中寨隧道岩土工程勘察与评价

陈 涛，陈昱志，陈文祥

(1.贵州省交通规划设计研究院股份有限公司，贵州 贵阳 550001；2.安顺市关岭县交通运输局，贵州 安顺 561300)

1 区域地质特征

1.1 地形地貌

拟建中寨隧道地处贵州高原向湘西丘陵过渡地带的北部边缘一带，场区属溶蚀-侵蚀低山地貌。进口端为斜坡地形，自然坡度20°～30°；洞身段穿越山脊，最高点海拔919.6 m；出口端为斜坡地形，自然坡度10°～30°。场区海拔介于716.3～950.0 m，相对高差233.7 m；隧道轴线通过段海拔为751.3～919.6 m之间，相对高差168.3 m。

1.2 地层岩性及地质构造

隧址区地层岩性复杂，上覆第四系残坡积粘土，下伏基岩为二叠系灰岩、煤系，和志留系泥岩等。

场区位于扬子准地台-黔北台隆-遵义断拱-贵阳复杂构造变形区，无断层通过，岩层单斜，岩层产状8°～30°∠16°～45°，拟建场区节理发育，主要发育的节理产状有J1：80°∠65°，J2：220°∠33°两组。根据《中国地震动参数区划图》(GB 18306-2015)查得场区地震动反应频谱特征周期为0.35 s，地震动峰值加速度值为0.05 g，对应地震基本烈度为Ⅵ度。

2 隧址区工程地质问题分析

2.1 采空区

隧址区出露有煤系地层，因此，勘察的第一步便是确定是否存在采空区及煤层瓦斯。位于ZK94+990～ZK95+035处的陡崖及陡崖左右一带分布有集中采空区(含硫磺矿开采及小煤窑开采)，系当地村民私采滥挖所为。采空区的存在对高速公路建设的影响是严重的。因此，查明隧址区的采空区分布范围是本隧道勘察的重要任务之一。

2.2 煤层瓦斯

瓦斯在煤系地层的隧道中始终存在，它是与煤层相生相伴的，煤层瓦斯的存在严重影响隧道施工安全。其浓度的不同造成的影响大小也不同。瓦斯勘察是目前隧道勘察中的一个难点。

2.3 岩溶

贵州省每条高速公路建设均会遇到不同程度的岩溶地质问题，本隧道穿越可溶岩区，地层露头中发育有溶洞、岩溶洼地，且地表溶沟溶槽发育。施工中揭露隐伏岩溶(溶洞、岩溶裂隙及岩溶管道等)的可能性较大。查明隧址区的岩溶发育情况也是本隧道勘察的重要任务之一。

3 隧址区工程地质问题评价

3.1 采空区

根据调访，开采年限为1950年至1960年左右，大部分井口已垮塌掩埋。洞宽1～3 m，高1～1.5 m，进深20～120 m不等，开采方向多为15°～20°，采空区沿K95+000陡崖下方呈带状开采，形成了平面长约40～120 m，宽约700 m的煤窑群采空区。硫磺矿厂开采规模较小，开采进深约20～50 m，该处采空区离隧道较远，对隧道建设无影响。其余小煤窑的开采规模也较小，开采进深最大处约为100 m。该区的采空区位于隧道上方78～100 m处，对隧道无直接影响。但隧道施工爆破震动，可能导致采空区上部积水老煤窑底板岩层的垂向裂隙、节理与下部隧道连通，也可能沿岩性接触带贯通进入隧道，带来高能涌水的重大安全风险。

3.2 煤层瓦斯

采集了深孔揭露的代表性岩样，进行了隧道瓦斯测试。

(1)瓦斯含量

本次采集了隧道深孔揭露的代表性煤样，进行了室内瓦斯含气量测试，总含气量为17.37 ml·g-1。测试结果见表1。

表1 钻孔揭示煤层含气量测试结果表

(2)瓦斯压力

根据隧道S-ZK3深孔煤层瓦斯压力测试，瓦斯压力为0.08 MPa，测试结果见表2。

表2 钻孔揭示煤层瓦斯压力测试成果表

(3)煤的瓦斯放散初速度及坚固性系数

根据代表性煤样进行室内检测，煤的瓦斯放散初速度及坚固性系数见表3。

表3 钻孔揭示煤层含气量测试结果表

(4)煤与瓦斯突出性危险

根据瓦斯压力、瓦斯放散初速度、煤的破坏类型等，对煤与瓦斯突出危险性进行判定，结果见表4。

表4 瓦斯突出标准判定表

通过瓦斯测试报告和类似工程经验，隧道穿煤段瓦斯含量0.05 ml·g-1、瓦斯压力0.08 MPa，煤与瓦斯无突出危险性。

本次瓦斯压力测试段落钻孔深度50～61.2 m，隧道穿煤段的最大埋深为120.6 m，要大于测试段落深度，其瓦斯压力随煤层埋深的增加有增高的趋势，在隧道埋深范围内的瓦斯压力要高于此次测试结果。

3.3 岩溶

针对岩溶问题，布设了一条可控源音频大地电磁法勘探测线，总长1.2 km，该方法具有信号稳定、信噪比高、穿透力强等特点。使用的仪器为美国EMI与Geometrics两家公司联合生产的EH-4。

异常出现在在可溶岩地层中，其视电阻率与围岩呈明显低阻变化，推测为溶蚀节理裂隙发育，不排除存在溶洞发育的可能；其中几个异常区域与隧道区域相交，隧道开挖过程中，可能出现涌泥、涌水或空洞现象，需加强防护；ZK95+023附近，两侧岩体视电阻率呈明显变化，结合地调资料分析，推测为岩体变化，岩性界面在ZK94+760附近与隧道相交。

存在的问题：因本阶段施工钻孔数量有限，钻孔位置未揭露溶洞发育，但不排除钻孔外其他位置存在隐伏岩溶发育的可能。

4 结论与建议

对隧道建设有影响的不良地质为煤层瓦斯、岩溶，须对不良地质处治后，方可建设。结合以上初步勘察存在的问题及施工图阶段对勘察精度的要求，建议详细工程地质勘察阶段采取有针对性的勘察对策如下。

(1)隧道局部穿越煤系地层，存在小煤窑采区，由于煤层瓦斯的复杂性和不确定性，对隧道安全有较大影响，下阶段需进一步查明煤层与隧道的平面及空间关系，并加强现场瓦斯测试及附近煤矿瓦斯资料的收集，便于设计进行瓦斯隧道的专项设计。

(2)加强深部钻探勘察，对代表性的物探异常进行钻探工作，一方面可对物探成果进行验证，同时可进行声波测井和水文地质试验，以对隧道穿越可溶岩地层段围岩完整性和富水性进行定量评价，并获取隧道洞身段不同含水层的水文地质参数，对隧道涌水量进行精确预测。