应人石-九围生态排水隧洞工程地质条件及评价

钟育霞

（深圳市水务工程检测有限公司，广东深圳，518000）

1 工程地质概况

1.1 地形地貌

应人石-九围生态排水隧洞穿越环铁岗水库北侧三处库尾，将应人石河口生态库与九围河口生态库连通。推荐方案的连通管（涵）线路总长为5.123 km，结构内底标高20.0～22.0 m，穿库尾段为箱涵段。穿库尾间山地段拟采用盾构法施工连通隧洞。

隧洞沿线原始为低丘陵地貌，局部跨越了山间谷地地貌（库尾）。隧洞沿线地面高程21.4～68.8 m，总体地势较平坦，地形起伏不大，仅高尔夫球场内地形起伏较大。桩号YPD0+000-YPD3+260段现状地面植被发育，树木茂密，为铁岗水库一级水源保护区，桩号YPD3+260-YPD5+123.16段为高尔夫球场。

图1 连通隧洞沿线地形地貌照片Fig.1 Topography and landform along the tunnel

1.2 地层岩性

连通隧洞地层自上而下分别为：

（1）第四系人工填土（Q4ml）：广泛分布于隧洞全段，局部缺失，一般呈红褐色，干-稍湿，松散或稍压实，主要由花岗岩风化土回填，该层层厚0.2～6.8 m，平均层厚2.35 m，层底高程-6.79～46.89 m。

（2）第四系冲洪积层（Q4al+pl）：以粉质黏土（砾质、砂质）、中粗砂和砾砂等为主，零星分布少量淤泥质土层。

（3）第四系残积土层（Qel）：广泛连续分布，所有钻孔均有揭露，红褐色，稍湿-湿，可塑-硬塑，由花岗岩风化残积而成，为砾质黏性土。该层野外标准贯入试验击数为9～39击，平均26.5击。该层层厚1.20～34.10 m，平均层厚13.38 m，层底高程-33.49～55.30 m。

（4）白垩系燕山四期侵入岩（γβ3K1）：岩性为粗中粒黑云母花岗岩，基岩多已风化为全风化岩、强风化岩、弱风化岩。

1.3 地质构造

区域地质构造亦以断裂构造为主，可归并为应人石断裂组，它由应人石断裂和铁岗水库东断裂组成，断裂走向北西320°，倾向北东，倾角65°，延伸小于2 km，宽0.5～1.0 m，表现为挤压破碎带，构造岩为蚀变花岗岩，具压碎构造，蚀变为绿泥石。节理发育，并见石英脉充填。根据隧洞沿线地质测绘和钻孔揭露，沿线无地质构造发育迹象。

1.4 水文地质

1.4.1 地下水类型、补径排特征及赋水性特征

基岩裂隙水主要赋存于下部强风化岩（块状）-弱风化花岗岩风化裂隙和部分张开的断裂构造裂隙内，接受上覆孔隙潜水越流补给和地下侧向径流补给，陆地区域突出地面的裸露岩体直接接受降雨补给。

根据隧洞沿线勘探期间钻孔水位的观测结果，隧洞沿线地下水位高于库水位，水位变化幅度小，在0.5～1.0 m范围内，主要受降雨影响，总体上地下水位较稳定。

1.4.2 岩土层渗透性

根据室内外渗透试验和相关工程资料分析，中粗砂、砾砂层为中等-强透水地层，微风化花岗岩为微透水地层，其余大都为弱透水性地层。

1.4.3 环境水（土）腐蚀性评价

本次勘察共采集了2组场地内地下水和1组铁岗水库水进行水质检测。

场地地下水对混凝土结构具一般酸性型和碳酸性型强腐蚀性（右岸），对钢筋混凝土中的钢筋无腐蚀性，对钢结构具有弱腐蚀性。

2 隧洞工程地质条件评价

2.1 箱涵及隧洞工程地质条件评价

（1）箱涵第一段（桩号YPD0+000-YPD0+146.4）为连通管涵的进水箱涵，为无压箱涵。该段箱涵基槽开挖深6～9 m，局部深约12 m，场地内地下水位高于基坑开挖面（与水库水连通），具强透水性，基坑开挖时涌水量大，需加强地下水截排措施，建议采用咬合钢板桩或高压旋喷桩等措施进行止水，坑内采用水泵进行抽排。

（2）箱涵第二段（桩号YPD0+413.12-YPD0+934.42），位于2号检查井和3号检查井之间，穿越了铁岗水库与石岩水库连通渠的库尾段及多条由铁岗水库向石岩水库供水的供水管道。该段箱涵地面高程21.0～30.0 m，箱涵基础底板主要位于素填土、粉质（砾质、砂质）黏土层、残积土层。素填土为新近堆积土，需挖出换填处理。在粉质黏土层下部分布有薄层淤泥质土，建议进行弱软下卧地层稳定性验算，确定是否进行处理。该段箱涵基槽开挖深1～10 m，一般3～5 m，建议采用咬合钢板桩+内撑进行基槽支护。此外，场地内地下水位高于基坑开挖面（与水库水连通），建议采用咬合钢板桩或高压旋喷桩等措施进行止水，坑内采用水泵进行抽排。

（3）箱涵第三段（桩号YPD3+009.36-YPD3+222.36）位于6号检查井和7号检查井之间，穿越了黄麻布河入铁岗水库库尾段。该段箱涵基槽开挖深5～7 m，因基坑深度大，整体放坡条件较差，不宜单独采用放坡开挖，建议采用咬合钢板桩+内撑进行基槽支护。此外，场地内地下水位高于基坑开挖面（与水库水连通），建议采用咬合钢板桩或高压旋喷桩等措施进行止水，坑内采用水泵进行抽排。

（4）箱涵第四段（桩号YPD5+002.19-YPD5+123.16）为连通管涵的出口段，穿越了九围河入铁岗水库库尾段。该段箱涵基槽开挖深1.2～12.0 m，建议采用咬合钢板桩+内撑进行基槽支护。此外，场地内地下水位高于基坑开挖面（与水库水连通），基坑底部有薄层中粗砂层，具承压性，设计应考虑基坑隆起和突涌等工程地质问题。

2.2 工作井工程地质条件评价

2.2.1 1 号、2号工作井

1号、2号工作井位于第一段隧洞起始和终端，结构尺寸为11.5 m×15.0 m，矩形，基底高程约为18.0 m，地面高程为33.01 m和30.2 m，基坑深约15.0 m和12.0 m。现状场地为水源保护区的林地内，树木茂密，两井间距266.7 m。工作井基底残积土，主要工程地质问题为基坑稳定、基坑涌水问题。基坑开挖坑壁揭露地层自上至下为砾质黏土和残积土，基坑不具备放坡条件，建议采用灌注桩+内撑进行基坑支护，具体深度由设计经嵌固稳定性验算后确定。

2.2.2 3 号、4号工作井

3号、4号工作井位于第二段隧洞起始端和中段，结构尺寸为9.4 m×11.5 m，矩形，基底高程约为18.5 m，地面高程为30.5 m和32.8 m，基坑深约12.0～14.5 m。现状场地为水源保护区的林地内，树木茂密，两井间距944 m。基坑开挖坑壁揭露地层自上至下为砾质黏土和残积土，基坑不具备放坡条件，建议采用灌注桩+内撑进行基坑支护，具体深度由设计经嵌固稳定性验算后确定。场地内地下水位较高，但水量贫乏，采用坑内抽水即可。

2.2.3 5 号、6号工作井

5号、6号工作井位于第二段隧洞的中段和终端，结构尺寸为9.4 m×11.5 m，矩形，基底高程约为17.5～18.0 m，地面高程为35.0 m和26.5 m，基坑深约9.0～17.0 m。现状场地为水源保护区的林地内，树木茂密。工作井基底残积土，基坑开挖坑壁揭露地层自上至下为砾质黏土和残积土，基坑不具备放坡条件，建议采用灌注桩+内撑进行基坑支护，具体深度由设计经嵌固稳定性验算后确定。

2.2.4 7 号、8号工作井

7号、8号工作井位于第三段隧洞的起点和终点，结构尺寸为11.5 m×15.4 m，矩形，基底高程约为17.0～17.5 m，地面高程为23.8 m和31.1 m，基坑深约8.7～14.2 m。现状场地为水源保护区的林地内，树木茂密。工作井基底残积土，主要工程地质问题为基坑稳定、基坑涌水问题。基坑开挖坑壁揭露地层自上至下为砾质黏土和残积土，基坑不具备放坡条件，建议采用灌注桩+内撑进行基坑支护，具体深度由设计经嵌固稳定性验算后确定。7号工作井场地内地下水位较高，水量丰富，宜加强截水措施。

3 隧洞工法比选

根据场地沿线工程地质条件及各隧洞施工工法的特点，对盾构法、矿山法和TMB法的适宜性进行评价。

3.1 盾构法

该工法主要适宜于相对均质的松软地层（土层），具有快速、安全、经济、环境影响小等优点，但对于局部障碍物（桩基础、孤石等）、基岩凸起带（上软下硬或全部为硬岩），较难处理。铁岗九围生态排水隧洞基岩面起伏大，隧洞洞身多位于基岩面附近或基岩内。基岩部分坚硬，弱风化花岗岩（上段）饱和单轴抗压强度12.4～38.9 MPa，平均23.1 MPa，弱风化花岗岩（下段）饱和单轴抗压强度30.7～59.5 MPa，平均44.0 MPa。隧洞洞身绝大部分横跨土岩混合地层（土体强度0～15 MPa，岩石部分强度大于60 MPa）或位于坚硬岩石内，隧洞洞身段地层极其软硬不均或地层坚硬，盾构工法适宜性差。应人石-九围生态排水隧洞基岩面埋深较大，隧洞洞身多位于残积土-强风化花岗岩地层，仅在高尔夫球场段基岩面埋深浅。

3.2 矿山法

矿山法可适应各种地质条件，施工方法、洞径变化灵活，但施工质量、效率一般较低，作业条件差，风险高。本场地基岩面起伏大，隧洞洞身多位于基岩面附近或基岩内。围岩经常边挖边塌或自稳时间很短，一般均需要超前支护或支护紧跟开挖。此外，洞身所在层位多为水量丰富的基岩面段，基岩裂隙水还存在承压性，隧洞施工前多需要超前全断面止水，并进行不良地质超前预报。隧洞工程地质条件和水文地质条件复杂，矿山工法施工不可预见性因素较多（塌方、突泥、涌砂、涌水、断层、地面沉降或塌陷），对施工质量要求高，工程投资大，该工法适宜性较差。

3.3 TBM法

TBM工法是在稳定的硬岩长隧洞快速施工的工法，具有快速、优质、安全和经济等优点，也具有一次性投资成本较高、前期制造和安装周期长、一次施工只能施工一个洞径、对地质比较敏感（不同地质应选择不同掘进机型）等缺点。铁岗九围生态排水隧洞推荐方案Ⅴ类围岩占54%，应人石-九围生态排水隧洞推荐方案Ⅴ类围岩约占91%。因此，当前埋深的隧洞采用TBM施工总体上适宜性差。

3.4 工法比选

综上所述，盾构工法对于洞身绝大部分位于上部松软土、下部坚硬岩或全部为坚硬岩的地层结构，不适宜；矿山法可使用于任何地层结构，但工程造价、施工技术要求高，风险大；TBM法在大部分为V类围岩的地层中适宜性差，且隧洞长度小，TBM法也很不经济。由于地处板块冲击区，地质复杂多变且地下水极为丰沛，以TBM钻掘施工皆极易发生灾变，断面愈大愈危险。此外，根据地质测绘和钻探结果，区域内多发育花岗岩孤石，大小不均，分布无规律，不适宜盾构工法和TBM法。用矿山法时宜对孤石区加强支护，避免塌方。从地质因素比较，各工法适宜性由好到差为：矿山法、盾构法、TBM法，由于各工法各有利弊，建议设计综合工程造价、施工工期、风险、工程质量等因素确定最优工法。

4 隧洞场地环境影响分析与评价

4.1 地下构筑物

铁岗九围生态排水隧洞：根据地表观察和收集资料，排水隧洞沿线分布的规模较大的构筑物有高压走廊塔基、广深高速、铁岗水库2号副坝和铁岗水库路。根据地形图位置比对，排水隧洞洞身线路上无高压走廊塔基，线路距离广深高速和铁岗水库2号副坝均有一定距离，对隧洞和竖井施工均无影响；排水隧洞箱涵段位于铁岗水库路下，箱涵段拟采用明挖施工工艺，铁岗水库路对箱涵施工无影响。

应人石-九围生态库连通管涵：根据地表观察和收集资料，连通管涵沿线分布的规模较大的构筑物有铁岗-长流陂支线供水工程供水管道、广深高速、南光高速。根据地形图位置比对，连通管涵洞身线路与供水管道交叉，且高程有交叉；线路距离高速有一定距离，对隧洞和竖井施工均无影响。

4.2 地下管线

铁岗九围生态排水隧洞：根据现场观察和场地管线探测资料，隧洞段沿线地下管线较少，仅在钻孔2PSZK15和2PSZK17距离西气东输高压燃气管道较近，其余段无地下管线分布；排水隧洞箱涵段位于铁岗水库路下，地下管线较复杂，尤其是与西乡河交汇的位置，管线错综复杂，对箱涵开挖有一定影响。

应人石-九围生态库连通管涵：连通管涵段大多位于水源保护区和高尔夫球场内，地下管线分布相对较少，仅在与铁岗-长流陂支线供水工程供水管道交叉位置、深圳市中波转播（633）台位置存在供水管道和通信光缆，隧洞（箱涵）施工时应注意。建议采取合理的设计与施工方案，做好监测工作，必要时可采取预加固处理措施，确保地下管线的安全。

4.3 地下水

铁岗九围生态排水隧洞：排水隧洞埋深较大，洞身穿越的含水层大多为基岩裂隙水，仅在穿越铁岗水库2号副坝的冲沟内揭露第四系孔隙潜水。根据钻孔压水试验和抽（提）水试验，该隧洞段基岩裂隙水富水性为一般～贫乏，主要接受上层孔隙潜水的越流补给和基岩裸露区的降雨补给。根据工程地质纵断面图，孔隙潜水与基岩裂隙水间有较厚的花岗岩残积土和全-强风化岩分隔，场地的基岩裂隙水与孔隙潜水联系不密切。

综上所述，除穿越铁岗水库2号副坝冲沟的隧洞施工有较大的涌水量外，其余段隧洞施工涌水量较小，临时、短时间、小方量的降水对周边环境影响不明显，但如长期降水，则很大程度上会引起周边地面下沉、塌陷、构（建）筑物和管线破坏等不良环境问题。

5 结语

隧洞主要工程地质问题为隧洞塌方、涌水、流沙和突泥等。隧洞洞身地层多为上软下硬地层，大部分洞顶为极不稳定的V类围岩，隧洞施工工法适宜性由高到低为：矿山法、盾构法、TBM法，应综合比较后确定最优方案。根据不同地质构造及不同围岩条件提出了隧洞围岩支护建议：IV类围岩采用喷混凝土+钢筋网+锚杆进行支护，V类围岩建议采用超前锚杆（管棚）进行支护，并紧跟钢筋混凝土衬砌，严格控制掘进长度。山体浅沟段和断裂段易发生塌方、突泥、涌水等问题，建议加强该部分的支护和止水措施，建议超前进行固结灌浆，并设置管棚+钢架超前支护。