.2～138.2m、158.7～160.2m、165.5～182.0m、187.5～200.0m、219.1～221.1m、224.4～230.5m、237.5～244.7m、257.3～274m、276.2～281.2m段围岩为花岗岩，肉红色，中粗粒结构，块状构造，微风化，属中硬岩，中厚层，岩体完整性差，节理裂隙发育—较发育，节理平均间距0.4～0.8m，长期暴露大气和湿水后，强度降低较快，沿结构面有渗水，岩壁潮湿。围岩稳定受软弱结构面组合控制，可短期稳定，围岩等级为Ⅲ级，应采取措施防止风化及水作用的影响，局部可进行加固。

（3）距排水隧洞进口0～32.2m、160.2～165.5m、182.0～187.5m、221.1～224.4m、230.5～237.5m、244.7～257.3m、274.0～276.2m、281.2～304.6m段围岩为花岗岩，浅肉红色，中粗粒结构，块状构造，微风化夹弱风化—弱风化为主，属较软岩，手可掰落，节理裂隙发育，层间错动常见，节理间距0.4m，规则裂隙多于3组，延伸长短不均，有软弱结构面，暴露大气和湿水后，强度降低较快，局部边墙有失稳现象，岩壁潮湿—滴水。围岩不能长期稳定，围岩等级为Ⅳ级，应采取支护措施保证围岩长期稳定。

（4）距排水隧洞进口304.6～416.0m段，围岩已进行临时支护，由于围岩难于自稳，局部围岩自稳时间很短，边墙和拱项易坍塌，施工过程中，已经紧跟临时支护，围岩等级为Ⅴ级。