山西黎城至霍州段高速公路寓仁隧道工程地质特性及稳定性评价

2022-05-05孔德民

资源信息与工程 2022年2期

孔德民

(甘肃省地质勘查开发局第二地质矿产勘查院，甘肃兰州 730020)

1 序言

寓仁隧道位于山西省沁源县灵空山镇寓仁村北侧约1 km处。隧道按左、右分离式设计，洞体净空为1 025 cm×500 cm(宽×高)，两洞中轴线最大间距约28 m，最小间距约为15 m，洞体轴线进出口段均为弧线形，洞身段为直线型，总体轴向呈东—西向，轴向260°(图1、图2)。左线洞体全长2 080 m，霍州端洞口底板设计高程1 145.57 m，洞体最大埋深184.5 m；右线洞体全长2 049 m，霍州端洞口底板设计高程1 149.76 m，洞体最大埋深182.99 m。

图1 隧道沁源端洞口处地形地貌

图2 隧道霍州端洞口处地形地貌

2 地质环境概况

2.1 地形地貌

隧址区地貌属侵蚀剥蚀小起伏中山区，山体以侵蚀作用为主，剥蚀作用次之，山峦叠嶂，沟壑纵横，地形复杂，起伏大，沟谷形态多呈“V”字形。微地貌为基岩山脊、陡崖、深谷等，山势较高，山脊呈狭长形，山坡坡度一般15°～50°。出露地层为古生界二叠系、石炭系砂岩、泥岩、页岩、灰岩及煤层等。地面相对高差一般在200～250 m之间。

2.2 地质构造

隧址区位于郭道—安泽近南北向褶带内，于太岳山坳缘翘起带与沾尚—武乡—阳城褶带之间，南北长约140 km，东西宽20 km(北宽南窄)；出露地层为石炭系、二叠系、三叠系。该褶带走向北北东，褶皱排列较为紧密，单个褶曲的宽度2～3 km，两翼倾角为10°～40°，偏西部的褶曲轴面略向东倾，两翼不对称；东部褶曲的两翼近于对称。该褶带延长较长，受到北东东向构造干扰所致，使这些褶皱的枢纽呈波浪状起伏。

2.3 地震及新构造运动

隧址周边地区共发生6级以上地震4次、5级以上地震6次；属板内构造地震区，震源浅，强度大，平面上为北北东向、北东向，隧址区场地地震活动具备中强地震的地质条件。隧址区一直处于间歇性的上升区，主要表现为树枝状冲沟发育，沟岸切割强烈，下部基岩裸露，沟谷多呈“V”字形；其次发育有不同高程和规模的夷平面、阶地等，亦表明区内经历了多次上升和相对稳定时期。

3 隧址物探特征

以测线里程桩号为横坐标，海拔高程为纵坐标(图3、图4)。纵向上，视电阻率曲线从浅到深呈现由低—中—高的电性特征，数值为30～600 Ω·m，反映了新生界地层和表层基岩中强风化面的电性变化；深部为高阻或相对低阻表现，推断矿区采空区的影响[1]。

图3 左线瞬变电磁视电阻率拟断面解释图

图4 右线瞬变电磁视电阻率拟断面解释图

4 隧道稳定性分析评价

4.1 隧道围岩分级

隧道左线全长2 080 m，洞体由Ⅳ3～Ⅴ2级围岩构成，其中Ⅳ3级围岩长度130 m，约占洞体围岩总量的6.3%，Ⅴ1级围岩长度1 483 m，约占洞体围岩总量的71.3%，Ⅴ2级围岩长度467 m，约占洞体围岩总量的22.4%；右线全长2 049 m，洞体由Ⅳ3～Ⅴ2级围岩构成，其中Ⅳ3级围岩长度130 m，约占洞体围岩总量的6.3%，Ⅴ1级围岩长度1 458 m，约占洞体围岩总量的71.2%，Ⅴ2级围岩长度461 m，约占洞体围岩总量的22.5%。

4.2 隧道洞身稳定性分析评价

(1)左侧隧道整体位于汾西煤业太岳煤矿采空区之上，采空区位于隧道底板设计深度之下421～434 m之间。洞体埋深为29.7～175.1 m，围岩由二叠系石盒子组砂岩、泥岩组成；砂岩节理裂隙发育—较发育，岩体破碎，呈碎裂结构，岩体体积节理数Jv=20～35条/m3，岩体完整性系数Kv=0.15～0.35，单轴饱和抗压强度Rc=23.0～36.24 MPa，围岩基本质量指标BQ为244～283.72，围岩质量指标修正值[BQ]为204.0～243.72；泥岩岩体破碎，结构面发育，呈碎裂状结构，Jv=20～35条/m3，Kv=0.15～0.35，Rc=6.87～11.4 MPa，BQ为195.61～209.2，[BQ]为155.61～169.2。围岩稳定性主要受煤矿采空区影响，围岩自稳能力较差，开挖时跨度>6 m，完全无自稳性，可发生中—大塌方，成洞较困难，地下水出水状态为点滴状出水[2]。

(2)右侧隧道整体位于汾西煤业太岳煤矿采空区之上，采空区位于隧道底板设计深度之下421～434 m之间。洞体埋深为36.2～171.69 m，围岩由二叠系石盒子组砂岩、泥岩组成；砂岩，砂质结构，中厚层状构造，节理裂隙发育—较发育，岩体破碎，呈碎裂结构，Jv=20～35条/m3，Kv=0.15～0.35，Rc=25.9～43.98 MPa，BQ为240.2～294.44，[BQ]为200.2～254.44；泥岩，强—中风化，属软岩，泥质结构，中厚层状构造，岩体破碎，结构面发育，结合一般，呈碎裂状结构，Jv=20～35条/m3，Kv=0.15～0.35，Rc=8.8～9.25 MPa，BQ为188.9～190.25，[BQ]为48.9～150.25。碎石土，土质不均，以砂岩碎块为主，混杂粉质黏土，无胶结，稍湿、稍密，呈散体状，围岩无自稳能力。围岩自稳能力较差，开挖时跨度>4 m完全无自稳性，可发生中—大塌方，成洞较困难，地下水出水状态为点滴状出水[3]。

4.3 隧道进出口边坡稳定性评价

(1)沁源端洞口：洞口位于冲沟西侧斜坡上，坡向60°左右，坡角在20°～40°之间，左右线洞口仰坡高15～20 m，洞口围岩由第四系碎石土、二叠系泥岩、砂岩组成。泥岩、砂岩呈互层状，裂隙发育，岩体破碎—较破碎，岩层产状90°∠10°，稳定性较差。在工程开挖扰动条件下易发生上部碎石土沿土石界面产生顺层滑动和砂岩沿泥岩软弱结构面顺层滑塌等现象，洞口边坡稳定性差[4]。

(2)霍州端洞口：洞口位于冲沟东侧斜坡上，坡向280°左右，坡角在30°～50°之间，左右线洞口仰坡高40～60 m，洞口围岩由二叠系泥岩、砂岩组成，以泥岩为主；风化和构造裂隙发育，岩体破碎—较破碎，岩层产状270°∠5°，岩层倾向坡脚，但由于岩层倾角较缓，边坡基本稳定，在工程开挖扰动条件下易发生碎落及小范围内坍塌等现象，洞口边坡稳定性较差[4]。