弄内隧道主要工程地质问题分析

2018-08-27魏见海庞贻鸿秦秋文

西部交通科技 2018年6期

魏见海，庞贻鸿，秦秋文

(广西交通科学研究院有限公司，广西南宁 530007)

0 引言

随着广西公路建设不断发展，公路隧道的建设水平得到了极大的提高，特别是随着高速公路路网规划的不断实施，诸多复杂地质条件下的隧道正在修建或即将修建。考虑工程地质与水文地质的复杂性及不可预测性，开展复杂岩溶隧道建设，提高隧道工程质量，确保其长期运营安全的研究意义重大。

柳州经合山至南宁高速公路弄内隧道左线起迄里程ZK72+040～ZK73+660，隧道长度1 620 m；右线起迄里程YK72+060～YK73+660，隧道长度1 600 m，均为长隧道。隧址区内断层发育，构造复杂，岩溶强烈发育，主要表现为溶洞、地表岩溶洼地、地下河等，地下水水量丰富，建设难度大。该隧道工程地质平面图及纵断面图见图1。

图1 弄内隧道工程地质平面图及纵断面图

1 隧道工程地质条件

隧址区为岩溶峰丛洼地地貌，地形起伏较大，岩溶洼地较发育，地面高程为281.5～474.8 m，相对高差约193 m；拟建隧道由北至南先后穿越沟谷及山峰，吾排屯位于隧道右侧，距隧道洞身最近平距约250 m。

根据工程地质测绘、物探及钻探揭露隧址区出露地层主要为第四系残坡积层(Qel+dl)稍密状角砾、硬塑状粉质黏土、硬塑状含碎石粉质黏土，下伏基岩为二叠系下统茅口阶(P1m)含燧石灰岩；隧址区位于广西“山字型”构造马蹄形盾地西北部，主要区域构造形迹为古万断层(F4)、断层(F3)、加陆向斜(G1)及额山背斜(G2)，见图2；地下水主要为碳酸盐岩裂隙溶洞水，水量丰富。

图2 弄内隧道地质构造纲要图

2 主要工程地质问题

该隧道穿越的地质条件复杂，主要表现为断层破碎带、岩溶、不稳定堆积体，这些不良地质对隧道围岩分级、设计及施工有较大影响。

2.1 断层

隧址区位于广西山字型构造前弧东翼内侧，区内发育一系列各种不同时期、不同类型、不同性质的构造形迹，这些构造相互干扰叠加，反映多构造体系和不同构造型式的复合作用，隧址区主要断层构造形迹为古万断层F4、断层F1、F2、F3。

(1)古万断层F4：发育于隧址区东南侧1.0 km处，呈南西-北东向，长约9.8 km，为正断层，断层倾向北西，倾角不详，该断层对能容地下河的形成及展布影响较大。

(2)断层F1：正断层，南北走向，沿南北向的沟谷发育。该断层切向北西，倾向约276°，倾角约55°，切割二叠系下统含燧石灰岩层，根据物探解译成果该断层里程ZK72+150处小角度通过。

(3)断层F2：逆断层，东西走向，沿东西向的沟谷发育，倾向南，倾角约80°。该断层错断二叠系下统地层，下盘(北侧)岩层产状125°～170°∠28°～30°，上盘(南侧)岩层产状143°～175°∠19°～22°。根据物探解译成果该断层在里程ZK73+110/YK73+050处大角度通过。

(4)断层F3：逆断层，近东西走向，倾向南东，倾角约50°～60°。该断层错断二叠系下统地层，下盘(北侧)岩层产状350°∠18°～30°，上盘(南侧)岩层产状170°∠30°。根据物探解译成果该断层在里程ZK72+305/YK72+100处大角度通过。

从隧道工程地质平面图及纵断面上看，断层F1与隧道小角度相交，断层F2、F3与隧道大角度相交，断层破碎带直接影响隧道岩体强度，对岩体的完整性产生较大的影响。此外，断层破碎带还存在较明显的泥化及涌水特征，对隧道围岩的稳定性和支护体系的有效性产生直接的影响，在施工过程中，可能出现塌方、涌水、突泥等不良地质灾害，应做好超前地质预报，加强支护。

2.2 岩溶

隧址区所穿地层岩性为二叠系下统茅口阶(P1m)含燧石灰岩，根据区域水文地质资料，该区岩溶强烈发育，岩溶发育程度形态类型，无论水平或垂直方向上因受地形地貌、地质构造、地层岩性及地下水的诸多条件及因素的控制和影响而不甚均一。在隧道断面及相应埋深高程范围内，主要是受隧道相应高程和侵蚀基面控制，地下水循环交替作用及其对可溶岩的溶蚀作用由强至弱，致使碳酸盐岩的岩溶发育程度由高至低，岩溶个体由多至少、由大至小。据野外调查测绘及钻探资料，隧址区岩溶形态主要表现为溶洞、地表岩溶洼地、地下河等。

(1)溶洞

溶洞发育特征主要以地下浅埋型为主，如SK2、SK3号钻孔揭露的串珠状溶洞，全充填或半充填可-软塑黏土及少量原岩风化碎块，在局部地段由于岩溶(溶洞)发育，利于地下水的集中径流，串联而形成地下河岩溶管道，并向地表延伸而形成天窗。溶洞发育的方向性极强，其发育与地貌位置有关。在斜坡地带、谷地两侧，溶洞数量相对较少，规模也较小；峰丛洼地中，溶洞分布相对集中，且规模较大。据钻孔资料统计，结合工程物探及地面调查，岩溶主要集中发育于280～330 m、220～250 m以及200 m以下三个标高段，局部地段岩溶强发育带可至标高约100 m，并形成地下岩溶通道。隧道穿越充填型溶洞等富水岩溶地段时，可能会出现涌水、突泥等不良地质灾害，应采取注浆预加固、堵水等措施，以有效地改善隧道周边既有岩体的物理力学指标、降低地下水的渗透系数，确保隧道施工的安全。

(2)岩溶洼地

岩溶洼地主要分布于隧道区YK72+700-YK73+200段，隧址区最低垭口(标高390 m)，洼地深度一般在40～50 m，圆形及椭圆形的洼地一般呈倒锥型(漏斗形)，直径通常为50～200 m，底部一般均堆积5～20 m厚度不等的第四系残坡积层。洼地底部常是消水洞发育处，是洼地地表水转入地下的通道。故大部分地表水及雨水将沿着岩溶洼地向隧址内部渗流。根据含水岩组的划分，结合地形、地貌等地质特征，采用大气降水入渗法、地下水动力学法对隧道涌水量进行综合计算，隧道枯季正常涌水量为935 m3/d，雨季正常涌水量为7 463 m3/d，水量丰富。针对地下水发育的岩溶隧道，当采取“以排为主、排堵结合”的原则可能造成地下水大量流失、环境遭到破坏时，应采取“以堵为主、限量排放”的设计原则。

(3)地下河

隧址区处于能容地下河水文地质单元内，该地下河展布于峰丛谷地、洼地地貌区中，沿二叠系下统茅口阶含燧石灰岩、灰岩中南北向构造裂隙发育，在溯河村能容屯附近排泄于红水河。调查表明，地下河总体水力坡度为11‰。上游的峰丛洼地区水点出露稀少，仅在弄光村出露有流动天窗，能容地下河的枯季流量为1 070 L/s，枯季径流模数9.3 L/s.km2，区域岩溶地下水水量丰富。在隧址区地段，推测地下河管道的发育标高在200 m左右，低于隧道设计标高，但不排除隧址区有强溶蚀带与该地下河有水力联系，施工时应加强超前预报，加强排水措施。

图3 拟建隧道与地下水水位关系示意图

综上所述，隧址区岩溶强发育，岩溶类型复杂多样，对隧道围岩稳定及施工影响较大，其中隧道洞身ZK72+600～ZK72+850、ZK73+230～ZK73+310，YK72+600～YK72+850、YK73+230～YK73+310段，主要表现为纵深溶缝及串珠状溶洞发育，局部形成厅堂式溶洞，隧道掘进至以上段落时易产生大坍塌、突泥、突水等地质灾害。特别是在隧道洞身南段并与隧道轴线垂向发育的F2断层带附近，根据钻探及物探揭露，上部断层带岩体破碎，下部岩溶强发育，以致形成与断层走向基本一致的地下岩溶管道，且该段位于洼地内最低洼地段，有利于大气降水的大量汇集和垂直下渗，因此，雨季隧道内易出现涌流状出水，甚至会形成突水、突泥等现象，应加强地质超前预报，提前做好应急预案，以防止事故的发生，确保施工安全。

2.3 潜在不稳定堆积体

隧道出口位于倾向南的舌状斜坡堆积体上，东西两侧冲沟于隧址区前方ZK73+800 m处交汇，堆积体岩性为残坡积粉质黏土、含碎石粉质黏土组成，最大钻探揭示厚度59 m，但仍未揭穿。根据物探解译推断，该堆积体厚度在30～85 m之间，且发育多条横向土裂缝，综合分析因地表长期雨水冲蚀，隧道所在舌状堆积体东西两侧逐渐形成深陡冲沟并在堆积前方交汇，使堆积体四周形成临空面，产生卸荷作用，而形成土裂缝。随着时间推移，该堆积体自稳能力降低，当隧道施工开挖或在暴雨条件下，改变原有的应力状态，造成边坡失稳而形成滑坡。施工时建议对该不稳定堆积体先放坡卸载，对仰坡进行注浆加固，加强地表坡体的排水设施。