摘要：隨著國家交通基礎(chǔ)設(shè)施的快速發(fā)展，公路隧道工程日益增多。圍巖的工程地質(zhì)條件及其穩(wěn)定性對(duì)隧道的安全至關(guān)重要，通過工程勘察可有效掌握隧道的地質(zhì)概況。以華南地區(qū)某穿越花崗巖圍巖的隧道工程為對(duì)象，利用隧道的圍巖分級(jí)、隧道涌水及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)等手段，對(duì)該地區(qū)隧道建設(shè)的工程地質(zhì)條件進(jìn)行分析，結(jié)果表明：隧道隧址區(qū)工程地質(zhì)條件一般，圍巖強(qiáng)度一般，穩(wěn)定性較差，易發(fā)生涌水，這為該隧道的建設(shè)提供了重要參考。
關(guān)鍵詞：隧道圍巖；工程地質(zhì)；涌水；穩(wěn)定性
應(yīng)力場隨隧道開挖發(fā)生重分布［1-5］，應(yīng)力重分布區(qū)域即為圍巖［6-9］。華南地區(qū)廣泛分布花崗巖，構(gòu)成了區(qū)域內(nèi)隧道工程建設(shè)的最常見圍巖類型，尤其是長大深埋隧道隧道工程。基于此，本研究以華南地區(qū)某穿越花崗巖圍巖的隧道工程為對(duì)象，利用隧道的圍巖分級(jí)、隧道涌水及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)等手段探究花崗巖地區(qū)隧道建設(shè)的工程地質(zhì)條件及應(yīng)對(duì)策略為該隧道的建設(shè)提供參考。
1區(qū)域特征
某隧道工程全長2944m并屬于典型的長隧道。隧址區(qū)屬于華南褶皺系粵中拗陷，在構(gòu)造綱要上為褶皺凸起的丘陵臺(tái)地，受北東向紫金-博羅大斷裂控制，項(xiàng)目區(qū)位于東莞斷陷盆地東南部邊緣，它是拗陷帶中的相對(duì)隆起區(qū)，多為燕山期巖體所貫入，呈北東向和東西向展布。區(qū)域斷裂主要有南坑-虎門和石龍-厚街兩條北東向斷裂，這兩條斷裂隱伏于該區(qū)域的南北兩側(cè)。隧址區(qū)在地貌上屬于低山丘陵地貌類型，山頂部地形相對(duì)較緩，共兩側(cè)地形較陡，多形成陡坡或懸崖，沿隧道軸線地形最高高程約202.32m，最大埋深124.6m。隧道起點(diǎn)洞口外側(cè)地勢(shì)起伏較大，線路基本垂直地形線進(jìn)洞，斜坡坡向約263°左右，整體地形坡角30°~45°。隧道終點(diǎn)洞口南及東側(cè)地勢(shì)起較平坦，北側(cè)地形起伏較大，多為果園，線路基本平行北側(cè)山坡走向出洞，斜坡坡向約80°左右，整體地形坡角15°~30°。
2地層巖性
野外調(diào)研及鉆探結(jié)果顯示，該地區(qū)勘察場地下部巖土大體可分為如下7層：⑴素填土：灰褐色、灰白色，稍濕，主要由粘性土和花崗巖塊組成，為舊采石場回填。零星分布，厚0.80~5.50m。鉆孔樁側(cè)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值為30kPa，地基承載力基本容許值110kPa。⑵耕植土：黃紅色，以粘性土為主，結(jié)構(gòu)松散。局部分布，厚1.30~1.80m。鉆孔樁側(cè)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值為30kPa，地基承載力基本容許值110kPa。⑶粉質(zhì)粘土：褐黃色，坡積成因，主要成份為粘土顆粒，混有10%~25%的不均勻石英顆粒，硬塑。局部分布，厚1.00~6.50m。鉆孔樁側(cè)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值為65kPa，地基承載力基本容許值250kPa。⑷強(qiáng)風(fēng)化花崗巖：極軟巖，褐黃色~褐灰色，半巖半土狀，巖塊直徑1~8cm為主，可折斷或易擊碎。零星分布，厚7.70~15.60m。鉆孔樁側(cè)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值為100kPa，地基承載力基本容許值450kPa。⑸強(qiáng)風(fēng)化花崗巖：灰白色、灰褐色，巖石風(fēng)化強(qiáng)烈而解體，結(jié)構(gòu)已大部破壞，僅石英和部分鉀長石較完整，巖芯呈半巖半土狀，遇水極易軟化、崩解，干鉆不易鉆進(jìn)。分布廣泛，厚1.30~16.70m。鉆孔樁側(cè)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值為120kPa，地基承載力基本容許值500kPa。⑹中風(fēng)化花崗巖：灰白色、肉紅色，塊狀、中粗結(jié)構(gòu)，礦物成份以石英、長石、黑云母為主，裂隙發(fā)育、呈灰褐色，巖芯呈塊、柱狀，錘擊易沿裂隙裂開，錘擊場清脆，節(jié)長在0.05~0.20m不等。全場地分布，厚1.50~76.20m。⑺微風(fēng)化花崗巖：灰黑色，肉紅色，塊狀構(gòu)造，中粗粒結(jié)構(gòu)，以石英、長石、黑云母為主，裂隙稍發(fā)育，巖芯呈柱狀-短柱狀，節(jié)長在0.05~0.55m不等。大部分布，厚89.70m。地基承載力基本容許值2500kPa。
3工程特性分析
3.1圍巖特征分析
在本研究中，洞底以上3倍洞高的洞室范圍內(nèi)以及洞底板下按巖性分別采取巖石進(jìn)行物性、強(qiáng)度、變形、剪切試驗(yàn)，其結(jié)果如表1所示。圍巖質(zhì)量指標(biāo)BQ和［BQ］值的計(jì)算公式如下：BQ=90+3Rc+250Kv（Rc＞90Kv+30時(shí)，Rc=90Kv+30；Kv＞0.04Rc+0.4時(shí)，Kv=0.04Rc+0.4）。式中：Rc為巖石的飽和抗壓強(qiáng)度；Kv為巖體完整性系數(shù)，由節(jié)理裂隙發(fā)育、鉆探巖芯的采取率等因素綜合確定，隧道K10+203~K10+900、K12+200~K13+179的巖體以較完整為主，Kv為0.55～0.75；隧道K10+900~K12+200的巖體以破碎為主，對(duì)應(yīng)的Kv值為0.15~0.35。BQ須進(jìn)行修正：［BQ］=BQ-100（K1+K2+K3）式中：K1為地下水影響修正系數(shù)；K2為主要軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀影響修正系數(shù)。該隧址區(qū)內(nèi)節(jié)理裂隙走向與隧道洞軸線夾角大于60°，結(jié)構(gòu)面傾角小于75°，因此K3可取值為0.3；K3為初始應(yīng)力狀態(tài)影響修正系數(shù)（本隧道暫定為0）。
3.2圍巖分級(jí)
根據(jù)規(guī)范規(guī)定，本隧道圍巖可分為Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ三級(jí)，其中Ⅴ級(jí)圍巖長約2831m，占隧道全長的約48.3%；Ⅳ級(jí)圍巖長約1800m，占隧道全長的約30.7%；Ⅲ級(jí)圍巖長約1225m，占隧道全長的約21.0%。隧道洞身段圍巖以Ⅳ、Ⅴ級(jí)為主，巖性為中風(fēng)化花崗巖，強(qiáng)度較一般~高，穩(wěn)定性較好，屬于較軟巖，局部巖體破碎，裂隙較發(fā)育，易產(chǎn)生涌水、突水現(xiàn)象，應(yīng)做好支護(hù)襯砌措施，提前預(yù)防、預(yù)報(bào)，并做好地下水的疏導(dǎo)工作。隧道起點(diǎn)的進(jìn)口段：地形較陡，坡向約263°左右，坡角為30°~45°，洞口附近以花崗巖為主風(fēng)化強(qiáng)烈，節(jié)理裂隙極發(fā)育，結(jié)構(gòu)松散，穩(wěn)定性較差，如果處理不當(dāng)有可能發(fā)生崩塌、滑塌的可能。勘察期間，該隧道洞口附近的邊坡未見崩塌。洞口段巖性為花崗巖巖，坡上覆蓋1~3m厚的殘坡積土；基巖中主要不利結(jié)構(gòu)面組合為346º∠84º、215º∠25º，裂隙較平整，均為硬性結(jié)構(gòu)面，洞口左、右側(cè)邊坡和仰坡形成外傾結(jié)構(gòu)面，須對(duì)邊坡進(jìn)行邊坡和仰坡錨噴+砼格梁支護(hù)。隧道終點(diǎn)的出口段：地面自然坡角為15°~30°，坡向約為80°，等高線與隧道軸線垂直；洞口以花崗巖為主，風(fēng)化強(qiáng)烈，節(jié)理裂隙極發(fā)育，結(jié)構(gòu)松散，穩(wěn)定性較差，如果處理不當(dāng)有可能發(fā)生崩塌、滑塌的可能。勘察期間，該隧道洞口附近的邊坡未見崩塌。洞口段巖性為花崗巖巖，坡上覆蓋1~3m厚的殘坡積土；基巖中主要結(jié)構(gòu)面組合為160º∠76º、230º∠65º，裂隙較平整，均為硬性結(jié)構(gòu)面，左、右洞自然邊坡和仰坡無外傾結(jié)構(gòu)面，對(duì)坡面穩(wěn)定無明顯的不利影響。
3.3水文地質(zhì)特征
地下水主要為基巖裂隙潛水，由于強(qiáng)-中風(fēng)化巖體的裂隙較發(fā)肓，含有一定量的裂隙潛水；主要接受降水、地表水體及山坡上部地下水的下滲補(bǔ)給，水位埋深隨季節(jié)、地勢(shì)變化。鉆孔CSZK2～CSZK3處巖體破碎～較破碎，裂隙較發(fā)育，連通性好，在巖體寬大裂隙帶附近，可能會(huì)產(chǎn)生涌水，隧道開挖改變了地下水排泄條件，導(dǎo)致地表水沿局部寬大裂隙向隧道內(nèi)匯集，形成短時(shí)涌水現(xiàn)象。本次勘察采用《鐵路工程水文地質(zhì)勘測規(guī)程：TB10049-2004》中的簡易均衡法中的大氣降雨入滲法估算隧道的涌水量。利用如下公式計(jì)算：QS=2.74aWA式中：QS為預(yù)測隧道正常涌水量（m3/d）；a為降水入滲系數(shù)，按當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)及巖性來取值，a=0.57；W為多年平均降雨量（mm），根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀笳举Y料，多年平均降雨量為1774.1mm；A為隧道通過含水體地段的集水面積（km2），根據(jù)1∶10000地形圖計(jì)算所得，A=1.865km2。代入數(shù)值，可計(jì)算出隧道K10+203～K13+197預(yù)測正常涌為5167.513m3/d。
4討論
本研究隧道隧址區(qū)工程地質(zhì)條件一般，圍巖強(qiáng)度一般，穩(wěn)定性較差。該隧道的圍巖級(jí)別有Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ三級(jí)，巖體的完整性較差。隧道淺埋，開挖易引起巖土體的坍塌，施工時(shí)應(yīng)作好預(yù)防措施和相關(guān)的監(jiān)測工作。隧道進(jìn)出口處地形較陡峻，洞口的邊坡、仰坡，開挖易產(chǎn)生崩塌、滑塌現(xiàn)象，埋深較小，開挖易出現(xiàn)地表下沉或坍塌。
4.1隧道進(jìn)出口
隧道進(jìn)出口邊坡和仰坡主要為土質(zhì)及類土質(zhì)邊坡為主，開挖后易產(chǎn)生滑塌，建議邊、仰坡的坡率宜按不陡于1∶1.0（對(duì)順層坡宜不陡于1∶1.25）進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)開挖后及時(shí)采取防護(hù)措施，如護(hù)面墻、六方體砌塊護(hù)坡等，對(duì)不穩(wěn)定的順層邊坡可采用錨桿進(jìn)行加固支護(hù)。隧道進(jìn)出口部位地形較陡，是滑坡、崩塌易發(fā)生地段，隧道的施工應(yīng)作好預(yù)防措施。同時(shí)，應(yīng)作好邊坡上部地表水的引排工作。
4.2隧道水文特征
隧道的涌水量僅采用大氣降雨入滲法進(jìn)行了估算，由于所選用的參數(shù)與現(xiàn)場地質(zhì)條件可能有一定的差別，精度不高，僅作參考；建議在施工過程中應(yīng)作好對(duì)圍巖水文的監(jiān)測、預(yù)報(bào)工作，并根據(jù)具體情況及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)和施工方案。隧道洞身上部現(xiàn)有植被發(fā)育，長勢(shì)很好，隧道的施工會(huì)引起上部山體的地下水位下降，從而使現(xiàn)有環(huán)境遭到破壞，建議隧道施工時(shí)作好洞內(nèi)地下水的防堵工作。
4.3隧道工程地質(zhì)
本工程隧道屬于長隧道，其工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件復(fù)雜，本研究揭露的巖石完整性較差并以花崗巖為主。隧道屬于隱蔽性的地下工程，勘察時(shí)由于受到鉆探揭露的局部性、物探勘察解釋的多義性和地下巖土層變化的復(fù)雜性等客觀條件的限制，可能會(huì)出現(xiàn)實(shí)際地質(zhì)條件與本次勘察成果不一致的情況，因此在施工過程中應(yīng)作好對(duì)圍巖的超前預(yù)報(bào)工作（建議采用水平超前鉆、TSP探測系統(tǒng)或地質(zhì)雷達(dá)等方法），及時(shí)根據(jù)施工現(xiàn)場的實(shí)際情況及監(jiān)測成果調(diào)整圍級(jí)別及相應(yīng)的設(shè)計(jì)參數(shù)和施工方案，做到動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)施工，以使隧道的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理。
5結(jié)論
基于勘察資料，本文對(duì)華南某花崗巖地區(qū)隧道的工程地質(zhì)條件進(jìn)行了詳細(xì)分析，結(jié)果表明：隧道隧址區(qū)工程地質(zhì)條件一般，圍巖強(qiáng)度一般，穩(wěn)定性較差；隧道進(jìn)出口部位地形較陡，是滑坡、崩塌易發(fā)生地段，隧道的施工應(yīng)作好預(yù)防措施；隧道施工時(shí)作好洞內(nèi)地下水的防堵工作；應(yīng)及時(shí)根據(jù)施工現(xiàn)場的實(shí)際情況及監(jiān)測成果調(diào)整圍級(jí)別及相應(yīng)的設(shè)計(jì)參數(shù)和施工方案，做到動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)施工，以使隧道的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理。
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