西成客运专线福仁山隧道地质勘察

景积仓

(中铁第一勘察设计院集团有限公司， 陕西西安 710043)

1 工程概述

福仁山隧道位于陕西省汉中市洋县附近,隧道进口位于金水河牛角坝,出口位于酉水河宋家堰,洞身经过水地沟、高家沟、大夫沟、野庙沟、庙垭坡、雍家林、西沟等沟谷。隧道起讫里程为DK159+671～DK172+742,全长13071 m,进口高程691.2 m,出口高程599.16 m,最大埋深929 m,在DK172+523及西沟聂家院附近以浅埋形式通过,DK172+523处埋深约46 m,西沟聂家院(DK170+545)附近埋深约53 m。

2 福仁山隧道地质条件概述

2.1 地形地貌特征

福仁山隧道场地为秦岭南麓中山区,平均海拔1 200 m,最高海拔为1 634.1 m。洞身地表起伏较大,地表自然坡度30°～40°。分布有众多基岩“V”形侵蚀谷,沟谷多为南北展布,其中较大的有：水地沟、高家沟、大夫沟、野庙沟、庙垭坡、雍家林、西沟等,总体而言,工点区山高坡陡,基岩裸露,沟壑纵横,地形复杂,植被茂密。

2.2 地层岩性特征

隧道工程涉及的主要岩性为第四系全新统坡积膨胀土、冲积卵石土、坡积碎石土及坡洪积块石土,志留系下统片岩及片岩夹大理岩、大理岩,元古界中上统变粒岩夹大理岩、片麻岩夹云母石英片岩、片岩夹片麻岩、大理岩夹片麻岩、片麻岩夹片岩、片麻岩夹大理岩、片岩夹大理岩、片麻岩夹片岩夹片麻岩,上太古界片麻岩夹大理岩分布在断带内的断层角砾、断层泥及碎裂岩中。

2.3 地质构造特征

隧道区位于商丹断裂带和勉略-巴山弧形断裂构造带夹持的南秦岭构造带,是秦岭造山带的峰腰部位,主体上位于佛坪穹窿的南半部。经多次构造活动的影响,其内部组成与构造变形十分复杂。隧道区主要的构造为断层构造和褶皱构造。

(1)主要断层构造

①f66：逆断层,产状N55°～80°W/60°～75°N,断层破碎带宽10～30 m。断带物质为碎裂岩，局部夹断层角砾,断带内岩体较为破碎,隧道洞身通过地段为DK159+856～DK159+878.4。该断层在地形、地貌及物探曲线上反映较明显。断层延伸较长。

②f67：逆断层,产状N60°～80°W/50°～65°N,断层破碎带宽约为30～40 m。断带成分为断层角砾岩组成,隧道洞身通过地段为DK160+281～DK160+318,该断层延伸较长。

③f68：逆断层,产状N70°～65°W/50°～60°N,断层破碎带宽约30～45 m,断带内物质主要为碎裂岩。隧道洞身通过里程为DK160+575～DK160+610。该断层地形、地貌及地层岩性反映较明显。

④f69：逆断层,产状为N50°～85°W/50°～80°N,破碎带宽度为30～45 m,结构面粗糙,断层面上有挤压膜,局部已糜棱岩化,断带物质主要为断层角砾,岩体节理很发育,较为破碎,隧道洞身通过里程为DK161+297～DK161+338。该断层延伸较长,延伸长度大于4 km。

⑤f70：逆断层,产状为N65°～88°W/35°～45°N,破碎带宽度为10～25 m,断带物质主要为断层泥,局部可见糜棱岩化现象,物探反映明显,隧道洞身通过里程为DK162+250～DK162+270。该断层延伸较长,延伸长度大于4 km。

⑥f70-1：逆断层,产状为N60°～80°W/75°～88°N,破碎带宽度为20～40 m,断带物质主要为断层角砾,局部可见糜棱岩化现象,物探反映明显,隧道洞身通过里程为DK167+943～DK167+968。

⑦f71：正断层,产状为N20°～45°W/40°～60°N,破碎带宽度为10～40 m,断带物质主要为断层角砾,局部可见糜棱岩化现象,隧道洞身通过里程为DK168+500～DK168+525。该断层延伸较长,延伸长度大于4 km。

⑧f71-1：正断层,产状为N55°～75°W/55～75°N,破碎带宽度为50～70 m,断带物质主要为碎裂岩,局部可见糜棱岩化现象,隧道洞身通过里程为DK171+255～DK171+322。该断层延伸较长,延伸长度大于12 km。

⑨f71-2：正断层,产状为N45°～55°W/60～80°S,破碎带宽度为25～40 m,断带物质主要为碎裂岩,局部可见糜棱岩化现象,隧道洞身通过里程为DK171+977～DK172+009。该断层延伸较长,延伸长度大于12 km。

(2)褶皱构造

福仁山隧道发育两处背斜构造和一处向斜构造,背斜核部洞身中心里程DK165+543、DK169+062,岩体破碎,节理发育。向斜核部未穿过洞身,褶皱核部节理发育,岩体破碎且富水。

福仁山隧道主要岩性和构造见图1。

图1 福仁山隧道洞身纵断面

2.4 水文地质特征

(1)地表水

福仁山隧道进口为金水河,出口酉水河,均为常年流水,年径流量2.7～4.31亿m3,雨季水量增加显著,是隧道区地下水最低排泄基准面。隧道顶部较大的沟谷有火鸡沟、南沟、稻田沟、大夫沟、野庙沟、铁炉沟、阳河、黑鱼沟等,据调查,其流量为182.74～23 801.47 m3/d。

(2)地下水

隧道区地下水的形成和分布受地形地貌、岩性、构造、植被、降水量等多种因素控制和影响。特别是在构造作用下,断层碎裂带、岩性接触带、节理密集带以及岩溶发育地区,为地下水贮存和运移创造了良好的地质条件。地下水赋存类型主要为基岩裂隙水和岩溶水。

隧道区地表水和地下水水质良好,对圬工无侵蚀性。

2.5 不良地质和特殊岩土

隧道区范围内的不良地质主要为隧道进口左侧金水河右岸的大理岩中,以溶洞形式发育的岩溶现象,溶洞直径约1～3 m,可见延伸深度大于10 m,不完全充填,充填物为角砾及杂砂土。

隧道区的特殊岩土为膨胀土,具弱-中等膨胀性。

3 隧道主要工程地质问题分析

通过对隧道区工程地质、水文地质条件的综合分析,预测隧道施工中可能存在如下主要地质问题。

3.1 地应力及岩爆

岩爆的发生主要由地应力和岩性两个因素决定。一是要有坚硬完整的脆性岩石,二是岩体中存在有高地应力。

根据福仁山隧道地应力测试结果分析,本隧道埋深300～500 m围岩中存在中-高地应力,隧道埋深大于500 m的围岩中存在高地应力,局部地段存在极高地应力。在岩质坚硬、岩体完整,岩性较脆且干燥无水、埋深300～500 m的大理岩Ⅱ级围岩地段存在发生轻微-中等岩爆的可能,在埋深大于500 m的大理岩Ⅱ级围岩地段有发生中等岩爆的可能。

由于引起岩爆的原因很多,影响因素复杂,除地应力和岩性外,还与开挖断面形状,开挖方式等施工因素有关。因此,在勘察设计阶段，尚难具体预测、划分岩爆发生的地段和强度，只能在今后的施工实践中逐渐认识和研究。

3.2 突涌水(泥)

根据区内水文地质调查中对地表水及地下水的调查,地表沟内水量较大,为充足的地下水补给来源,地下局部地段地下水发育,主要富存于断层破碎带、地层接触带、长大密集节理、进口段～DK160+485、DK166+246～DK167+149、DK167+327～DK167+865段洞身大理岩岩溶发育地段及部分隧道浅埋地段中,这些部位岩体节理、裂隙发育,基岩裂隙水、构造裂隙水、岩溶水较发育,产生突、涌水(泥)的可能性较大。

3.3 围岩失稳

隧道通过断层破碎带、褶皱核部、地层接触带、长大密集节理带、洞身位于大理岩的地段及部分隧道浅埋地段,由于岩体破碎,施工时极可能出现坍塌等围岩失稳现象。

4 结束语

特长隧道由于其长度长,埋深大,隧道施工可能遇到的地质问题较多,在隧道勘察中,应查明隧道区的地貌、岩性、构造,水文地质条件及隧道区的不良地质现象和特殊岩土的分布，并分析研究隧道可能存在的局部突然涌水、高地应力和岩爆、局部围岩坍塌失稳等主要地质问题。

对易产生突涌水(泥)和围岩坍塌的断层破碎带、褶皱核部、地层接触带、长大密集节理带、洞身位于大理岩的地段及部分隧道浅埋地段,在设计及施工中应加强超前支护且及时衬砌,并加强防排水措施。

福仁山隧道断层和褶皱构造较发育,而且整座隧道不同程度的夹有大理岩,隧道水文地质条件较为复杂,隧道计算最大涌水量7万多m3,在隧道坡度设计中,不宜采用单面坡,宜采用有利于排水的人字坡形式。

[1] TB10012—2001 铁路工程地质勘察规范[S]

[2] TB10077—2001 铁路工程岩土分类标准[S]

[3] TB10102—2004 铁路工程土工试验规程[S]