龙山曲线隧道工程地质特征与分析

2016-04-13曹秋平

铁道勘察 2016年1期

关键词：震旦系寒武节理

刘　刚　曹秋平

(中交铁道设计研究总院有限公司，北京　100088)

龙山曲线隧道工程地质特征与分析

刘刚曹秋平

(中交铁道设计研究总院有限公司，北京100088)

Analysis on Engineering Geological Characteristics of Long Shan Curve Tunnel

LIU GangCAO Qiuping

摘要内蒙古新建甘泉铁路龙山隧道以曲线形式穿越乌兰呼洞背斜和向斜，地质构造复杂，节理裂隙发育，地层岩性多变，风化差异较大。勘察过程中采用卫星图片、地质调绘、综合物探和钻探等多种勘探手段，相互补充，基本查明了隧道工程地质特征，分析了风险因素，为设计提供了地质参数与工程措施建议。施工过程中应避免盲目大意，重视地质条件的复杂多变，加强地质素描和超前地质钻探等预报工作，及时掌握地质条件的变化情况，合理调整围岩级别与施工措施，确保隧道安全施工。

关键词曲线隧道褶皱综合勘察工程地质特征分析

1概述

龙山曲线隧道位于内蒙古自治区乌拉特前旗大佘太镇，曲率半径800 m，全长737 m，最大埋深为185.6 m，为新建甘泉铁路的控制性工程。

勘察过程中应注重综合勘察[1]，在分析区域地质资料的基础上，对卫星遥感图片进行地质判释，为地质调绘工作明确方向与重点；在地质调绘过程中，采用追索法与穿越法相结合，由面到点，点面结合，为后续勘探工作方法选取、点位布置和地质解释提供合理及有效的依据[2]；勘探工作采取天然大地电磁法、地震折射层析法、高密度电法等多种物探方法[3]，并在地质调绘与物探成果的基础上，有针对性的布置钻探，进行孔内波速测试和室内试验等工作。各种勘探方法相互结合、补充验证，不断深化认识，查明了隧址区的地质条件，为设计与施工提供了合理的参数与建议。

2自然地理特征

隧址区位于巴彦查干山南部边缘地带，地形起伏较大，沟谷发育，为剥蚀中低山区，相对高差约236 m，区内岩性复杂，褶皱构造发育。

本区属于大陆性温带气候区，四季分明，温差较大，年极端最高气温40 ℃，年极端最低气温-36.5 ℃，年最大降水量564.0 mm，年最小降水量79.5 mm，降雨集中在夏季7、8月，而且多为暴雨。地震动峰值加速度0.15g，地震动反应谱特征周期为0.30 s，属于抗震不利地段。

3工程地质特征

3.1地层岩性

隧址区出露的主要地层有：第四系全新统、奥陶系、寒武系、震旦系、下太古界，以及阜平期和华力西晚期的侵入体。各时代地层分述如下。

(1)第四系全新统：主要为坡、残积的碎石土，分布于背斜北翼山坡。

(2)奥陶系中、下统：主要为石灰岩，含有方解石脉，地表可见明显的溶槽、溶穴，节理裂隙发育，物探揭示岩体内部岩溶发育，主要分布在向斜核部。

(3)寒武系上、中、下统：主要为页岩、钙质粉砂岩及鲕状竹叶状灰岩，产状近直立，岩体破碎，节理裂隙发育，局部夹含薄层状泥灰岩；其中页岩层厚相对较大，抗风化能力较差，表现为马鞍形地形，主要分布在背斜北侧。

(4)震旦系：主要为燧石条带灰岩、泥质粉砂岩，产状近直立，其中灰岩岩体破碎，节理裂隙发育，粉砂岩为全风化，呈夹层状分布于灰岩层内，主要出露于背斜两翼。

(5)下太古界桑干群：主要为混合片麻岩，黑云母、金云母及长石含量较高，受构造影响严重，岩体完整性差，风化差异明显，主要分布于背斜核部。

(6)侵入体：主要为阜平期花岗岩、华力西晚期石英岩脉侵入体，节理裂隙发育，分布于混合岩化片麻岩中。

3.2地质构造

本区基底岩石为下太古界的桑干群混合片麻岩，受多期构造运动及其相互叠加的影响，区内构造复杂，褶皱、断裂很发育。

(1)褶皱

区内的褶皱构造主要表现在加里东期，为乌兰呼洞背斜和乌兰呼洞向斜，使震旦系、寒武系和奥陶系地层发生褶皱，褶皱构造走向为北西西，受构造与风化剥蚀等作用的影响，背斜顶部岩体缺失较大。在垂直褶皱走向方向的地质构造剖面如图1所示。

Arsn—桑干群片麻岩；Zsh—震旦系灰岩夹粉砂岩；∈1—寒武系下统页岩；∈2+3—寒武系中上统砂岩、灰岩；O2+3—寒武系中上统粉砂岩、灰岩；Q4—第四系覆盖层图1　隧址区地质构造示意

隧道进口段位于背斜核部下太古界混合片麻岩内，以曲线形式向右偏转，依次穿越背斜北翼震旦系燧石条带灰岩夹粉砂岩、寒武系下统页岩、寒武系中上统粉砂岩及鲕状竹叶状灰岩等地层及其不整合接触带，夹角约为21°～32°，隧道出口位于向斜核部的奥陶系石灰岩地层中。

(2)断裂

断裂构造发育于加里东期、华力西期和燕山期等阶段，后期断裂继承早期断裂，并在其基础上发展为新的断裂，新断裂破坏了老断裂的完整性，从而使整个地质构造更加复杂。在出口附近，隧道穿越一条逆断层，断层宽约10 m，产状为191°∠38°，与隧道大角度相交，倾向隧道洞身。断层破碎带节理裂隙发育，多为宽张节理，岩体破碎紊乱。

(3)节理裂隙

受褶皱构造、多期断裂构造、岩浆活动及风化作用的相互交叉影响，区域内岩体节理裂隙极发育，其产状、性质及发育程度各不相同，以构造节理和风化节理为主，其中不仅有张节理、剪节理等，还发育有隐闭节理。

由于隧道呈曲线形式，故将其分为四段，并对现场量测的节理裂隙分段做统计分析，其中与隧道呈小角度相交的共计为8组，占统计总量的28.57%。

4水文地质特征

区内地形地貌、地层岩性及降水特征，尤其是强烈的褶皱构造形成的节理裂隙密集带、大角度直立的岩性接触带等，都是影响隧道涌水量的重要因素[4]。地下水赋存类型主要为第四系孔隙潜水、基岩裂隙水和和岩溶水，主要受大气降水补给。根据地质调查、孔内水文试验和物探资料分析，隧道洞身以弱富水区、贫水区为主，局部为中等富水区[5]。

5工程地质特征与分析

5.1背斜核部

隧道进口段位于背斜核部，岩性主要为混合片麻岩。受褶皱构造作用影响，岩层上部受拉、下部受压，多发育有呈“V”字形的张裂隙[6]，便于表水下渗。岩体中的云母、长石等暗色矿物抗风化能力较差，且分布不均匀，局部分布集中地段易形成规模较大、强度相对较低的囊状风化区域，有利于地下水的聚集存贮。施工开挖过程中，可能引发局部涌水突泥、坍塌等地质问题，建议加强超前地质预报和监测工作，并加强初期支护并及时封闭[7]。

5.2背斜北翼

隧道中段以小角度通过背斜北翼，先后穿越下太古界—震旦系—寒武系—奥陶系地层及其不整合接触带。该段岩性较为复杂，软硬不均匀，且岩层产状近大角度直立，构造裂隙发育，尤其是在不同岩层的接触带附近，结构面较多且大多连通，形成了渗水通道。另外，由于构造影响和不同岩层的抗风化能力不同，该段岩体风化差异较大，特别是是震旦系地层中的粉砂岩、寒武系地层中的页岩等风化严重，经野外调查和钻探揭示，多呈全风化状，有利于表水下渗。对于软质岩层，表水下渗还可能带来围岩自重、结构面软化等不利影响[8-9]，施工开挖过程中，可能引发塌方、季节性涌水、突泥等地质问题，需加强工作面及洞身的地质素描和超前地质预报[10]。

背斜北翼地表的震旦系燧石条带灰岩，节理裂隙发育，存在大量危岩，易发生落石现象[11]，对隧道进口存在安全隐患，建议在隧道爆破开挖前，对存在影响的危岩及时清除或锚固。

5.3向斜核部

隧道后半段位于向斜核部，该段洞身围岩为奥陶系石灰岩，地表基岩出露，可见溶沟溶槽，裂隙连通性较好。根据天然场大地电磁法揭示，隧道洞身位置形成低阻闭合圈或从上至下形成低阻带状异常区，结合岩性资料，推测围岩中局部岩溶发育强烈，可能富水，施工中要预防涌水和塌方，在岩溶发育地段应加强超前地质钻探。

在隧道出口附近发育的逆断层，距离隧道出口较近，地表纵坡较缓，洞身埋深不大，建议以大开挖接明洞的方式通过。

5.4围岩的节理裂隙

受自下太古界以来多期构造运动和风化作用等的交叉影响，隧址区岩体各种类型节理、劈理等都很发育，原生、次生结构面等相互穿插，这种杂乱无章的结构面组合，严重破坏了岩体的完整性，形成了渗水通道，加剧了岩体的不稳定性，在施工中易形成塌方。尤其是洞身发育的节理，未必能够很好的继承并发育到地表以便于量测，故建议加强工作面和洞身的地质素描。

参考文献

[1]TB10012—2007铁路工程地质勘察规范[S]

[2]易鑫，白雪飞.浅谈综合地质勘察在长大隧道勘察中的应用[J].铁道勘察，2011(2)

[3]TB10013—2010铁路工程物理勘探规程[S]

[4]铁道部第一勘察设计院.铁路工程地质手册[M].北京：中国铁道出版社，1999

[5]TB 10049—2004铁路工程水文地质勘察规程[S]

[6]蒋爵光.铁路工程地质学[M].北京：中国铁道出版社，1991

[7]李金城.关角特长铁路隧道工程地质概述[J].铁道勘察，2007(6)

[8]朱李春，陈水胜，冯震华，等.黑山隧道震旦系围岩地质特征分析[J].工程勘察，2014(8)

[9]丰明海，何振宁.铁路隧道施工中围岩变形失稳工程地质问题[J].工程地质学报，2014，22(4)

[10]铁建设[2008]105号铁路隧道采取地质预报技术指南[S]

[11]TB10027—2012铁路工程不良地质勘察规程[S]