宁波轨道交通育王岭隧道岩土工程勘察与评价

叶荣华　王和坤　唐江(.宁波市轨道交通集团有限公司，浙江宁波　350；. 宁波冶金勘察设计研究股份有限公司，浙江宁波　3504)Geotechnical Engineering Investigation and Evaluation of Yuwangling Tunnel in Ningbo Rail Transit ProjectYE Ronghua　WANG Hekun　TANG Jiang

宁波轨道交通育王岭隧道岩土工程勘察与评价

叶荣华1王和坤2唐江2(1.宁波市轨道交通集团有限公司，浙江宁波315101；2. 宁波冶金勘察设计研究股份有限公司，浙江宁波315041)Geotechnical Engineering Investigation and Evaluation of Yuwangling Tunnel in Ningbo Rail Transit ProjectYE Ronghua1WANG Hekun2TANG Jiang2

摘要育王岭隧道是宁波市轨道交通工程中第一座矿山法施工的隧道，勘察中采用钻探取样与多种原位测试相结合的综合勘察方法，查明了隧道沿线的工程地质、水文地质条件，提供合理的岩土参数，并综合勘察成果，对隧道沿线围岩进行分级划分和稳定性分析，提出针对性的工程措施建议，为隧道设计、施工提供科学依据。

关键词育王岭隧道工程地质水文地质围岩分级

1工程概况

育王岭隧道是宁波市轨道交通1号线二期工程宝幢站—邬隘站区间的一段，处于萧甬铁路和全国重点佛教寺院阿育王寺附近，横跨鄞州、北仑两区，隧道全长约1.44 km，起止里程K30+680～K32+120。

隧道进洞口位于育王公墓三墓园缓坡上，地形坡度约10～20°，出洞口位于璎珞村北山坡上，地形坡度约30～40°，出洞口中间有一冲沟，深3.0～4.0 m，北侧零星分布有墓地。进洞口明洞与暗埋分界里程为K30+745，其明洞段长度约为65 m，拱底高程19.308 m；出洞口明洞与暗埋分界里程为K32+095，其明洞段长度约为25 m，拱底高程25.848 m。隧道拟采用矿山法爆破施工，为双线单洞复合式衬砌断面，结构外轮廓尺寸为11.7 m×10.3 m(宽度×高度)。

隧道测设线通过段高程为20～175 m，相对高差达155 m。隧道横穿山脊，整体地势起伏较大，沟谷纵横，风化强烈。线路纵向地形地势特点为中间高、两边低，横向为北侧高、南侧低。山体整体植被茂盛，第四系覆盖层主要为残坡积含碎石黏性土，厚度一般为2.0～5.0 m，进洞口处厚度较大，局部可达19.0 m。下伏全—微风化基岩，主要为西山头组晶屑熔结凝灰岩，柱状节理发育，强风化层厚约2.0～3.0 m，局部地段有安山玢岩及辉绿岩侵入。

2勘察方案

2.1　勘察方法

为了详细查明隧道沿线的工程地质、水文地质条件，在综合分析区域资料及现场详细地质调绘的基础上，采用钻探取样、水文地质试验、波速测试、电阻率测试、钻孔电视摄像、高密度电阻率法等综合勘察方法。

2.2　勘探点布置

进、出洞口段，共布置6个取样钻孔，进、出洞口处，在隧道两侧各布置1个取样钻孔，然后在隧道两侧以20～30 m间距交叉布置取样钻孔。洞身段，勘探点沿线路在隧道两侧交叉布置，共布置12个取样钻孔，靠近进、出洞口处，勘探点间距取20～30 m，随后逐步增大间距，洞身段勘探点间距基本为80～200 m。

控制性取样钻孔要求进入隧道底板下10 m，其他取样钻孔要求进入隧道底板下5 m，洞身段取样钻孔进入隧道底板下中—微风化基岩3.0～5.0 m，断层破碎带与节理裂隙密集带发育地段适当加深。

2.3　工程物探

(1)高密度电阻率法

根据隧道工程特点，合理布置测线，其中沿隧道布设纵剖面测线1条，总长约为1 442 m，对进出洞口、洞身布置若干条横剖面测线，对不良地质带应加密测线。考虑测试深度在100 m左右，选用电极距为15 m/4 m(斜距)。

(2) 钻孔电视摄像

完成第一阶段详勘工作后，为进一步查明f6、f7两条断层破碎带对K31+221至隧道出洞口段的影响，在后期补充的2个钻孔中进行钻孔电视摄像，对断层破碎带f6、f7进行验证。

3隧址区工程地质条件

3.1　地质构造

(1)断裂

根据区域地质资料，影响隧址区的主要断裂为镇海—宁海断裂(f9)，该断裂破碎带在隧址区西南侧通过，在宝幢站—育王岭隧道入口区间段揭露其次级断裂，与隧道最近距离约500 m，走向与线路斜交，未通过隧址区，对隧道岩体完整性、稳定性影响较小。

(2)断层破碎带和节理裂隙密集带

根据详勘成果资料[1]，隧址区内对隧道开挖有一定影响的次级断层和节理裂隙密集带约有10条，受其影响，区内岩体节理、裂隙较发育，产状变化较大。

(3)节理与裂隙

隧道区内基岩主要为晶屑玻屑熔结凝灰岩和流纹斑岩，节理、裂隙较发育，受不同期次构造运动的影响，产状变化较大。隧道进、出洞口植被发育，无露头基岩，对测区节理裂隙的调查主要集中在洞身部分。结合节理裂隙统计和节理玫瑰花图可知：隧址区岩体节理裂隙以250°～270°∠40°～85°和0°～15°∠53°～86°两组最为发育，间距2～80 cm，节理裂隙面铁锰质渲染强烈，局部充填有方解石脉，岩体较破碎。节理裂隙多为剪节理，多成群出现，构成平行排列或雁行排列的节理组或由两组剪节理形成共轭的“X”形节理，两组主要节理裂隙相互切割形成楔形体。

3.2　地层岩性

隧道进、出洞口部分被第四系残坡积含碎石黏性土覆盖，下伏基岩主要为晚侏罗纪西山头组熔结凝灰岩和流纹斑岩，局部揭露安山玢岩及辉绿玢岩岩脉。

3.3　地震及场地类别

隧道进洞口段为明挖浅埋段，场地上部广泛分布有状态不均匀的含碎石粉质黏土；里程K31+850～K32+120段分布有平行隧道走向的断层破碎带，这两段属于建筑抗震不利地段，其余地段属于建筑抗震一般地段。

场地地面下25.0 m深度范围内地基土等效剪切波速vse为250～576 m/s，均大于150 m/s。根据铁路抗震规范[2]判定可知：进洞口(K30+680～K30+745)段、K31+190～K31+240段、K31+730～K32+120段场地类别为Ⅱ类，其余区段场地类别为Ⅰ类。

根据场地设计地震动参数专题报告[3]，育王岭隧道设计基本地震加速度为0.05g，抗震设防烈度为6度。进洞口(K30+680～K30+745)段、K31+190～K31+240段、K31+730～K32+120段特征周期为0.35s，其余区段特征周期为0.25s。

3.4　不良地质作用

隧址区存在的不良地质作用主要为节理裂隙密集带和断层破碎带。根据工程物探和钻孔电视摄像成果[4]，推测隧道轴线K31+205～K31+220段为构造破碎带；推测隧道轴线K31+005～K31+015段、K31+625～K31+650段及K31+745～K31+760段为裂隙密集带；推测隧道出洞口段(K32+040～K32+120)南、北两侧均有平行隧道走向的裂隙密集带。

3.5　岩土主要物理力学参数

根据现场岩土鉴定、原位测试和室内试验成果，并结合相关规范[5-6]，综合给出主要岩土层物理力学性质指标建议值(如表1所示)。

4隧址区水文地质条件

4.1　地表水

隧址区低山丘陵地带的山麓沟谷地带分布有溪流和季节性河流(如璎珞河、宝幢河系、后塘河系、明伦河等)，现状流量不大，其水位与流量受大气降水及季节影响，在枯水期局部季节性河流断流。山脚分布较多小水池，蓄水量随季节变化较大。

4.2　地下水

根据区域水文地质资料、现场调查及钻探资料分析，场地水文地质条件一般，地下水类型主要为松散岩类孔隙潜水和基岩裂隙水。

(1)松散岩类孔隙潜水

主要赋存于坡残积含碎石粉质黏土中，勘察期间为枯水季节，除隧道进洞口段个别钻孔遇见地下水外，其他钻孔都未见地下水。勘察期间测得隧道进洞口段地下水稳定水位埋深为3.0～5.1 m(相当于高程15.0～22.0 m)。结合区域水文地质资料，进洞口段孔隙潜水稳定水位变化幅度可按1.0～2.0 m考虑。

(2)基岩裂隙水

主要赋存于强—中风化岩带的基岩裂隙中，场地基岩裂隙以风化节理裂隙为主，多呈闭合状，且裂隙多被泥质填充，故其地下水在基岩中的赋存量较小，水量贫乏，渗流条件差，透水性弱。

4.3　水文地质试验

结合隧址区地貌、水文、地层等条件，并兼顾相对均匀布置的原则，水文地质试验采用常水头注水试验和压水试验。

(1) 常水头注水试验

采取连续向孔内注水，形成稳定的水位和常量的注入量，注水稳定时间一般为2～8 h。详勘阶段进行的注水试验共计2段次，常水头注水试验成果见表2。

(2)压水试验

采用单栓塞分段试验方法，试验段长度一般为5 m，岩芯完好时适当加长试段，钻孔孔径为108 mm、91 mm、73 mm，三级压力段一般为0.2 MPa、0.4 MPa、0.6 MPa，当试验段埋深较浅时，适当减小压力。详勘阶段进行的压水试验共计6孔13段次，试验前均进行了管路压力损失校核，压水试验成果见表3。

结合水文地质试验成果及隧址区工程地质条件分析可知：隧道洞身围岩大部分为弱透水岩体，全—强风化基岩为孔隙性透水岩体，钻进时不返水，为强透水岩体，可定性为节理裂隙性涌水。

4.4　隧道涌水量预测

结合隧址区地形地貌、地层岩性、地下水类型、雨量分布状况等因素，将育王岭隧道以分水岭为界划分为5个计算区段，采用铁路水文规范[7]中的大气降水渗入量法进行正常涌水量预测，计算公式见式(1)，预测值如表4所示。

(1)

式中Qs——隧道通过含水体地段的正常涌水量/(m3/d)；

α——降水入渗系数，取0.15；

W——年降水量/mm，取1 414.1 mm；

A——隧道通过含水体地段的集水面积/km2。

由涌水量预测值可知，隧道洞身涌水性一般。然而，根据邻近厘安山隧道的实际施工经验，隧道洞口与节理裂隙密集带的涌水量远远大于洞身涌水量预测值，因此建议重视隧道洞口和节理裂隙发育密集处的防水、排水设计。

5隧道工程地质分析与评价

5.1　进洞口边坡稳定性分析

隧道进洞口段基岩岩性主要为西山头组晶屑玻屑熔结凝灰岩，节理裂隙较发育，岩体呈块状、块碎状，边坡区主要发育两组节理裂隙面：①250～270°∠40～85°，②0～15°∠53～86°。结合坡面情况，根据赤平投影法分析原理[8]，进洞口边坡稳定性分析如下：

(1)进洞口段天然斜坡为顺层坡，但基岩节理裂隙①倾角比坡面倾角陡，而节理裂隙②与坡面呈大角度相交，天然斜坡基本稳定。

(2)开挖洞口仰坡暂按53°倾角进行放坡，开挖仰坡为顺层坡，其节理裂隙①倾角接近坡角，与坡面呈小角度相交，边坡基本稳定，可视开挖后坡面情况，对局部不稳定岩块作清理或锚固处理。

(3)进洞口开挖南侧边坡基岩节理裂隙②与坡面呈小角度相交，其节理裂隙对边坡影响较大，边坡不稳定，可能沿交线方向滑动，需加强锚固处理。

(4)进洞口北侧边坡基岩节理裂隙面与坡面呈反向和近垂直相交，边坡稳定，滑动可能性小，但岩层面与节理面切割形成的楔形体在开挖爆破时易出现局部崩塌、滑落，设计时应采取适当措施进行支护。

5.2　出洞口边坡稳定性分析

隧道出洞口段基岩状况与进洞口段基本相同，边坡区主要节理裂隙面也为上述两组。与进洞口边坡稳定分析类似，出洞口边坡稳定性分析如下：

(1)出洞口段天然斜坡基岩节理裂隙面与坡面呈反向和大角度相交，边坡稳定。

(2)开挖洞口仰坡暂按53°倾角进行放坡，开挖仰坡节理裂隙面与坡面呈反向和大角度相交，边坡稳定。

(3)出洞口开挖南侧边坡基岩节理裂隙②与坡面呈大角度相交，且倾角大于坡角，边坡基本稳定。但岩层面与节理面易把岩体切割成大小不一的楔形体，需采取适当措施进行支护。

(4)出洞口开挖北侧边坡基岩节理裂隙面与坡面呈反向和近垂直相交，边坡稳定。但岩层面与节理面切割形成的楔形体易在爆破开挖施工过程中易产生局部崩塌、滑落，也需采取适当措施进行支护。

5.3　洞身稳定性分析

隧道洞身段为西山头组晶屑玻屑熔结凝灰岩及流纹斑岩，局部侵入有安山玢岩与辉绿岩岩脉，围岩节理裂隙较发育，局部岩石破碎，透水性较好，对隧道稳定性存在一定的影响。

5.4　进出洞口段基础评价

进洞口段浅部地基土层以残坡积土为主，厚度较厚(15.8～19.8 m)。进洞口段与区间高架连接段建议采用桩基础，以中风化熔结凝灰岩作为桩基持力层，桩型可采用钻孔灌注桩。

出洞口段浅部地基土层表层以残坡积土为主，厚度较薄(1.3～2.4 m)，无软弱土层分布。对于中风化流纹斑岩埋深较浅地段，建议清除表层残坡积土层，采用中风化流纹斑岩作为天然地基浅基础持力层；对于中风化流纹斑岩埋深较深地段，建议采用中风化流纹斑岩作为桩基础持力层，桩型可采用钻孔灌注桩。

根据铁路桥涵规范[9]，结合沿线地层特征及地区经验，综合分析确定各地基土层钻孔灌注桩的桩基设计参数(如表5所示)。

5.5　围岩分级及措施建议

根据规范[10]围岩划分原则，结合围岩工程特征，隧道沿线围岩基本分级如表6所示。

然而根据钻探成果，Ⅱ级围岩段受构造影响，节理裂隙较发育，局部岩体较破碎，围岩级别降低一档修正为Ⅲ级；断层破碎带分布地段岩体破碎，围岩级别降低二档修正为Ⅳ级。Ⅲ级围岩段受断层破碎带影响较为严重，节理裂隙发育，围岩级别降低一档修正为Ⅳ级。进出洞口段受风化和断层破碎带影响严重，岩体较破碎，围岩级别降低二档修正为Ⅴ级。

经综合分析，隧道沿线围岩分级及相应的工程措施建议如表7所示。

6结论

育王岭隧道是宁波市轨道交通工程中第一座矿山法施工的隧道，其工程结构、地质条件和周边环境条件复杂。在综合分析区域资料及详细地质调绘的基础上，根据隧道特点采用适宜的综合勘察方法，查明隧道沿线的工程地质、水文地质条件，提出合理的岩土参数，为隧道设计提供了可靠的地质资料。同时，综合各项勘察成果，对隧道沿线围岩进行分级划分和稳定性分析，提出了针对性的工程措施建议。

参考文献

[1]宁波冶金勘察设计研究股份有限公司.宁波市轨道交通1号线二期工程勘察KC1201标段育王岭隧道岩土工程勘察报告[R].宁波：宁波冶金勘察设计研究股份有限公司，2012

[2]GB50111—2006铁路工程抗震设计规范[S]

[3]浙江省工程地震研究所.宁波市轨道交通1号线二期工程场地设计地震动参数专题报告[R].宁波：浙江省工程地震研究所，2011

[4]叶俊能.宁波轨道交通山岭隧道综合性勘探法应用[J].地下空间与工程学报，2014，10(增刊2):1829-1834

[5]GB 50021—2001岩土工程勘察规范[S]

[6]GB 50307—2012城市轨道交通岩土工程勘察规范[S]

[7]TB 10049—2014铁路工程水文地质勘察规程[S]

[8]陈奇珠，董翌为.赤平投影法分析岩质边坡稳定性的图解模板[J].西北水电，2013(4):13-16

[9]TB 10002.5—2005铁路桥涵地基和基础设计规范[S]

[10]TB 10003—2005铁路隧道设计规范[S]

中图分类号：U452.1+1

文献标识码：B

文章编号：1672-7479(2015)06-0036-05

作者简介：第一叶荣华(1987—)，男，2013年毕业于宁波大学结构工程专业，硕士，工程师。

收稿日期：2015-09-21