宝麟线石咀山隧道工程地质特征分析

闫晓龙

(陕西铁道工程勘察有限公司，陕西 西安 710014)

0 引 言

随着我国西部大开发战略的不断推进，能源输送需求量不断增大，麟游矿区作为国家13个大型煤炭基地之一，煤炭资源丰富，煤层赋存较稳定，储量约3 381.02 mt。而国电宝鸡二电厂则为陕西省重点工程，一期机组规模为4×300 mW，二期为2×660 mW，三期为2×1 000 mW。基于国家西部大开发和“一线两带”大开发政策，建设宝鸡二电厂至麟游矿区铁路专用线能将宝鸡市煤炭需求和供给有效的联系起来，大幅提高矿区煤炭运输能力，对保证宝鸡市能源供给和电力基础设施的发展具有重要意义。

宝鸡二电厂至麟游矿区铁路专用线石咀山隧道工程位于陕西省宝鸡市凤翔县，由于场区上覆盖第四系上更新风积新黄土、第四系中更新统风积老黄土，而下伏基岩为白垩系下统砾岩、砂岩，作为特殊性土的黄土对隧道工程建设极为不利，采取科学合理的勘察方法，正确评估场区岩土体的工程地质特性，并提出行之有效的工程措施成为隧道建设的重要前提。本文以石咀山隧道工程为研究对象，采用地质钻探、原位测试和取样试验的方法对场区的地层进行勘察，综合分析地层的工程地质特征，评价上覆湿陷性黄土的类型和湿陷性等级，并对洞身范围内的围岩进行划分，提出了隧道洞身和洞门开挖和支护措施。

1 工程概况

新建铁路宝鸡二电厂至麟游矿区铁路专用线，在行政区划上隶属于位于陕西省关中西部的宝鸡市，地跨宝鸡所辖的凤翔、岐山、麟游三县。技术标准为地方铁路Ⅰ级，单线铁路，设计货物发送量2020年1 500万吨/年，2030年2 000万吨/年，远期3 000万吨/年。线路起点为宝鸡第二发电厂，经陈村镇、庞家务、董家河、太相寺，姚家沟镇、涧曲乡、杨家河、招贤至终点郭家河、园子沟、丈八井田区，总体走向先向东再北折。线路地势上呈北高南低之势，高程600～1 600 m。隧道全长约86.9 km，隧道17座，总长25 km，其中长隧道1座(长5 450 m)、中长隧道11座(长2 000 m以上的4座)、短隧道5座。石咀山隧道位于陕西省宝鸡市麟游县招贤镇境内，进口位于高家庄，出口位于石咀山，隧道里程范围DK69+880～DK75+160，全长5 280 m，洞身最大埋深224.22 m，属长隧道。

2 隧址区工程地质勘察方法

石咀山隧道的地质单元相对简单，隧道洞口第四系覆盖层较厚，针对这些特点，隧道工点按以下原则布置勘探量。

(1)隧道勘探点的数量和深度以查清地质条件、满足设计需要为原则，一般宜按不同地貌单元、地层结构及性质和工程设置布置。

(2)勘探点间距及深度：隧道进、出口原则上应布设勘探点，对构造带位置、浅埋地段和物探异常点等应酌情布置钻孔，一般情况下，钻孔间距不宜大于500 m。地质条件复杂地段勘探点应适当加密；勘探深度应至于路肩以下5～10 m，勘探位置宜布置中线以外8～10 m；对斜井等工程可布置适量的勘探点。

(3)勘探方法：洞口地段宜采用钻探、挖探；洞身宜采用钻探，辅以原位测试和物探。钻探工作主要用于控制地质结构，鉴定地层岩性、划分风化层界限、采取原状土和扰动土样、进行孔内原位测试；挖探等简易勘探工作主要用于对湿陷性黄土的勘察取样；标准贯入试验在黏性土、粉土、砂类土中进行，可用于评价黏性土及砂类土的承载力，确定砂类土的密实度，判定饱和砂土地震液化可能性；动力触探试验主要用于碎石类土、基岩风化层中进行；静力触探工作主要应用在黏性土、粉土、粉细砂、软土路基地段，进行力学分层和评价。

(4)测试：对于全线隧道洞身的深孔钻探应做到一孔多用，除查明地层层序、岩性、地下水等工程地质和水文地质特征外，孔内还应进行综合地质测试，包括岩体的纵波和横波速度、岩体完整性系数等，并应进行水文地质综合试验：抽水或提水试验、流速、流向测试、水质侵蚀性性分析等，以获取定性、定量资料，为设计做出工程地质和水文地质评价。基岩隧道洞身部位应取代表性岩样做干、湿抗压强度试验。

3 工程地质特征分析

石咀山隧道穿越中山区，黄土冲沟发育，地形起伏大，高程1 286～1 537 m。进口端位于招贤河左岸河流高阶地，为梯田台地，外侧为省道S306，交通较为便利；出口端位于石咀山山梁坡脚处，山坡基岩多裸露，植被发育，山坡自然坡度约25°左右，隧道进口出口端赵家沟，有小路与外界相通。隧址区构造单元属鄂尔多斯地台西南缘与关中凹陷的结合部位，断裂、褶皱不发育，岩层倾角小于5°，相对比较稳定，地质构造简单。区内发育两组节理，近于垂直，其走向分别为N20W、N65E，节理间距0.5～1 m。

隧址区地层主要为第四系上更新风积新黄土、第四系中更新统风积老黄土、白垩系下统砾岩、砂岩。第四系上更新统风积新黄土(Q3eol3)，普遍分布于隧址区梁峁顶部，厚度多为3～13 m，浅黄色、灰黄色，土质较均，硬塑，大孔隙及垂直节理发育，具湿陷性，Ⅱ级普通土，σ0=150 kPa；第四系中更新统老黄土(Q2eol3)，普遍分布于新黄土之下，出露于黄土冲沟沟壁，厚度较大，一般为12～35 m，褐黄色为主，硬塑，含大量钙质结核，夹数层古土壤，Ⅲ级硬土，σ0=250 kPa；白垩系下统砾岩(K1Cg)，普遍分布于老黄土层下，棕红色为主，薄层状构造，泥质胶结，成岩差，强风化层厚度多为20～35 m，Ⅲ级硬土，σ0=300 kPa；弱风化层厚度变化较大，除隧道进、出口段外，一般均超过30 m，Ⅳ级软石，σ0=700 kPa；白垩系下统砂岩(K1Ss)基本呈水平状分布于砾岩层下，层厚>20 m，钻探未揭穿，紫红色夹灰白色，中粒结构、中厚层状构造，局部夹泥岩、砾岩薄层，泥质胶结，成岩差。强风化层，主要分布于隧道进、出口段，Ⅲ级硬土，σ0=300 kPa；弱风化层，为隧道洞身段主要地层，Ⅳ级软石，σ0=600 kPa。

场区黄土具有明显的湿陷性，对场区典型黄土进行取样试验，评价结果为中等自重湿陷性黄，如表1所示。

表1 黄土湿陷性评价

4 工程地质条件评价及围岩分级

隧道进口端地表水为渭河水系支流招贤河，常年有水，随季节变化较大。其支流有七顷湾沟、石家咀沟，均为常年流水沟，流量分别为67.7 m3/d、186.4 m3/d；隧道出口端地表水为长益川河支流赵家河，其支流为麻子沟、罗湾沟汇合，常年流水，流量分别为218.9 m3/d、82 m3/d。

隧道洞身通过地层岩性为白垩系下统砂岩，局部泥岩、砾岩薄层，泥质胶结，成岩差；进出口端强风化层厚度20～35 m，岩体破碎，工程地质条件较差，隧道洞身处为弱风化砂岩层，工程地质条件相对较好。

根据隧道通过不同段落的工程地质、水文地质条件，对隧道洞身围岩分级如表2所示，综合分析，Ⅴ级围岩合计长度为1 200 m，占隧道总长的22.73%；Ⅳ级围岩合计长度为4 080 m，占隧道总长的77.27%。

表2 隧洞洞身围岩分级

针对隧址区岩土工程地质条件，提出如下主要工程措施。

施工中应做好地质超前预报及检测工作；隧道进口段为河流高阶地，洞室浅埋，覆盖层较薄，基岩风化较严重，设计时应加强支护及处理措施，开挖后应及时支护、衬砌；隧道出口段砂岩风化严重，节理裂隙发育，设计时应加强支护及处理措施，开挖后应及时支护、衬砌；隧道洞身位于砂岩地层中，局部夹泥岩、砾岩薄层，泥质胶结，成岩差，易发生掉块、坍塌，应加强支护；进出口端边、仰坡坡率在新黄土地层为1∶ 1.5，砂岩(强风化)地层为1∶ 0.5；施工时应加强洞口边仰坡排水。

5 结 语

隧道工程作为隐蔽性工程，对工程地质勘察的成果要求非常高。而新建铁路宝鸡二电厂至麟游矿区铁路专用线石咀山隧道穿越厚度较大的黄土地层，黄土地层的湿陷性、地层分布等工程地质特性对隧道建设具有十分重要的作用。研究采用了地质钻探、原位测试和取样试验的方法对场区的地层进行勘察，综合分析地层的工程地质特征，评价得出隧址区的上覆黄土为自重湿陷性黄土，湿陷性等级为中级，进出口端边、仰坡坡率在新黄土地层为1∶ 1.5，砂岩(强风化)地层为1∶ 0.5；施工时应加强洞口边仰坡排水；下伏基岩砂岩局部夹泥岩、砾岩薄层，泥质胶结，成岩差，易发生掉块、坍塌，应加强支护。