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浅谈高速公路隧道工程地质评价

2019/11/14 阅读:

摘要:通过地质勘察,查明隧址区地形地貌、地层岩性、构造、地震、地下水等工程地质条件,通过分析围岩力学性质、完整性、地下水、地应力等影响因素对围岩等级评级,为工程设计提供依据和建议,指导工程施工。

关键词:公路隧道;工程地质条件;地下水;围岩特征;围岩分级

1概况

某高速公路摇金沟隧道全长699m,为分体式,左右幅相距30m,直线型。勘察工作采取了资料收集、地质测量、工程物探、工程钻探、原位测试、室内土工及岩石力学试验等综合手段。工程区地貌单元属龙岗山脉北侧丘陵区,低山丘陵向盆地过渡地带。海拔标高300.0~800.0m。隧道区段海拔高度380.0~500.0m,高差120.0m。山体坡角8~20°,南侧进口边坡8~15°,北侧出口边坡8~13°。本区气候类型属北温带大陆性季风气候。年平均气温3.7~5.2℃,年平均降水量576.3~737.7mm,标准冻土深度1.70m,最大冻土深度1.95m。南北两侧洞口部位为山前溪水源头。通常情况下,仅有少量泉水溢出,暴雨时汇水形成短时急流。

2工程地质条件

2.1地层

上覆第四系残坡积粉质粘土、碎石,结构松散,由坡顶向坡脚逐渐增厚。下伏奥陶系三个顶子组大理岩,风化相对微弱,薄层状构造,层理、节理发育,岩体较破碎,岩层产状225°∠65°,节理产状150°∠62°,65°∠42°;中侏罗世花岗闪长岩,风化强烈,岩体破碎呈镶嵌碎裂结构,节理裂隙产状40°∠68°、110°∠70°、260°∠75°,二者侵入接触,接触部位岩体破碎,并赋存地下水,水量一般。

2.2物探反映特征

采用了高密度电法和浅震法,解译结果详见图1、图2。通过测试成果可以看在K344+680处高密度电法反演断面处电阻率82.0~181.0Ω•m,异常宽度40m左右。结合钻探资料和现场踏勘推测异常部位为大理岩与花岗闪长岩岩性接触带,岩体节理裂隙发育,岩石破碎、充水。

2.3岩体风化特征

岩体风化程度不均,总体由山顶向两侧山脚风化逐渐强烈,层厚变大,风化层厚3~10m,局部受节理发育程度和岩性接触控制。节理密集部位风化层垂向厚度可达20~30m,岩性接触部位风化层厚度可达50m,区内中风化带巨厚。

2.4构造与地震隧址区构造单元属于小

绥河-呼兰中间凸起,属清源-敦化-密山岩石圈深大断裂影响带,该断裂带全新世以来活动不明显,但造成区内岩体破碎,局部风化强烈。本区属浅源地震区,最大震级5级。地震动峰值加速度0.05g,地震动加速度反组。勘察发现隧道进口处发育1处构造破碎带,沿破碎带可见侏罗纪花岗闪长岩侵入。K344+640~K344+700区段为大理岩与花岗闪长岩岩性接触部位,岩性接触带倾向东南,倾角60~70°,接触带上下岩体节理裂隙发育,破碎带松散并赋水,通过现场实测岩体节理裂隙发育特征和公路走向关系,绘制赤平极射投影图分析:(1)在进口和洞身段部位,J1、J2和洞壁切割的楔形体不利洞体左侧洞壁稳定,三者所切割的岩块易沿J1和J2交线顺线楔形滑落。(2)在出口部位,J1、J2和洞壁切割的岩块不利左侧洞壁稳定,易沿J1和J2交线发生顺线楔形滑落;J3不利洞壁右侧稳定,易产生沿J3滑落。

2.5洞体围岩物性特征及完整性

对隧道底板之上三倍洞径范围内大理岩、花岗闪长岩采取岩块进行物理力学和完整性测试,具体结果详见表1。

3水文地质特征

3.1水文地质条件

地下水主要赋存大理岩溶隙、裂隙中,平时水量较小,雨季水量中等。两侧洞口部位水位埋藏较浅,水位埋深2~5m,洞身部位水位埋藏较深,水位埋深5~30m。接受大气降水补给,以地下径流和补给下游沟谷方式排泄,岩溶裂隙发育不均匀,径流条件受其影响较大。地下水化学类型HCO3-Ca型,pH=7.96~8.15,矿化度191.96~270.06mg/L,侵蚀性CO2为0.00mg/L,在Ⅱ类环境下对砼微腐蚀性。

3.2涌水量估算

本次洞室内最大涌水量估算采用地下水水平廊道法[3]计算。雨季汛期洞体最大涌水量为724.5m3/d,平时枯水期和旱季洞体涌水约为丰水期的1/5~1/3,涌水量145~245m3/d。计算过程如下:B-隧道长度(690m);k-渗透系数(0.50m/d);L-含水层厚度(35.0m);h0-地下水疏干后含水层厚度(0.0m);L-洞体排水影响一侧的宽度(293m);q-单宽涌水量(1.05m3/d•m);Q-洞体涌水量(724.5m3/d)。

4围岩分级及评价

根据《公路隧道设计规范》(JTGD70-2004)综合考虑隧道底板标高以上洞身及三倍洞径范围内的围岩工程地质条件及水文地质条件,结合物探和岩土体物理力学性质等资料计算围岩质量指标BQ(BQ=90+3Rc+250kV),采用修正的围岩质量指标[BQ]=BQ-100(K1+K2+K3)对隧道围岩进行初步的工程地质分级。修正值主要考虑地下水影响、软弱结构面产状影响和初始应力状态影响,参照现行《公路隧道设计规范》附录A中表A.0.2-1.2.3进行取值。K1(地下水影响修正系数)-依据BQ计算值和地下水出水状态取相应值。K2(主要软弱结构面产状影响修正系数)-根据结构面产状与洞轴线组合关系为其他组合关系取相应值。K3(初始应力状态影响修正系数)-本地区为非高应力和极高应力区,K3取值为0,施工过程中围岩体不会有岩暴发生。Ⅴ级围岩:分布在K344+300-K344+400及进出口段,强~中风化大理岩、强~中风化花岗闪长岩,围岩结构破碎松散,岩体发育的三组节理不利边坡和洞壁稳定,洞体开挖时渗水为主,雨季可能出现小股涌水,顶板无自稳能力,Rc=27.07~35.10MPa,Kv=0.15,K1=0.3,K2=0.3,[BQ]=149~173,洞口部位围岩自稳能力差,不易成洞,建议明洞开挖,并注意加固路基;若采用人工切坡宜引起滑塌,建议施工时做好防护工作。隧道开挖时,建议施工时进行超前地质预报,施工时分层开挖,双层注浆小导管或长管棚支护。Ⅳ级围岩:分布在K344+245-K344+300、K344+400-K344+460、K344+620-K344+650区段,中风化大理岩,岩体较破碎,洞体开挖时可能沿裂隙出现渗水,两组节理不利洞体左侧洞壁稳定,顶板自稳能力差。Rc=32.30MPa,Kv=0.50,K1=0.2,K2=0.2,[BQ]=262,建议按Ⅳ级相应复合式衬砌标准防护。Ⅲ级围岩:分布在K344+460-K344+620区段,中风化大理岩,岩体较完整。洞体开挖时沿裂隙滴水。顶板较不稳定。Rc=48.70MPa,Kv=0.60,K1=0.1,K2=0.2,[BQ]=356,建议按Ⅲ级相应复合式衬砌标准防护。

5结论与认识

(1)公路隧道围岩分级主要受地形地貌、地质构造、岩性接触和断裂关系、风化状态、岩体强度、节理组合关系、完整性、地下水、地应力等多种因素影响。在分级评价时对上述因素综合分析。(2)摇金沟隧道围岩主要受岩体强度、节理组合与公路走向关系、岩性接触和断裂关系三个因素影响。(3)Ⅴ级围岩段开挖时可采用双侧壁导坑法施工并辅以长管棚支护,并注意地质超前预报;Ⅳ级围岩段开挖时可采用正台阶法施工,Ⅲ级围岩段开挖时可采用全断面法施工。

参考文献:

[1]吉林省地质矿产开发局.吉林省区域地质志[M].北京;地质出版社,1988.

[2]JTGTD70-2010.公路隧道设计细则[S].

[3]姜小妮,等.非完整大井法和水平廊道法计算矿坑涌水量[J].水资源与水工程学报,2018(05):169-174.

[4]贾玉馥,韩卫平.论公路隧道工程的地质勘探技术[J].中国建设信息,2010(15):88-89.

[5]高小平.高密度电法在某隧道勘察中的应用[J].黑龙江科技信息,2013(33):175-176.

作者:陈洋 黎奇 单位:吉林省地矿勘察设计研究院

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