豫西宜阳地区石陵-白鹤隐伏断层盾构施工影响分析

庆国帅 谈杨渠

摘 要：隐伏断层作为不良地质体，是工程建设的极大隐患。本文采用电磁法和地震映像法综合探测并加以钻探验证，结果表明，工程区内断层带宽为50～60 m，倾角为70°～80°，地层岩性主要为新近系黏土岩、砂质黏土岩，透水率为3.8～8.7 Lu，属弱透水性;砂岩、砾岩透水率为12.3～43.6 Lu，属中等透水性。查明隧洞围岩特征，为引调水盾构施工提供了可靠地质资料。

关键词：隐伏断层;石陵-白鹤断层;EH4电磁法;地震映像

中图分类号：P642.4     文献标识码：A       文章编号：1003-5168（2021）30-0052-03

Abstract： As an adverse geology， the hidden faults are a great hidden danger for engineering. In this paper， electromagnetic and seismic imaging method are used to detect and verified by drilling. The results show that Shiling-Baihe Fault in project has a width of about 50～60 m and a dip angle of 70°～80°. The stratum is mainly Neogene clay and sandy clay rock， with a permeability rate of 3.8～8.7 Lu， which belongs to weak permeability; sandstone and conglomerate have a permeability rate of 12.3～43.6 Lu， which is medium permeability. It provides reliable geological data for diversion tunnel shield construction by finding out the characteristics of surrounding rock.

Keywords： hidden faults; Shiling-Baihe Fault; EH4 electromagnetic method; seismic imaging

断层作为常见的不良地质体，是隧洞围岩最不稳定的区段，易发生涌水突泥、坍塌及岩爆等地质灾害[1-2]。在动、静水压力作用下，引水隧洞穿越断层时危害会更如显著[1]。不同性质断层具有不同的力學性质，与隧洞关系不同的断层也会产生不同的影响[1-3]。由于隐伏断层在地表无出露或因出露不明显而潜伏在地表以下，对工程安全直接造成威胁[4-7]。因此，查明工程区内隐伏断层至关重要。

断层是发生相对位移的断裂，破坏了原始地层的连续性，会导致地层中岩体密度、弹性性质、电阻率等物理特性的连续性发生改变。因此，通过地球物理法可以对断层进行探究[5-7]。

1 工程区概况

引调水工程位于新安、宜阳县境内，区域地层主要为寒武系灰岩、白云岩，二叠系砂岩、泥岩，古近系砾岩、砂岩、黏土岩、砂质黏土岩，新近系砾岩、砂岩、砂质黏土岩、黏土岩及第四系低液限黏土。结合区域地质构造，一条呈近北东向展布，长约60 km的石陵-白鹤断层贯穿引水工程路线如图1所示。

2 物探方法与解析

首先进行踏勘，依据岩层产状差异确认断层基本方位，布置测线2条（见图1）。测线一采用EH4电磁法，长700 m，该方法是利用天然电磁场和人工电磁场两种场源，以介质电阻率的差异来分辨地下构造、岩层结构以及空间形态，其主要由发射、控制和接收三大系统组成，具有轻便灵活、分辨率高、抗干扰性强等特点[7]。数据处理步骤主要为：剔除干扰信号、近场源修正、反演绘制成图（见图2）。从电阻率剖面中可看出，由浅至深整体上视电阻率逐渐增大，其中覆盖层视电阻率一般在50 Ω·m以下;中间层视电阻率在50～240 Ω·m，局部大于300 Ω·m，厚度不均;下部基岩视电阻率大于300 Ω·m;在测线220～450 m处，明显存在着中间低阻、两侧高阻值区域，向下延伸至460 m，推测该低阻值异常区域为隐伏断层破碎带，倾角约为70°～80°。

测线二采用地震映像法，是以地下介质的弹性差异为基础进行的一种浅层勘探，主要特点为：数据采集速度快;资料处理不需要校正，可有效减少动校正对浅层发射波的拉伸、畸变影响，提高记录分辨率;抗干扰性强，稳定性好[6]。现场选用人工锤击作为震源，震源锤重63.5 kg，数据采集记录长度为700 m，采用VISTA进行数据处理（见图3）。从断面图中可看出，测线380～450 m之间存在一条明显的反射带，推测此处为受断层破碎带影响，断裂带及其影响宽度约为50.0～60.0 m。

3 钻探成果与分析

为更准确地了解断层带内隧洞围岩特征，在断层带内布设复核钻孔FHZK1，并进行压水试验来了解岩体渗透性，获取透水率q值[8]。

地层岩性自上而下如下。第四系：素填土（4.00 m），低液限黏土（3.10 m）;新近系：砂质黏土岩（RQD=25%～46%，3.90 m），细砂岩（RQD=0%～13%，q=29.6 Lu，2.00 m），砾岩（RQD=0%，q=29.6 Lu，2.50 m），黏土岩（RQD=20%～75%，q=3.8～5.7 Lu，7.80 m），砂质黏土岩（RQD=0%～51%，4.20 m），粗砂岩（RQD=0%～18%，q=35.2 Lu，3.10 m），黏土岩（RQD=16%～33%，q=8.7 Lu，3.10 m），砾岩（RQD=0%，q=28.4～43.6 Lu，16.60 m），砂质黏土岩（RQD=10%～60%，q=5.3 Lu，2.40 m），黏土岩（RQD=0%～60%，q=5.3～8.1 Lu，10.50 m），黏土质砂岩、砂质黏土岩互层（RQD=30%～80%，q=6.5～12.3 Lu，18.00 m），黏土岩（RQD=0%～36%，q=4.5 Lu，5.20 m）。

综上所述，地层岩性主要为新近系黏土岩、砂质黏土岩、砂岩及砾岩;隧洞围岩（深约78.50～81.50 m）为破碎、弱-中等透水性的黏土质砂岩和砂质黏土岩互层;上覆岩石质量指标（RQD）多属较差，岩体多属中等透水性，地下水稳定水位为13.40 m。

由于隧洞围岩上覆岩石较破碎，加之高水头作用，地下水又具一定的连通性，施工过程中可能存在高水压、高围压作用，易造成突水涌泥、盾构机卡顿、隧洞坍塌等问题。为降低安全风险，减少损失，遂在引调水路线、隐伏断层两侧布设降水井来进行降、排水处理，以减少围岩中水压力作用。最后，盾构顺利穿越断层，期间隧洞涌水量相比有所减少，机舱水压及其他各项参数均正常，地层岩性无异常。

4 结论

本文通过电磁法和地震映像法来探测隐伏断层，反映出的断裂异常结果较为一致，基本反演出基岩起伏情况，进一步查明断层宽约50～60 m，倾角70°～80°;复核钻孔及压水试验表明，断层带内地层为中等透水性的砂、砾岩，弱透水性的砂质黏土岩、黏土岩，隧洞围岩为弱-中等透水性黏土质砂岩和砂质黏土岩互层。

此次盾构顺利穿越断层表明，在高水头、地下水连通及隧洞围岩弱-中等透水性情况下，通过降、排水措施可以减少围岩中水压作用，减少安全隐患。

参考文献：

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[8] 中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.水利水电工程地质勘察规范：GB 50487—2008[S].北京：中国计划出版社，2008.