华南某典型花岗岩隧道工程的地质特征及意义

徐燕君

（广州市政府投资项目研究评审中心 广州510800）

0 引言

应力场随隧道开挖发生重分布［1-5］，应力重分布区域即为围岩［6-9］。华南地区广泛分布花岗岩，构成了区域内隧道工程建设的最常见围岩类型，尤其是长大深埋隧道隧道工程。基于此，本研究以华南地区某穿越花岗岩围岩的隧道工程为对象，利用隧道的围岩分级、隧道涌水及稳定性评价等手段探究花岗岩地区隧道建设的工程地质条件及应对策略为该隧道的建设提供参考。

1 区域特征

某隧道工程全长2 944 m 并属于典型的长隧道。隧址区属于华南褶皱系粤中拗陷，在构造纲要上为褶皱凸起的丘陵台地，受北东向紫金-博罗大断裂控制，项目区位于东莞断陷盆地东南部边缘，它是拗陷带中的相对隆起区，多为燕山期岩体所贯入，呈北东向和东西向展布。区域断裂主要有南坑-虎门和石龙-厚街两条北东向断裂，这两条断裂隐伏于该区域的南北两侧。

隧址区在地貌上属于低山丘陵地貌类型，山顶部地形相对较缓，共两侧地形较陡，多形成陡坡或悬崖，沿隧道轴线地形最高高程约202.32 m，最大埋深124.6 m。隧道起点洞口外侧地势起伏较大，线路基本垂直地形线进洞，斜坡坡向约263°左右，整体地形坡角30°～45°。隧道终点洞口南及东侧地势起较平坦，北侧地形起伏较大，多为果园，线路基本平行北侧山坡走向出洞，斜坡坡向约80°左右，整体地形坡角15°～30°。

2 地层岩性

野外调研及钻探结果显示，该地区勘察场地下部岩土大体可分为如下7层：

⑴素填土：灰褐色、灰白色，稍湿，主要由粘性土和花岗岩块组成，为旧采石场回填。零星分布，厚0.80～5.50 m。钻孔桩侧摩阻力标准值为30 kPa，地基承载力基本容许值110 kPa。

⑵耕植土：黄红色，以粘性土为主，结构松散。局部分布，厚1.30～1.80 m。钻孔桩侧摩阻力标准值为30 kPa，地基承载力基本容许值110 kPa。

⑶粉质粘土：褐黄色，坡积成因，主要成份为粘土颗粒，混有10%～25%的不均匀石英颗粒，硬塑。局部分布，厚1.00～6.50 m。钻孔桩侧摩阻力标准值为65 kPa，地基承载力基本容许值250 kPa。

⑷强风化花岗岩：极软岩，褐黄色～褐灰色，半岩半土状，岩块直径1～8 cm 为主，可折断或易击碎。零星分布，厚7.70～15.60 m。钻孔桩侧摩阻力标准值为100 kPa，地基承载力基本容许值450 kPa。

⑸强风化花岗岩：灰白色、灰褐色，岩石风化强烈而解体，结构已大部破坏，仅石英和部分钾长石较完整，岩芯呈半岩半土状，遇水极易软化、崩解，干钻不易钻进。分布广泛，厚1.30～16.70 m。钻孔桩侧摩阻力标准值为120 kPa，地基承载力基本容许值500 kPa。

⑹中风化花岗岩：灰白色、肉红色，块状、中粗结构，矿物成份以石英、长石、黑云母为主，裂隙发育、呈灰褐色，岩芯呈块、柱状，锤击易沿裂隙裂开，锤击场清脆，节长在0.05～0.20 m不等。全场地分布，厚1.50～76.20 m。

⑺微风化花岗岩：灰黑色，肉红色，块状构造，中粗粒结构，以石英、长石、黑云母为主，裂隙稍发育，岩芯呈柱状-短柱状，节长在0.05～0.55 m 不等。大部分布，厚89.70 m。地基承载力基本容许值2 500 kPa。

3 工程特性分析

3.1 围岩特征分析

在本研究中，洞底以上3 倍洞高的洞室范围内以及洞底板下按岩性分别采取岩石进行物性、强度、变形、剪切试验，其结果如表1所示。

围岩质量指标BQ和［BQ］值的计算公式如下：

式中：Rc为岩石的饱和抗压强度；Kv为岩体完整性系数，由节理裂隙发育、钻探岩芯的采取率等因素综合确定，隧道K10+203～K10+900、K12+200～K13+179 的岩体以较完整为主，Kv为0.55～0.75；隧道K10+900～K12+200 的岩体以破碎为主，对应的Kv值为0.15～0.35。

BQ须进行修正：

式中：K1为地下水影响修正系数；K2为主要软弱结构面产状影响修正系数。该隧址区内节理裂隙走向与隧道洞轴线夹角大于60°，结构面倾角小于75°，因此K3可取值为0.3；K3为初始应力状态影响修正系数（本隧道暂定为0）。

3.2 围岩分级

根据规范规定，本隧道围岩可分为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ三级，其中Ⅴ级围岩长约2 831 m，占隧道全长的约48.3%；Ⅳ级围岩长约1 800 m，占隧道全长的约30.7%；Ⅲ级围岩长约1 225 m，占隧道全长的约21.0%。隧道洞身段围岩以Ⅳ、Ⅴ级为主，岩性为中风化花岗岩，强度较一般～高，稳定性较好，属于较软岩，局部岩体破碎，裂隙较发育，易产生涌水、突水现象，应做好支护衬砌措施，提前预防、预报，并做好地下水的疏导工作。隧道起点的进口段：地形较陡，坡向约263°左右，坡角为30°～45°，洞口附近以花岗岩为主风化强烈，节理裂隙极发育，结构松散，稳定性较差，如果处理不当有可能发生崩塌、滑塌的可能。勘察期间，该隧道洞口附近的边坡未见崩塌。洞口段岩性为花岗岩岩，坡上覆盖1～3 m 厚的残坡积土；基岩中主要不利结构面组合为346°∠84°、215°∠25°，裂隙较平整，均为硬性结构面，洞口左、右侧边坡和仰坡形成外倾结构面，须对边坡进行边坡和仰坡锚喷+砼格梁支护。隧道终点的出口段：地面自然坡角为15°～30°，坡向约为80°，等高线与隧道轴线垂直；洞口以花岗岩为主，风化强烈，节理裂隙极发育，结构松散，稳定性较差，如果处理不当有可能发生崩塌、滑塌的可能。勘察期间，该隧道洞口附近的边坡未见崩塌。洞口段岩性为花岗岩岩，坡上覆盖1～3 m 厚的残坡积土；基岩中主要结构面组合为160°∠76°、230°∠65°，裂隙较平整，均为硬性结构面，左、右洞自然边坡和仰坡无外倾结构面，对坡面稳定无明显的不利影响。

3.3 水文地质特征

地下水主要为基岩裂隙潜水，由于强-中风化岩体的裂隙较发肓，含有一定量的裂隙潜水；主要接受降水、地表水体及山坡上部地下水的下渗补给，水位埋深随季节、地势变化。钻孔CSZK2～CSZK3 处岩体破碎～较破碎，裂隙较发育，连通性好，在岩体宽大裂隙带附近，可能会产生涌水，隧道开挖改变了地下水排泄条件，导致地表水沿局部宽大裂隙向隧道内汇集，形成短时涌水现象。

本次勘察采用《铁路工程水文地质勘测规程：TB 10049-2004》中的简易均衡法中的大气降雨入渗法估算隧道的涌水量。利用如下公式计算：

式中：QS为预测隧道正常涌水量（m3/d）；α为降水入渗系数，按当地经验及岩性来取值，α=0.57；W为多年平均降雨量（mm），根据当地气象站资料，多年平均降雨量为1 774.1 mm；A为隧道通过含水体地段的集水面积（km2），根据1∶10 000地形图计算所得，A=1.865 km2。

代入数值，可计算出隧道K10+203～K13+197 预测正常涌为5 167.513 m3/d。

表1 隧道各级围岩的主要参数Tab.1 Main Parameters of Surrounding Rock at All Levels of Tunnel

4 讨论

本研究隧道隧址区工程地质条件一般，围岩强度一般，稳定性较差。该隧道的围岩级别有Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ三级，岩体的完整性较差。隧道浅埋，开挖易引起岩土体的坍塌，施工时应作好预防措施和相关的监测工作。隧道进出口处地形较陡峻，洞口的边坡、仰坡，开挖易产生崩塌、滑塌现象，埋深较小，开挖易出现地表下沉或坍塌。

4.1 隧道进出口

隧道进出口边坡和仰坡主要为土质及类土质边坡为主，开挖后易产生滑塌，建议边、仰坡的坡率宜按不陡于1∶1.0（对顺层坡宜不陡于1∶1.25）进行设计，同时开挖后及时采取防护措施，如护面墙、六方体砌块护坡等，对不稳定的顺层边坡可采用锚杆进行加固支护。隧道进出口部位地形较陡，是滑坡、崩塌易发生地段，隧道的施工应作好预防措施。同时，应作好边坡上部地表水的引排工作。

4.2 隧道水文特征

隧道的涌水量仅采用大气降雨入渗法进行了估算，由于所选用的参数与现场地质条件可能有一定的差别，精度不高，仅作参考；建议在施工过程中应作好对围岩水文的监测、预报工作，并根据具体情况及时调整设计参数和施工方案。隧道洞身上部现有植被发育，长势很好，隧道的施工会引起上部山体的地下水位下降，从而使现有环境遭到破坏，建议隧道施工时作好洞内地下水的防堵工作。

4.3 隧道工程地质

本工程隧道属于长隧道，其工程地质、水文地质条件复杂，本研究揭露的岩石完整性较差并以花岗岩为主。隧道属于隐蔽性的地下工程，勘察时由于受到钻探揭露的局部性、物探勘察解释的多义性和地下岩土层变化的复杂性等客观条件的限制，可能会出现实际地质条件与本次勘察成果不一致的情况，因此在施工过程中应作好对围岩的超前预报工作（建议采用水平超前钻、TSP 探测系统或地质雷达等方法），及时根据施工现场的实际情况及监测成果调整围级别及相应的设计参数和施工方案，做到动态设计、动态施工，以使隧道的设计、施工和运营安全可靠、经济合理。

5 结论

基于勘察资料，本文对华南某花岗岩地区隧道的工程地质条件进行了详细分析，结果表明：隧道隧址区工程地质条件一般，围岩强度一般，稳定性较差；隧道进出口部位地形较陡，是滑坡、崩塌易发生地段，隧道的施工应作好预防措施；隧道施工时作好洞内地下水的防堵工作；应及时根据施工现场的实际情况及监测成果调整围级别及相应的设计参数和施工方案，做到动态设计、动态施工，以使隧道的设计、施工和运营安全可靠、经济合理。