公路隧道地质调查及围岩稳定性研究

杨青云，杨化林，张天宇

（1.中冶京诚工程技术有限公司，北京 100176；2.广西大学土木建筑工程学院，广西 南宁 530004）

隧道的开挖方式有控制爆破法和机械开挖法，在IV级围岩以上围岩隧道一般采取爆破开挖法，然而使用爆破开挖容易对围岩造成扰动，因此使用符合当前围岩抗振要求的爆破方法十分重要；另外隧道的开挖形成了大面积的地下空间，开挖后的围岩中的原岩应力场被破坏，岩石应力重新分布，在隧道轮廓附近岩石中的应力集中分布，重新形成的应力平衡容易遭受破坏，容易产生软弱破碎带坍塌、突水和突泥的安全事故[1]，这与岩石的地应力环境、区域断裂构造和地下水情况有关[2]，为了给合理的爆破方法的选择提供依据，保证隧道的稳定性，对隧道围岩地质情况进行了调查分析。

1 遂址区地质特征

1.1 隧道概况

梧州市环城公路工程3标1、2工区位于梧州市城郊，经万秀区龙湖镇旺步村、朱品村、倒水村、河步等地。新建隧道4座，熊冲隧道右洞1536m，左洞1495m；沙子塘隧道右洞550m，左洞545m；底冲隧道右洞505m，左洞508m；上雷岭隧道右洞975m，左洞978m。遂址区属丘陵地貌，地形起伏较大，沟谷发育，沿隧道走向地表由破残积层覆盖，残丘上植被发育，局部见基岩出露地表，无不良地质现象，隧道基本情况见表1。

表1 梧州市环城高速隧道概况

1.2 岩石性质

熊冲、底冲和上雷岭隧道下伏基岩为寒武系上亚群中组砂岩，砂子塘隧道下伏基岩为寒武系上亚群上组砂岩，围岩砂状结构；中厚层状构造。熊冲、底冲隧道岩石呈黄色和灰色，岩质较硬，锤击声清脆，岩体较破碎—较完整，节理裂隙发育，裂隙面多被铁锰质浸染，局部石英填充，岩芯多呈短柱状、碎块状少量呈碎块状，强风化层和中风化层分布于整个场地，以中风化层为主；上雷岭隧道岩石以强中风化层为主；砂子塘隧道岩石为黄色，岩质软，风化不均匀，局部夹全风化，锤击声哑、易碎，岩体极破碎—破碎，节理裂隙发育，裂隙面多被铁锰质浸染，岩芯多呈砂状，少量呈碎块状，强风化层和风化层分布于整个场地，以强风化层为主。如表2所示。

1.3 遂址区断层与断裂情况

利用地震波的反射原理对遂址区围岩进行地质监测发现[3]，熊冲隧道在遂址区西约3.5km处发育逆断裂，长度约为10km，走向近于正北，倾向西北，为不明性质断层，本隧道通过区域存在3处断层或破碎带，影响深度分布为55m、60m及80m。砂子塘隧道东约3km处存在一处发育逆断裂，长度为10km，走向近于南北，倾向北西，现场物探表明隧道洞身范围内无断裂及构造破碎带，区域地质较稳定。底冲隧道遂址区无区域性断裂及破碎带。上雷岭隧道遂址区无断裂，本隧道通过区域存在2处断层，影响深度分别为30m和50m。详见表3。

表2 隧道岩石性质

表3 遂址区断层与断裂分布

2 遂址区节理裂隙调查分析

2.1 节理裂隙调查

节理裂隙是岩体在应力作用下形成的结构面，是一种能反映出岩体内主要构造特点的结构特征[4]。节理的分布情况影响着围岩的稳定性和可爆性，通过对隧道围岩内分布的节理裂隙进行测量，记录其产状、数量等，将节理裂隙分布情况制作成玫瑰图，来分析围岩的完整性及抗振能力，为爆破参数的选取及隧道支护提供依据。

2.2 节理裂隙整体分布情况

熊冲隧道岩体较破碎，节理呈不规则状交错分布，存在几组发育节理，产状分别为160°∠15°（2～3条/m）、115°∠62°（2～3条/m）115°∠63°（2～3条/m）、155°∠48°（3～4条/m）、180°∠45°（4～5条/m）、50°∠85°（3条/m）115°∠70°（2～3条/m）、186°∠55°（3～4条/m）；砂子塘隧道中节理裂隙发育，呈碎裂及镶嵌碎裂结构，产状分别为160°∠45°（3条/m）、330°∠48°（2条/m）；底冲隧道区域地质较完整，存在几组节理产状为230°∠75°（2～3条/m）、286°∠68°（3 条/m）、150°∠58°（3 条/m）193°∠66°（2～3条/m）；上雷岭隧道发育节理产状为250°∠80°（2～3条/m）、25°∠53°（2～3条/m）、70°∠72°（3～4条/m）、85°∠65°（2～3条/m）、10°∠65°（3～4条/m）、40°∠65°（2条/m）、168°∠60°（4条/m）、340°∠78°（2～3条/m）、174°∠50°（3～4条/m）。

2.3 熊冲隧道节理统计分析

节理裂隙的测量一般采用测线法，即在岩体表面布置一条测线，每隔一段距离取一个测点测量节理裂隙产状及位置[5]。熊冲隧道节理的测量则是将掌子面围岩进行测量及分组则，如表4、图1所示。

围岩的节理裂隙分布情况对爆破效果有着很大影响，沿着优势节理方向爆破爆破能量损失较大，需要更大的装药量才能达到效果，从测得的节理裂隙来看，存在2组优势节理，1组走向范围为0°～40°，平均走向为9°，平均倾向为34.5°，节理裂隙条数为6条；2组走向范围为320°～360°，平均走向为336°，平均倾向为48.9°，节理裂隙条数为10条，在这2组优势节理方向需加大装药量进行爆破。

式中：K——裂隙率；

B——节理宽度；

L——节理长度；

A——调查区域面积。

K≤2%说明被调查岩体节理裂隙不发育，2%≤K≤8%则说明被调查岩体节理裂隙较发育，K≥8%则说明被调查岩体节理裂隙发育，经计算节理裂隙率为9.7%，计算节理平均间距RS进行评价[6]，计算得熊冲隧道RS为37.4cm。当前隧道围岩为节理裂隙发育岩体。

表4 熊冲隧道某断面节理走向情况统计

图1 节理裂隙统计图

3 结语与建议

对遂址区进行地质调查发现隧道受附近断裂带的影响较大，基岩为寒武系上亚中组砂岩，岩石风化程度高，围岩节理裂隙发育。以熊冲隧道为例，对其开挖面进行节理统计，发现存在多组发育节理，节理之间距离近RS为38.4，裂隙率K大于8%，岩体为节理裂隙发育岩体，为保证其安全性需做适当的支护。

隧道围岩的地质特征是隧道施工的重要参考资料，影响隧道的稳定性，给隧道掘进方案提供指导，本文通过对遂址区地质情况，岩石性质节理裂隙的调查分析，进行了分析和总结，提出以下建议。

（1）隧道的水文地质情况对隧道施工也具有一定影响，对隧道涌水预测常采用降水入渗法[7]，南方地区雨量充沛，岩溶发育，隧道内易产生积水，若水未及时排出，长时间浸泡隧道地面，容易碎涨扩容强度降低，不利于隧道的稳定[8]。

（2）遂址区岩石节理裂隙发育，爆破作用效果降低，针对岩性特点，需要采用合适的爆破工艺进行开挖爆破。

（3）破碎带与完整性围岩交替位置，需加强超前支护与辅助施工工艺，保证隧道的安全性，降低塌方风险[9]。

[1] 范海军，鲁光银，朱自强，李华，何现启，黄华林.公路隧道地质灾害探测技术探讨与实践[J].中南公路工程，2006,31（1）:2-3.

[2] 玛旦江·吐木尔，王贻明，吴爱祥，胡凯建，王晶军，李占炎，姚高辉，周应华.巴鲁巴铜矿节理裂隙调查及岩体质量评价[J].现代矿业，2014.

[3] 冯顺剑.TSP203在苍岭隧道超前地质预报中的应用[J].岩土工程，2006,26（4）:74-76.

[4] 王平，王瑞星，王辉，王德全.滨海大型金矿床矿岩节理裂隙统计分析[J].采矿技术，2012(12)：114.

[5] 董金奎，申延，邱俊刚.焦家金矿寺庄矿区岩体节理裂隙调查与矿岩稳定性分析[J].黄金科学技术，2014（20）：58-61.

[6] 穆希川，李景波，刘杰，张翼风，尹旭岩.大柳行金矿床节理裂隙调查与岩体质量平价[J].黄金，2017（38）：46-53.

[7] 昌志军，朱冬林.红岩寺隧道工程地质勘探成果总结[J].公路工程，2014,39（6）:350-354.

[8] 张厚江，焦玉勇，孟昭君，王浩，覃卫民.全封闭格栅钢架控制膨胀性软岩隧道变形破坏的研究与实践[J].岩石力学与工程学报，2017（36）：3393-3400.

[9] 管飞.复杂地质条件下长大公路隧道安全风险评估[J].桥遂工程，2012（7）：295-298.