毛垭山隧道工程地质条件浅析

苗在斌

（苏交科集团（甘肃）交通规划设计有限公司， 甘肃 兰州 730010）

0 引言

地质勘察是设计的基础和依据，尤其是地质条件复杂的山区，勘察越是细致，对后期项目的设计、施工影响越小。

毛垭山隧道位于康县城关镇左家庄村，终点位于康县云台镇大院村。按连体单洞设计，属长隧道，洞体净空（宽×高）为1025×500cm，洞体全长3175m，洞体最大埋深586.9m。该隧道工程地质条件复杂，共穿过3条活动性断层，对隧道围岩有较大影响。现场通过地质调绘、钻探、物探等方法对该隧道进行了地质勘察工作。

1 地形地貌

隧址区地貌单元属构造剥蚀低中山区，毛垭山隧道横穿基岩山梁，隧道穿越段地形切割强烈，起伏变化大，地势洞身中部高，西北、东南两端洞口低，地表最低海拔高程1209.50m，最高海拔高程1846.00m，相对高差636.5m。

2 地层结构

隧址区地层结构较复杂，具体分布情况如下。

（1）粉质黏土：浅棕黄色，土质不均，含大量砾石及碎石，呈硬塑状态，该套地层主要分布于隧址区洞身段顶部，厚约3～5m，对拟建隧道围岩无影响。

（2）断层角砾：主要为断层破碎带物质，原岩为黑云母千枚岩，夹碎石及断层泥，松散～碎裂状结构断层；部分破碎带原岩为灰岩，岩体破碎，结构面发育，结合差，碎裂状结构。

（3）灰岩：青灰色～灰白色，强风化层厚约5～10m，余为中风化。岩体较完整～较破碎，结构面较发育，结合一般，镶嵌碎裂状结构，岩层产状为181～352°∠36～52°。

（4）黑云母千枚岩：灰黑色，全风化层厚约5～8m，强风化层厚约10～15m，余为中风化。岩体破碎～较破碎，结构面发育～较发育，结合一般～差，碎裂状结构～镶嵌碎裂状结构。岩层产状为8°∠46°。

（5）碳质千枚岩：灰黑色，强风化层厚约10～15m，余为中风化。岩体破碎～较破碎，结构面发育～较发育，结合一般～差，碎裂状结构～镶嵌碎裂状结构。岩层产状为187°∠72°。

工程地质纵断面图见图1。

图1 工程地质纵断面图

3 地质构造与地震

3.1 地质构造

3.1.1 断层

本次勘察通过工程地质调绘、物探解译、钻探等勘察手段，共发现隧址区发育有3条断层，编号分别为LF1～LF3，其中LF1断层为正断层，LF2、LF3断层为逆断层，LF3为全新世活动断裂，根据《康县-武都断裂新活动性及地震危险性研究》和现场调查所获得的实际资料，此断层属于晚更新世-全新世活动性断层[1][2]，断层性质逆冲兼走滑[3]，对隧道围岩稳定性有较大影响。本次勘察物探EH4共解译6处异常区，推断6处异常区结构面杂乱无序，岩体破碎，可能富水，应注意设防。各断层与隧道的关系及对隧道影响程度见表1、图2。

表1 断层统计一览表

图2 各断层的影响程度

（1）WTLF1推测断层。该断层为物探推测断层。断层顶端位于LK0+630附近，表现为明显低阻通道，性质具有逆断层特征。推测倾向南倾，倾角约45°。断层具有一定的富水性，与拟建隧道交汇，推测该处有富水区一处，施工时注意防水、防塌陷。

（2）LF2断层。该断层顶端位置处于LK1+180附近，电阻率二维反演图上表现出明显的低阻异常，倾向南倾，倾角60°，断层宽约100m左右。推测该处可能裂隙区发育，含水相对较丰富。施工时要注意防水、防塌陷。该断层与地质调绘结果较为一致。

（3）LF3断层。该断层顶端位置里程LK1+430位置，北倾，倾角约50°。断层在视电阻率二维反演断面图上表现为低阻异常（小于100Ω·m），推测该断层与WTLF2断层在深部（标高1150m）交汇，交汇部位推测为富水区域。断层周边均为第四系覆盖。断层具有一定的逆断层特征，北倾，倾角约45～50°。施工时要注意防水、防坍塌。

（4）WTLF2断层。该断层为物探推断断层，表现为明显的极低值电阻率特征，近乎陡立，为该区域破碎带明显特征。断层顶端位于LK1+730位置，断层向下延伸较大，与LF3断层标高1100m处交汇。断层下部宽度约150～200m，上部被第四系覆盖。推测标高1500m以下为断层富水区域。施工时要注意防水、防坍塌。

（5）F14断层。断层位于LK2+880附近，表现为明显低阻特征，产状较陡，近直立，向深部延伸较大。断层两边视电阻率值极大，最大达到40000Ω·m，与标本中灰岩电性特征较为吻合。断层与拟建隧道交汇处标高1250m，推测有一处富水区域，施工时要注意防水、防坍塌。

（6）WTLF3断层。该断层为物探推断断层，顶端处于LK3+130附近，等值线梯级带位置，近直立。断层两边地层岩性呈现不同电物性特征。推测该断层为地质分界线。

3.1.2 节理

依据统计结果，隧址区进出口段岩体强风化带节理裂隙很发育～发育，一般3组以上，杂乱无章，以构造型为主，地层岩性为千枚岩、片岩，节理面粗糙，大部分无充填，局部泥质或岩屑充填，结合差，贯通性差。

3.2 地震

根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2015）附表C.31中有关规定，隧址区地震动峰值加速度为0.20g，地震动反应谱特征周期0.40s，对应的抗震设防烈度为Ⅷ度。

4 水文地质条件

区内地下水类型为基岩裂隙水和断层带水，富水区为断层、裂隙发育区，在电阻率断面图上表现为明显的低电阻率异常区，依据钙质、黑云母千枚岩的电阻率的特征，从电阻率数值的角度，将隧道穿过区区域划分为富水区及相对富水区，以实测黑云母千枚岩断裂带（渗水）电阻率（1.5Ω·m）为依据，将电阻率低于10Ω·m的地段划分为富水区，11～40Ω·m的范围内为相对富水区，其余电阻率范围区为不富水区（见表2）。

表2 毛垭山隧道EH4测量推断富水区特征表

综合分析隧道水文地质条件，最终采用降水入渗法计算隧道涌水量，预测隧道正常涌水量约2038.35m3/d，最大涌水量约6115m3/d。

5 成果分析

5.1 综合测井成果分析

通过对2号孔进行了井温测量，孔内最高温度为14℃,最低温度为12℃，平均值为13℃，未见地温异常，属地温正常带。323～390m为灰岩,电阻率均值约为249Ω·m，声波速度均值约为4.76km/s，自然伽玛均值约为9γ。

5.2 地应力成果分析

勘察过程中对2号孔进行地应力测试（水压致裂法），根据裂缝方向的测定，求得最大水平主应力方位分别为N88°E。由2号钻孔应力测量结果可知，所测范围（336.5～373.7m）最大水平主应力值为13.27～14.74MPa，最小水平主应力值为10.24～11.45MPa。

通过地应力测试结果分析，根据《公路工程地质勘察规范》[4]，隧道Rc/σmax=1.92-2.92＜4，判定该隧道存在极高应力现象。

中风化灰岩属硬质岩，开挖过程中时有岩爆发生，有岩块弹出，洞壁岩体发生剥离，新生裂缝多，成洞性差，围岩易失稳。

黑云母千枚岩及炭质千枚岩属软质岩，岩芯常有饼化现象，开挖过程中洞壁岩体有剥离，位移极为显著，甚至发生大位移，持续时间长，不易成洞。

5.3 围岩分级（见表3）

表3 毛垭山隧道围岩分级表

本隧道全长3175m，根据《公路隧道设计规范 第一册 土建工程》[5]计算得出洞体由Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩构成，其中Ⅲ级分布长度为260m，占比8.2%；Ⅳ级分布长度为1146m，占比36.1%；Ⅴ级分布长度为1769m，占比55.7%。

6 结束语

（1）项目区位于陇南市康县境内，地震动峰值加速度为0.20g，地震动反应普特征周期0.40s，对应地震基本烈度为Ⅷ度。

（2）预测隧道正常涌水量约2038.35m3/d，最大涌水量约6115m3/d。

（3）通过井温测量，孔内最高温度为14℃,最低温度为12℃，平均值为13℃，未见地温异常，属地温正常带。

（4）隧道Ⅲ级分布长度为260m，占比8.2%；Ⅳ级分布长度为1146m，占比36.1%；Ⅴ级分布长度为1769m，占比55.7%。

（5）隧道进、出口位置所在斜坡在自然条件下均处于稳定状态。由于千枚岩节理裂隙发育，岩体破碎～较破碎，开挖后易发生碎落、崩塌等不良地质现象。建议设计和施工时予以考虑，采用放坡、喷、锚及挂网等支护措施进行治理，以防止边坡坍塌，并及时进洞，按防、排、截、堵相结合的原则设置防、排水系统。

（6）该隧道存在极高应力现象。硬质岩开挖过程中时有岩爆发生，有岩块弹出，洞壁岩体发生剥离，新生裂缝多，成洞性差，围岩易失稳。软质岩，岩芯常有饼化现象，开挖过程中洞壁岩体有剥离，位移极为显著，甚至发生大位移，持续时间长，不易成洞。