香树坳隧道工程地质评述及工程重难点分析*

2021-04-10谢清忠傅鹤林刘东东刘万才安鹏涛

工程技术研究 2021年17期

关键词：隧址堆积体寒武

谢清忠，傅鹤林，刘东东，刘万才，安鹏涛

1.中交四公局，北京 100000

2.中南大学，湖南长沙 410075

香树坳隧道是江玉高速公路上一条长大分离式隧道，左洞ZK7+560～ZK9+225，右洞K7+555～K9+242，为了确保隧道施工安全，文章拟对香树坳隧道及工程重难点进行分析。

隧道进口位于江口县闵孝镇中练村附近，出口位于江口县闵孝镇中练村附近。该隧道属低山地貌单元。山坡较陡，植被较发育。隧址区高程为556.6～764.8m，相对高差为208.2m。

1 工程地质条件

1.1 地层岩性

据工程地质测绘及详勘钻探揭露，隧址区的地层分布如下：上覆为第四系松散残坡积（Q4el+dl）成因的黏土及崩坡积（Q4c+dl）成因的块石土，底部基岩为寒武系下统变马冲组（∈1b）页岩、寒武系下统变清虚洞组（∈1q）灰岩、寒武系下统杷榔组（∈1p）钙质页岩。其特征由新到老分述如下：第四系残坡积层（Q4el+dl）黏土、第四系崩坡积层（Q4el+dl）块石土、寒武系下统变马冲组（∈1b）页岩、寒武系下统清虚洞组（∈1q）灰岩、寒武系下统杷榔组（∈1p）钙质页岩。

1.2 地质构造

工程区所在区域大地构造单元多属扬子准地台（Ⅰ）黔北台隆（Ⅰ1）中的遵义断拱（Ⅰ1A），处于黔北贵阳复杂构造变形区（Ⅰ1A3）。项目区内地质构造复杂，褶皱和断裂都较发育，主要构造线方位为北东及近南北向，由多期构造变动形成，主要是加里东期的由长城-蓟县系体现的武陵期构造行迹被包容在燕山期（西北部）或加里东期（东南部）的背斜之中。若干断层在喜马拉雅期又复活。

据区域地质资料及沿线路地质调绘，调查区共发现断裂7条，受断层构造影响，区内地层大多被肢解分割，岩层以单斜地层为主，局部破碎杂乱。隧址区灰岩、页岩大面积出露，现场调查中对隧道进出口及洞身段选取4处对岩体节理裂隙发育情况进行统计，统计结果如下。

（1）洞口附近灰岩。①150°∠84°：为层间裂隙，线密度1～2条/m，裂隙长度＞5m，表面张开1～3mm，深部闭合；②60°∠61°：线密度3～5条/m，裂隙长度＞2m，张开0.5～3.0mm；③273°∠74°：线密度2～4条/m，裂隙长度为1.5～3.0m，表面呈微张状，深部闭合。

（2）出口附近页岩。①326°∠79°：为层间裂隙，线密度3～7条/m，裂隙长度大于5.0m，呈闭合状；②24°∠57°：线密度1～3条/m，裂隙长度大于5.0m，呈闭合状。

（3）洞身页岩。①74°∠52°：为层间裂隙，线密度5～7条/m，裂隙长度大于3.0m，呈闭合状；②173°∠46°：线密度5～8条/m，裂隙长度大于4.0m，呈闭合状。

（4）洞身页岩。①216°∠80°：为层间裂隙，线密度1～3条/m，裂隙长度大于4.0m，呈闭合状；②135°∠77°：线密度2～5条/m，裂隙长度大于约5.0m，呈闭合状。

2 水文地质条件

2.1 地表水

隧址区地表水系属闵孝河流域，是中国贵州省铜仁地区梵净山辖内的一条河流。该河流发源于梵净山，为锦江正源，锦江古称辰水，其载“三山谷（梵净山）辰水所出”。该河沿山西侧途径德旺、闵孝、双江三个镇而湛汇入锦江河。隧址区地表水系较为发育，主要为3条溪沟（黄溪、小溪及鱼粮溪）中水流，其次为当地村民灌溉水渠。

（1）黄溪。位于隧道进口附近，距隧道进口约150m，该段冲沟水流总体自南东至北西从隧道进口附近穿过，勘察期间（2017年8—11月）测得水沟宽度为2.0～5.0m，水深平均约0.7m，流量约2.7m3/s。沟水流量受降雨影响大，根据现场调查访问，最大水深约1.5m，黄溪对隧道进口无直接影响。

（2）小溪。位于隧道出口下方，支沟对应线路里程K9+180～K9+200段，该段冲沟水流大致自西向东从隧道洞身顶部穿过，勘察期间（2017年8—11月）测得水沟宽度为1.0～3.0m，水深平均约0.1m，流量约0.2m3/s。支沟流量受降雨影响大对隧道出口无直接影响。

2.2 地下水

测区地下水主要为第四系松散岩类孔隙潜水、基岩裂隙水及岩溶水。

（1）第四系松散岩类孔隙潜水。孔隙水主要分布于残坡积及冲洪积层中，主要受大气降水补给，其水量受季节性变化较大，分布于高处的孔隙水富水性较差，河谷两侧松散层中富水性较好。排泄方式以地表蒸发为主，部分补给深层地下水。

（2）基岩裂隙水。主要赋存于寒武系下统清虚洞组、寒武系下统杷榔组、变马冲组页岩风化裂隙、层间裂隙、构造裂隙中，主要接受大气降水及第四系孔隙水补给，由于隧址区山体地形坡度较陡，有利于大气降水的排泄，该类型地下水总体贫乏。

（3）岩溶水。主要赋存于寒武系下统清虚洞组（∈1q）灰岩岩溶溶隙、溶洞中，隧址区附近岩溶发育程度为强烈，溶隙、溶洞总体较发育，为地下水的赋存提供了良好的条件，其中溶隙、溶洞中地下水富水不均，与基岩裂隙水力联系密切。现场调查过程中仅发现一处溶洞，洞高2m，洞宽约3m，洞内有水流流出，流量约1L/s。

（4）水、土腐蚀性。详勘在小溪中取地表水样一组，在隧址区泉水中取地下水样一组，据《公路工程地质勘察规范》（JTG C20—2011）环境介质对混凝土腐蚀的评价标准，对场地环境水的腐蚀性进行评价，结合场地环境类别，综合判定隧址区地表水、地下水对混凝土结构及混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性。

（5）涌水量预测。经计算隧道正常涌水量为9433.98m3/d，最大涌水量为26934.00m3/d。综合以上计算结果，建议隧道区地层中平水期隧道单洞涌水量可按9433.98m3/d考虑，丰水期的地下水建议取26934.00m3/d。

由于该隧道水文地质条件较复杂，隧址区内局部为白云岩、灰岩等可溶性岩石，岩溶发育程度极强，考虑到潜在的岩溶、断裂导水通道及岩溶水的影响，局部可能发生较大规模涌、突水。在施工过程中，建议采用地质调查法、超前钻孔法或声波反射法超前预报。

2.3 不良地质

根据现场调查访问，隧址区主要不良地质灾害主要为1处滑坡（H2）、3处崩塌（岩堆B9）及灰岩中存在的岩溶现象，详述如下。

（1）岩堆B9。位于隧道进口处斜坡底部平缓部位，为一崩塌堆积体，堆积体长约200m，平均宽约50m，厚度约5m，堆积体规模约52m3，线路于堆积体右侧边缘以桥梁形式上跨堆积体，堆积体在线路上延展宽度约20m，主要为碎石及角砾，目前堆积体处于稳定状态。因堆积体位于隧道进口下方，后缘距进口约50m，高差约30m，故该崩塌堆积体对隧道的影响小。

（2）岩溶。隧道进口段分布寒武系下统清虚洞组厚层灰岩（对应里程K7+525～K8+085段），在洞身段K9+738～K9+891出露寒武系下统变马冲组泥灰岩，根据现场地质调查，洞身段泥灰岩地层岩溶发育程度一般，隧道进口段灰岩地层岩溶发育程度强烈。现场调查过程中仅发现有一处溶洞，洞高2m，洞宽约3m，洞内有水流流出，流量约1L/s。由于隧址区灰岩地层分布较少，多分布于斜坡地带，无良好汇流条件，且地下水无明显导流通道，岩溶对隧道影响有限，隧道施工中应加强探测与预报。

3 隧道场地稳定性评价

3.1 隧道进口段

进口段位于石灰岩斜坡中部，地形坡度约25°～35°。洞口处为薄层第四系残坡积成因的粉质黏土、碎石土，厚度一般为1.0～2.0m，局部基岩出露。地表植被发育程度一般，以灌木、杂草为主，斜坡稳定性较好，斜坡下伏基岩为寒武系下统清虚洞组（∈1q）灰岩，岩层产状为130°∠23°，为一逆向坡，现场调查过程中发现隧道进口处斜坡底部平缓部位有一崩塌堆积体，堆积体长约200m，平均宽约50m，厚度约5m，堆积体规模约52m3，线路于堆积体右侧边缘以桥梁形式上跨堆积体，堆积体在线路上延展宽度约20m，主要为碎石及角砾，目前堆积体处于稳定状态。因堆积体位于隧道进口下方，后缘距进口约50m，高差约30m，故该崩塌堆积体对隧道无影响。

3.2 隧道出口段

隧道出口位于鱼粮溪左侧斜坡上，斜坡上植被茂盛，多生长高大乔木及灌木丛，坡顶处地形较陡，坡度为30°～45°，中部为一相对较缓平台，地形坡度约25°～30°，底部溪沟切割深度较大，坡度近50°，隧道出口连接栏杆村中桥，斜坡底部溪沟切割深度约30m。洞口处下伏基岩为寒武系下统杷榔组黏土页岩，岩层产状为85°∠10°，为一切向斜坡，覆盖层为第四系崩坡积成因的碎石角砾，厚度为4～6m，自然状态基本稳定，坡体稳定性较差。

隧道进口端仰坡岩土体为薄层第四系残坡积成因的粉质黏土、碎石及强、中风化灰岩，灰岩岩体较破碎，结构相对稳定。洞口斜坡岩土体的稳定性较好，斜坡岩体整体稳定，因第四系残坡积成因的粉质黏土、碎石自稳能力较差，施工时局部土体可能产生小范围的坍塌，斜坡上岩体可能发生强风化岩体崩落掉块现象。此外，因基覆界面较陡，施工时不合理的开挖可能导致表部覆盖层沿岩土界面发生较大规模的滑坡现象。出口段岩土体为第四系崩坡积成因的角砾、碎石及强、中风化页岩，页岩岩体节理裂隙较发育，结构相对稳定。第四系崩坡积成因的角砾及碎石结构松散，自稳能力差，施工时局部土体可能产生小范围的坍塌，岩体可能发生小规模崩落掉块现象。建议洞口施工时边坡防护采取临时支护与永久支护相结合的防护措施，坡面做好截排水措施。建议洞口边坡开挖坡率如下：残坡积粉质黏土为1∶1.5，碎石为1∶1.25，强～中风化灰岩、页岩为 1∶ 0.50。

3.3 隧道洞身围岩稳定性评价

隧道围岩级别主要为Ⅲ级、Ⅳ级和Ⅴ级。隧道洞身地层岩性主要为寒武系下统变马冲（∈1b）页岩、寒武系下统清虚洞组（∈1q）灰岩、寒武系下统杷榔组（∈1p）钙质页岩，局部为断层角砾岩，按风化程度分为强～中风化，其主要的工程性质如下。

（1）Ⅳ级围岩。地层岩性主要为寒武系下统变马冲组（∈1b）页岩、组清虚洞组（∈1q）灰岩、杷榔组（∈1p）钙质页岩，岩体较为破碎，施工过程中，侧壁经常发生掉块及小坍塌，洞室开挖后初期支护不及时易产生坍塌。地下水以面状滴水为主，局部可能出现线流现象，雨季时可能出现雨淋状渗水。

（2）Ⅴ级围岩。地层岩性主要为强～中风化寒武系下统清虚洞组（∈1q）灰岩及中风化寒武系下统杷榔组（∈1p）页岩，局部为粉质黏土、碎石及断层角砾岩，围岩稳定性较差，易产生掉块、失稳。Ⅴ级围岩区侧壁有时可能失稳，顶部无支护可产生较大坍塌，可能产生微滑移、剥落等变形，施工中应加强衬砌。开挖时，多以淋雨状或涌流状出水为主，因灰岩岩溶发育，且局部考虑到断层导水性能较好，局部可能发生突水现象。