龙南隧道断层F8-1地质核查及处理建议

李建辉 刘磊 赵小峰

1.江西省地质局第七地质大队 江西 赣州 341000 2.赣州市水利电力勘测设计研究院 江西 赣州 341000

1 工程概况

龙南隧道施工安全风险最高段落为长185m的F8区域性大断层破碎带，最高水压达0.5MPa，最大日涌水量达1.8万m3，总涌水量达到3000余万m3，在采用“增设迂回导坑排水、地表与洞内注浆相结合、加强支护结构”等综合处理方案穿越F8断层施工区域在后，又遇到F8-1断层破碎带，此断层在前期勘察时未查明其存在。

在施工过程中，DK100+005～DK100+070掌子面多呈砂土夹碎块状，有明显断层破碎挤压现象。开挖过程中DK100+010、DK100+066、DK100+061右侧拱脚位置出水，从底部向上冒水，清水，高20～30cm，初始水量较大，流量约50m3/h，之后逐渐减小，后稳定在9m3/h。2019年12月27日下午15:40左右DK100+056.6拱部突然坍塌，坍塌体呈土夹碎石状，无水，约2000m3。

2 工程地质、水文地质条件

龙南隧道属低山区地貌，总体地势为中间高两端低，中部地势陡峭，两侧稍缓和；区内最高海拔为860m，相对高差为100～500m，隧道最大埋深约为580m。沟谷内多发育溪流，局部沟底出露泥盆系老虎坳组（D2l）基岩，山坡及山间谷地植被较发育。F8-1断层破碎带附近隧道埋深90～110m。

F8-1断层破碎带附近地层岩性为：

（1）0 人工填土：稍密，潮湿，主要成份为碎石，层厚1.6～2.8m，平均层厚2.06m。

（11）3-0 砂岩：全风化（W4），灰褐色，芯呈土状、砂土状，受地下水浸泡软化。层厚2.8～15.4m，平均层厚9.18m。

（11）3-1 砂岩：全风化（W4），灰褐色，原岩结构尚可辨，岩芯呈土状、砂土状，局部夹少量碎块状强风化，层厚1.0～42.8m，平均层厚13.92m。

（11）3-2 砂岩：强风化（W3），黄褐色、灰褐色，裂隙发育，岩芯破碎，多呈碎块状、块状，裂隙面不新鲜，层厚0.0～＞35.0m。

（11）3-3 砂岩：弱风化（W2），主要矿物成分为石英、长石，砂质结构，中厚层状构造，节理裂隙发育，岩芯多呈柱状、短柱状，少量块状，节长一般5～35cm，RQD=45%。

区域上，F8-1断层属于中寨（全南）～江头圩（安远）大断裂（F8）的次生断裂，中寨～江头圩大断裂表现为一系列近于平行的断裂构造，断裂延伸40～70km，断裂多为压性断裂，受旋扭作用影响，不同部位断裂面倾向不一，性质互异，总体走向北偏东约40°。F8-1断层应由小里程倾向大里程，视倾角约65°，洞身断层破碎带宽约50m，交于地表DK99+961～DK100+019附近。

图1 龙南隧道断层F8-1位置及产状图

测区地形切割较为强烈，相对高差较大，风化裂隙十分发育，地面植被层较发育，强风化层厚度较厚，大气降水为地下水主要补给来源。部分大气降水通过裂隙、断层带下渗后，通过包气带后由垂向径流转向水平径流，其中大部分赋存于浅部的风化裂隙和构造裂隙中，通过短途径的地下径流后在沟谷中或悬崖部位以下降泉或散流形式排泄，地下水水位动态变化大，部分沿着大的构造裂隙和断层破碎带向深部径流，成为深部地下水静储量的一部分。

钻探过程中，部分钻孔（分别位于DK100+045左侧1.3m、DK100+065右侧6.4m、DK100+065左侧1.2m处）孔口有涌水现象，水头高约5cm， DK100+064左侧1.2m处有一处出水点，推测为断层破碎带内裂隙水集中出水口。本隧道施工过程中遇到断层裂隙水集中流出，稳定流量25～30m3/h,即600～720m3/d，考虑丰水期系数，预测该段最大出水量为1080m3/d。

3 勘察成果

3.1 拱顶上部

受测区两端台车控制，拱顶反磁通瞬变电磁法勘探作业里程为DK100+030至DK100+120段。

图2 DK100+030至DK100+120段拱顶电阻率剖面及三维视图

从拱顶测剖的电性剖面来看，DK110+050至DK110+070段均存在较明显的低电阻率凹槽，推测该区域拱顶围岩完整性较差，推断围岩完整性较差。推测拱顶围岩完整性差、有地下水富集的可能性。

3.2 隧底

3.2.1 地质雷达法

图3 DK100+025至DK100+120段地质雷达剖面图

从200MHz隧底地质雷达剖面来看，电磁波信号衰减较快，仅可以反应5m左右的深度，受仰拱钢筋网影响，存在极强的多次波，勘探效果不佳；100MHz雷达有效信号深度约15m左右，同样受到多次波影响，从振幅特征来看DK100+025至DK100+070段振幅较强，整体反应隧底以下围岩区域含水率高。

3.2.2 反磁通瞬变电磁法

从图4剖面来看，其中DK100+020至DK100+070段存在明显的低电阻率凹槽，推测该区域隧底围岩完整性差；DK100+070至DK110+090段存在一高阻突起，推断为岩性变化影响（不排除外源电磁干扰造成数据畸变的可能性）；测线两端存在的低阻异常为两端台车干扰影响反应。整体来看DK100+020至DK100+070段低阻槽反应明显，推测隧底围岩完整性差、有地下水富集；低阻槽形态变化整体来看，小里程方向低阻发育深度变化较缓慢，而大里程方向电阻率存在低阻与高阻突变的电性分界线，倾角陡立。

图4 DK109+985至DK110+150段HPTEM电阻率剖面及三维视图

3.2.3 机动钻探

隧底隧底补充机动钻孔布置平面图及剖面成果见图5。

图5 DK100+005～+085隧底补充机动钻孔布置图

如图5、图6所示，通过地质钻探取芯提示，断层F8-1破碎带内岩石风化强烈，顶部5.0～18.6含水量高，岩芯灰黄色，呈可塑土状，土质软弱；下部岩芯呈全风化土夹碎块状，灰黄色，稍湿，中密。F8-1破碎带周边岩体岩性为砂岩，灰白色，风化较强烈，岩芯破碎，RQD=10-40%。钻进时孔口少量涌水。其中断层F8-1在铁路左线位置宽约30m，中线位置宽约45m，右线位置宽约36m，倾向小里程，推测倾角约70-80°。

图6 左线、中线和右线剖面图

4 结论

通过地质雷达、反磁通瞬变电磁法并结合地质钻探等勘探手段揭示：

（1）DK100+025～+070范围内隧道洞顶一定深度内存在松动岩体，最大厚度超过20m，不排除坍塌空洞的存在。

（2）结合本段开展的补充综合勘探成果，判定在DK100+025～DK100+070间发育一陡倾断层F8-1，倾向小里程端，倾角陡倾。受其影响，本段隧道基底岩体风化不均现象突出，发育承压断层裂隙水。根据承压水观测数据并结合地形地貌、区域水文地质条件，预测该段最大出水量为1080m3/d。

5 意见建议

（1） 拱顶加固处理，拱顶上部需根据松动岩体厚度、空腔位置采用加固处理。建议采用径向注浆、超前大管棚等施工措施。DK100+025～DK100+070段断层破碎带内基底以下5.0～18.6m范围内土质软弱，地基承载力低，需进行地基加固处理。建议采用袖阀管注浆和混凝土桩复合地基等加固措施。

（2） 断层内承压水需进行专项防排水设计，建议增设排水洞减压排水。加强超前地质预报，加强隧道变形监测。

6 结语

1、在山区隧道地质勘察时，由于地质构造的复杂性，地质钻探施工困难且布孔数量有限，而物探存在电磁波受干扰及解译的多解性，难免有未查明的破碎带存在，施工时应加强地质超前预报，必要时及时做施工补充勘察。

2、当隧道施工遇到复杂地质构造时，易形成垮塌、涌水、等突发事故，软弱的破碎带承载力低、压缩性高，后期还可能产生翻浆、地面沉陷等地质灾害，应采取适当的围岩加固及地基处理措施。