新桥车场出入线暗挖段洞室围岩分类研究

杨永昕

（重庆市勘测院，重庆 400000）

1 工程概况

重庆轨道交通九号线一期工程新桥车场出入线位于重庆市沙坪坝区，出入线区间为单洞双线隧道，隧道洞跨11.7～12.2 m，埋深0～84.6 m，右线起讫里程RDK0+021.780～RDK1+503.976，长1 482.196 m，终点里程至停车场分界处延伸86.15 m。本段区间隧道总长度为1 568.346 m，RDK0+021.780～RDK1+415.014段为暗挖段，长度为1 393.234 m；其余部分为明挖段，长度为175.112 m。

2 暗挖段工程地质条件

2.1 基本工程地质条件

工程区内地面高程一般为287～380 m，最大相对高差约93 m。区内地层主要由第四系全新统松散层（Q4）、侏罗系中统新田沟组岩层（J2X）、侏罗系中下统自流井组岩层（J1-2Z）组成，基岩以厚层砂质泥岩为主，夹薄层砂岩。其中，砂质泥岩为极软岩，抗风化能力差；砂岩属较硬岩，抗风化能力较强，洞身段主要为深埋隧洞。工程区位于观音峡冲断背斜东翼，无断裂构造发育。岩层层间结构面结合差，属软弱结构面。场地地下水受大气降水渗入补给，根据场地地下水的赋存条件、水理性质及水力特征，场地内地下水被划分为第四系松散层孔隙水和碎屑岩类孔隙裂隙水。

2.2 岩土体物理力学性质

（1）单轴抗压强度。

本次勘察取岩样15组，进行室内物理力学测试，包括砂质泥岩13组、砂岩2组。统计时，按岩性划分为两个统计单元，分别进行统计。

新田沟组：中风化砂岩饱和抗压强度标准值为31.5 MPa，天然抗压强度标准值为42.0 MPa，为较硬岩；中风化砂质泥岩饱和抗压强度标准值为3.8 MPa，天然抗压强度标准值为6.8 MPa，为极软岩。

自流井组：中风化砂岩饱和抗压强度标准值为31.5 MPa，天然抗压强度标准值为42.0 MPa，为较硬岩；中风化砂质泥岩饱和抗压强度标准值为5.3 MPa，天然抗压强度标准值为8.8 MPa，为软岩。

（2）声波测试。

为了进一步了解不同岩体的完整性、裂隙发育情况等，对区内岩体采用声波（纵波）测试。

岩体完整性系数计算及评价如表1所示。

表1 岩体完整性系数计算及评价

由表1可知，研究区内中等风化岩体完整性系数为0.71～0.80，岩体较完整。中等风化砂岩声波速度为3 335～3 594 m/s；中等风化砂质泥岩声波速度为3 123～3 150 m/s。场地内裂隙较发育，随深度增加波速渐增，岩石风化程度降低。测试成果与调查、钻探的定性分析一致。

（3）压水试验。

调查场地岩石渗透系数，本次勘察选取1个钻孔进行压水试验，根据《城市轨道交通岩土工程勘察规范》（GB 50307—2012），砂岩渗透系数为0.183 m/d，为弱透水岩体；砂质泥岩渗透系数为0.009 5 m/d，为微透水岩体。

3 隧洞涌水预测及围岩分类

3.1 隧洞涌水预测

重庆市轨道交通九号线一期新桥车场出入线的水文地质条件较简单，地下水主要以上层滞水和基岩裂隙水形式存在，分布不连续，受大气降水补给，无统一地下水位，水铁路工程水文地质勘察规范量受季节影响较大。

根据隧道所处环境，参考《铁路工程水文地质勘察规范》（TB 10049—2014），计算涌水量和最大涌水量。

式中：Q——隧道涌水量（m3/d）；H——含水层厚度（m）；S——设计水位降深（m）；R——隧道涌水影响半径（m），；B——隧道通过含水层中的长度；K——岩体的渗透系数（m/d）。

式中：Q——隧道最大涌水量（m3/d）；H——静止水位至洞身横断面等价圆中心的距离（m）；d——洞身横断面等价圆直径（m）；L——隧道通过含水体的长度（m）；K——含水体的渗透系数（m/d）。

段RDK0+021.780～RDK1+415.014隧洞正常涌水量为518 m3/d，地下水级别为Ⅰ级；隧道最大涌水量为1 270 m3/d。依据场地水文地质条件分析，隧道沿线地层主要为微透水段，岩体较完整，隧道涌水量较小；根据已施工完成的轨道工程施工经验，隧道的涌水一般沿裂隙涌出，隧道施工可以使基岩裂隙水水量明显增大，初期水量较大且集中，随时间增加，水量逐渐减小，水量不均匀现象明显。隧道实际涌水量受施工季节及降水季节影响严重，根据重庆地区隧道施工经验，裂隙贯通性较好或邻近有水源情况时，可能出现800～2 000 m3/d的集中涌水现象。施工期应加强超前地质预报，对渗水严重地段采用径向注浆进行堵水、封闭处理。隧道正常涌水总量约518 m3/d，最大涌水量受持续降雨或地下管网渗漏影响，最大涌总水量约1 270 m3/d。应根据实际涌水量采取适当的排水措施。

3.2 隧道围岩分类

（1）围岩分级原则。

围岩分级时，根据《城市轨道交通岩土工程勘察规范》GB 50307—2012划分，以围岩的饱和抗压强度、裂隙发育情况、风化程度、岩体完整性系数和纵波波速进行围岩基本分级，主要考虑隧道起拱线至拱顶以上2倍（Ⅰ～Ⅲ级）或2.5倍（Ⅳ～Ⅵ级）压力拱高范围内的岩体特征。

新田沟组：岩层一般呈中厚层状，为较完整～完整岩体，岩体中发育2组构造裂隙，岩体呈块石状镶嵌结构，裂隙较发育，参考岩土物理力学性质，新田沟组围岩基本级别为Ⅴ级。

场地人工填土呈稍密状态，粉质黏土呈可塑状，表层土体及基岩强风化带的围岩基本级别为Ⅴ级。

（2）深浅埋隧道的划分。

根据《铁路隧道设计规范》（TB 10003—2016），深埋与浅埋洞室原则上以2倍（Ⅰ～Ⅲ级）或2.5倍（Ⅳ～Ⅵ级）荷载高度h为划分界线。针对Ⅳ～Ⅵ级围岩原则，按2.5倍围岩压力计算高度为深埋与浅埋的分界深度Hp（Hp＝2.5h）。

式中：S——围岩级别；B——隧道跨度。

隧道围岩压力计算高度如表2所示。

表2 隧道围岩压力计算高度

（3）隧道围岩分类。

参考《铁路隧道设计规范》（TB 10003—2016），结合洞室地下水状态、隧洞埋深、围岩弹性纵波速度值及地应力状态[1-2]，对洞室围岩类进行划分。

最后，来看百姓需求方面。非农土地的扩张，致使一些地方农业耕地在减少。而且今年多数农产品价格呈持续下跌走势。其中山东大蒜价格惨跌，市场行情波动大，山东蒜农亏损严重。今年大蒜收购价只有每斤0.8元左右，创下近10年最低价，而成本却是每斤2块，每斤净亏1.2元，按每亩地2000斤产量算，农户每亩大蒜要亏损2400元左右。谭经理表示，今年小麦、玉米、水稻价格即使不跌也不会大涨，所以百姓对农作物投资积极性比较低。

桩RDK0+021.780～RDK1+360段：围岩以砂质泥岩夹薄层砂岩为主，围岩基本分级为Ⅳ级，地下水状态为Ⅰ级，为深埋隧洞，修正围岩级别为Ⅳ级，支护不及时可能发生局部坍塌、掉块。

桩RDK1+360～RDK1+415.014段：围岩以砂质泥岩夹薄层砂岩为主，围岩基本分级为Ⅴ级，地下水状态为Ⅰ级，为浅埋隧洞，修正围岩级别为Ⅴ级，支护不及时可能发生整体坍塌甚至地表下沉。

3.3 围岩分段工程地质条件评价

（1）RDK0+021.780～RDK0+495段。

本段隧道走向246°～306°，为深埋隧道。本段隧道左侧壁倾向336°～36°，右侧壁倾向156°～216°，隧道侧壁与隧道岩体内结构面的关系见极射赤平投影图。

RDK0+021.780～RDK0+495段隧道侧壁赤平投影如图1所示。

图1 RDK0+021.780～RDK0+495段隧道侧壁赤平投影

由图1可知，左侧壁倾向与裂隙J2倾向一致，为外倾不利组合，左侧壁稳定主要受裂隙J2控制，开挖时可能出现局部垮塌现象，应加强左侧壁支护，及时清除或锚固洞壁出现的松动块体；右侧壁与J1和层面的组合交线AO倾向一致，为外倾不利组合，但AO倾角仅为2°，外倾结构面对右侧壁稳定性影响较小，右侧壁稳定性主要受岩体自身强度控制，开挖时可能出现局部掉块现象，应及时清除或锚固洞壁出现的松动块体。本段隧道成洞条件较好，隧道无支撑时拱顶及侧壁易产生局部掉块（坍塌），应做好初期支护措施，分部开挖，及时进行二衬。施工期间可能产生局部集中涌水，应加强排水措施或径向注浆堵水，加强信息法设计和施工监测。

（2）RDK0+495～RDK0+605段。

本段隧道走向306°～336°，为深埋隧道。本段隧道左侧壁倾向36°～66°，右侧壁倾向216°～246°。

RDK0+495～RDK0+605段隧道侧壁赤平投影如图2所示。

图2 RDK0+495～RDK0+605段隧道侧壁赤平投影

左侧壁倾向与裂隙J2和层面的组合交线BO倾向一致，为外倾不利组合，左侧壁稳定主要受组合交线BO控制，开挖时可能出现局部掉块现象，建议及时清除或锚固松动块体；RDK0+495～RDK0+582段右侧壁无外倾结构面，右侧壁稳定性主要受岩体自身强度控制，开挖时可能出现局部掉块现象，建议及时清除或锚固洞壁出现的松动块体；RDK0+582～RDK0+605段右侧壁倾向与裂隙J1倾向一致，为外倾不利组合，右侧壁稳定主要受裂隙J1控制，开挖时可能出现局部垮塌现象，建议施工时加强右侧壁支护，及时清除或锚固洞壁松动块体。本段隧道成洞条件较好，隧道无支撑时拱顶及侧壁易产生局部掉块（坍塌），建做作好初期支护措施，分部开挖，及时进行二衬。施工期间可能产生局部集中涌水，建议加强排水措施或径向注浆堵水，加强信息法设计和施工加强监测。

（3）出入线里程RDK0+605～RDK1+015隧道段。

本段隧道走向336°～34°，为深埋隧道。本段隧道左侧壁倾向66°～125°，右侧壁倾向246°～305°。

RDK0+605～RDK1+015段隧道侧壁赤平投影如图3所示。

图3 RDK0+605～RDK1+015段隧道侧壁赤平投影

左侧壁倾向与层面、J2与层面的组合交线BO倾向一致，为外倾不利组合，左侧壁稳定性主要受层面控制，岩体多呈薄层状，受裂隙切割影响，隧道岩体易沿岩层面滑塌，设计时应考虑岩层对左侧壁的偏压作用，建议做好超前支护措施并加强初支，分部开挖，及时进行二衬。右侧壁与裂隙J1、J1和J2的组合交线CO倾向一致，为外倾不利组合，右侧壁稳定主要受裂隙J1控制，开挖时可能出现局部垮塌现象，建议做好超前支护措施并加强初支，及时清除或锚固洞壁出现的松动块体。本段隧道岩层走向与隧道轴线基本平行，围岩易沿结构面滑塌，成洞条件较差，两壁岩体受外倾结构面影响易松动并发生局部滑塌。建议本段做好超前支护措施并加强初支，分部开挖，及时进行二衬。施工期间可能产生局部集中涌水，建议加强排水措施或径向注浆堵水，加强信息法设计和施工监测。

（4）出入线里程RDK1+015～RDK1+360隧道段

本段隧道走向34°～63°，为深埋隧道。本段隧道左侧壁倾向125°～153°，右侧壁倾向305°～333°。

RDK1+015～RDK1+360段隧道侧壁赤平投影如图4所示。

图4 RDK1+015～RDK1+360段隧道侧壁赤平投影

左侧壁无外倾结构面，侧壁稳定性主要受岩体自身强度控制，开挖时可能出现局部掉块现象，建议及时清除或锚固洞壁的松动块体；RDK1+015～RDK1+039段右侧壁倾向与裂隙J1、J2的组合交线CO倾向一致，为外倾不利组合，右侧壁稳定主要受组合交线CO控制，开挖时可能出现局部掉块现象，建议及时清除或锚固洞壁出现的松动块体；RDK1+039～RDK1+100段右侧壁无外倾结构面，侧壁稳定性主要受岩体自身强度控制，开挖时可能出现局部掉块现象，建议及时清除或锚固洞壁出现的松动块体；RDK1+100～RDK1+360段右侧壁倾向与裂隙J2倾向一致，为外倾不利组合，右侧壁稳定主要受裂隙J2控制，开挖时可能出现局部垮塌现象，建议施工时加强右侧壁支护，及时清除或锚固洞壁出现的松动块体。本段隧道成洞条件较好，隧道无支撑时拱顶及侧壁易产生局部掉块（坍塌），建议做好初期支护措施，分部开挖，及时进行二衬。施工期间可能产生局部集中涌水，建议加强排水措施或径向注浆堵水，加强信息法设计和施工加强监测。

（5）出入线里程RDK1+360～RDK1+415.014隧道段。

本段隧道走向63°，为浅埋隧道。本段隧道成洞条件极差，开挖过程易出现隧道突水、开挖面坍塌、冒顶、边墙失稳、围岩松动、地表沉降等问题，建议做好超前支护措施并加强初支，分部开挖，及时进行二衬。隧道开挖后洞底均位于中风化基岩之中，中风化基岩可直接作为仰拱或道床持力层。建议施工时加强侧壁支护，及时清除或锚固洞壁出现的松动块体。

4 结语

本文以重庆轨道交通九号线一期工程新桥车场出入线为背景，结合钻探取芯、地质测绘、室内及原位试验成果对工程暗挖段围岩地质情况进行研究与类别划分，针对可能发生的涌水、掉块及塌方复杂地质问题提出合理化的建议。施工过程中施工人员能够根据现场掌子面围岩出露情况，及时判断围岩的自稳能力，制定相应的开挖支护措施，对类似工程的设计与施工具有参考意义。