隧道工程岩土勘察与评价研究

陈俊杰

（安徽建材地质工程勘察院有限公司，安徽 合肥）

隧道岩土工程作为一门综合性的学科，勘察技术的要求很高，保证隧道岩土勘察工作的顺利进行。在隧道岩土工程中，应严格制定勘探策略，认真研究勘探方法，对隧道岩土进行全面探测，保证勘察工作的顺利进行[1]。

1 工程概况

C1-02 段隧道位于池州市贵池区梅街镇范围内。隧道起点桩号K1+773.0，终点桩号K4+310.0，长度2 537.0 m，最大埋深约176.5 m。隧址区植被发育，无民房分布。按《公路隧道设计细则》，该隧道为长隧道。隧道主要参数见表1。

表1 隧道主要参数一览表

2 勘察方法与勘察工作量

2.1 勘察方法

本次勘察在收集相关资料的基础上[2]，采用了工程地质调绘、钻探、物探及室内岩石试验等手段，在勘察过程中严格按相关规范要求执行，取得的成果真实可靠，满足现行规范的要求，查明了隧址区工程地质和水文地质条件，为隧道施工图设计提供了可靠的地质依据和参数。

2.2 勘察工作量

勘察完成主要工作量见表2。

表2 完成工作量统计

3 隧址区工程地质、水文地质条件

3.1 地层

隧址区地层主要为志留系中统坟头组（S2f）石英细砂岩、泥质粉砂岩与粉砂质页岩互层（地层代号⑥层）、志留系下统高家边组（S1g）粉砂质页岩（地层代号⑦层）、岩屑石英砂岩（地层代号⑧层）、泥质页岩、粉砂质页岩夹薄至厚层岩屑石英细砂岩（地层代号⑨层）及泥质页岩夹炭质页岩（地层代号⑩层），表层覆盖第四系全新统残坡积（Q4el+dl）碎石土（地层代号①层）。

3.2 地质构造

隧址区大地构造单元隶属扬子准地台下扬子台坳。以梅村- 太平曹深断裂为界，北南两侧可分为贵池背向斜带和七都复背斜。贵池背向斜带位于区域北西部，由桃坡背斜和潘桥向斜组成，以北东向线性紧闭褶皱为主，且多发生倒转并伴有同褶皱期的断裂构造，其构造形态较复杂。七都复背斜位于区域南东部，区内潘桥向斜控制了查区内主体构造形态。为探明隧道段落内构造发育情况，本次勘察在收集区域地质资料的基础上，采用工程地质调绘、钻探、高密度电阻率法、瞬变电磁法、地震折射法、声波测井等手段进行综合勘察。根据本次勘察结果，未发现隧址区分布有断裂带及破碎带。

3.3 岩浆岩

隧址区内无岩浆岩分布。

3.4 水文地质条件

3.4.1 地表水

隧址区地表冲沟较发育，冲沟内无常年流水，为季节性水流，受大气降水影响较大。水流顺山坡向沟底汇集。隧道入、出口段有冲沟分布。隧道入、出口段标高高于地表径流高程，因此入、出口段地表水对隧道影响较小。

3.4.2 地下水

隧址区地下水水量受大气降水、地表水的影响，与地表水联系密切，呈季节性变化。根据地下水蕴藏于岩石储体空间的特征，隧址区地下水可划分为孔隙水和裂隙水两类。孔隙水主要赋存于第四系全新统残坡积层中，受大气降水补给，富水性弱。裂隙水主要存在于岩体构造节理裂隙中，接受大气降水的补给和层间径流的补给，并在风化裂隙、构造裂隙等的基础上沿强、中风化界面进行汇集、运动，在斜坡坡脚及冲沟沟口等局部地势相对较低的地方，以下降泉等形式进行排泄出露，具有近源补给，就近排泄的特征。由于含水层受强风化层厚度制约，地下水富水性属贫～弱含水，故地下水流量不大。

3.5 隧道涌水量预测

隧道涌水量参照《铁路工程水文地质勘察规程》，采用降水入渗法对隧道渗水量进行预测[3]：

式中：Qs- 隧道通过含水体地段的正常涌水量(m3/d)；α- 降水入渗系数，根据本区情况，取α=0.20～0.25；W- 年降水量，根据勘察区情况，多年平均降雨量取1 700 mm，最大年降雨量取2 200 mm；A- 隧道通过含水体地段的集水面积(km2)；L- 隧道通过含水体地段的长度(km)；B- 隧道涌水地段L 长度内对两侧的影响宽度(km)。

根据围岩级别、地形地貌及汇水面积对隧道分段，通过计算，分段预测隧道正常涌水量和最大涌水量，见表3。

表3 正常涌水量分段计算

根据降水入渗法预测隧道的涌水量，隧道单洞正常涌水量为1 557.41 m3/d，单洞最大涌水量为2 015.47 m3/d。

4 工程地质条件评价

4.1 区域稳定性

隧址区及附近无区域性大断裂，未见有大型泥石流、滑坡等不良地质作用发育。场地较稳定，基本适宜本工程建设。

4.2 隧道洞口评价

4.2.1 隧道入洞口评价

隧道入洞口地表坡角较平缓，坡度在15°～45°，自然边坡稳定。设计为明洞进洞，仰坡为自然坡。入洞口地层主要为强风化泥质页岩夹炭质页岩及中风化泥质页岩夹炭质页岩。自然边坡稳定性差，覆盖层抗冲刷能力差，在雨水作用下易造成坡面破坏。入洞口仰坡坡面与岩层层面关系的赤平投影图分析[4]，见图1。

图1 赤平投影

通过现场调绘，主要发育4 组节理，产状分别为：节理1：91°∠54°，节理2：24°∠22°，节理3：113°∠80°，节理4：346°∠37°。入洞口仰坡产状约为32°∠35°，岩层产状为230°∠60°。节理4与自然边坡小角度相交，节理2 与自然边坡近顺倾，节理倾角小于坡角，且岩层中存在泥质页岩软弱结构面，易发生顺层滑塌。由于节理1、节理2、节理3、节理4 相互之间的结构面交线位于坡体外侧，易产生楔形体滑塌，同时坡面表层发育较厚碎石土、强风化泥质页岩夹炭质页岩，在重力、风化作用、地表水下渗作用和地下水侵蚀作用、施工扰动等不利条件下，易发生楔形体掉块和表层小型滑塌，建议采取必要的防护措施，可设置锚杆（索）框架。入洞口洞门处基底地层为强风化泥质页岩夹炭质页岩。强风化泥质页岩夹炭质页岩推荐承载力基本容许值〔fσ0〕＝300～400 kPa，可以作为洞门明挖基础持力层。

4.2.2 隧道出洞口评价

隧道出洞口地表坡角较平缓，坡度在15°～25°，自然边坡稳定。设计为明洞出洞，仰坡为自然坡。出洞口地层主要为碎石土、强风化石英细砂岩、泥质粉砂岩与粉砂质页岩互层及中风化石英细砂岩、泥质粉砂岩与粉砂质页岩互层，自然边坡稳定性好，边坡开挖后整体稳定性较差，碎石土、强风化石英细砂岩、泥质粉砂岩与粉砂质页岩互层抗冲刷能力差，在雨水作用下易造成坡面破坏，建议采取挂网绿化、框架植草等植物防护措施对坡面进行防护，并采取必要的防排水措施。出洞口洞门处基底地层为强风化石英细砂岩、泥质粉砂岩与粉砂质页岩互层。强风化石英细砂岩、泥质粉砂岩与粉砂质页岩互层推荐承载力基本容许值〔fσ0〕＝500～600 kPa，可以作为洞门明挖基础持力层。

4.3 隧道洞身工程地质逐段评价

区段1（K1+773.0～K2+930.0）：隧道入洞口围岩主要为碎石土、强风化泥质页岩夹炭质页岩及中风化泥质页岩夹炭质页岩，隧道洞身段围岩主要为中风化粉砂质页岩、中风化泥质页岩夹炭质页岩。出洞口底板位于自然地面以下约8.6 m，洞身段埋深约5.1～67.9 m。中风化粉砂质页岩饱和抗压强度标准值为9.76 MPa，中风化泥质页岩夹炭质页岩饱和抗压强度标准值为11.49 MPa，属软岩，岩体破碎，节理裂隙发育。地下水为基岩裂隙水，水量贫乏。视电阻率大多为300～1 000 Ω·m，局部呈高阻反映。围岩稳定性差。施工扰动可能发生掉块、坍塌、冒顶；雨季施工可能发生淋雨状或线状出水，应加强防排水和围岩支护及超前预报。

区段2（K2+930.0～K3+430.0）：隧道洞身段围岩主要为中风化泥质页岩、粉砂质页岩夹薄至厚层岩屑石英细砂岩，埋深约21.4～113.9 m。覆盖层较薄，岩体破碎，节理裂隙发育。地下水为基岩裂隙水，水量贫乏。围岩稳定性差。视电阻率大多为200～600 Ω·m，局部大于600 Ω·m，呈相对低阻。

区段3（K3+430.0～K4+090.0）：隧道洞身段围岩主要为中风化岩屑石英砂岩，局部为中风化泥质页岩、粉砂质页岩夹薄至厚层岩屑石英细砂岩，埋深约77.8～176.5 m。中风化岩屑石英砂岩饱和抗压强度标准值为10.10 MPa，属软岩，岩体较破碎，结构面较发育、结合一般。地下水为基岩裂隙水，水量贫乏。视电阻率1 000～3 000 Ω·m，围岩稳定性较差。

5 结论

（1） 本次勘察基本查明了项目所在地的工程地质和水文地质条件，为设计提供了必要的工程地质依据和参数。

（2） 隧址区未见不良地质，未见特殊性岩土发育，场地较稳定，适宜本工程建设。

（3） 隧道入洞口地层主要为碎石土、强风化泥质页岩夹炭质页岩及中风化泥质页岩夹炭质页岩，在重力、风化作用、地表水下渗作用和地下水侵蚀作用、施工扰动等不利条件下，易发生楔形体掉块和表层小型滑塌，建议采取必要的防护措施，可设置锚杆（索）框架。隧道出洞口地层主要为碎石土、强风化石英细砂岩、泥质粉砂岩与粉砂质页岩互层及中风化石英细砂岩、泥质粉砂岩与粉砂质页岩互层，在雨水作用下易造成坡面破坏，建议采取挂网绿化、框架植草等植物防护措施对坡面进行防护，并采取必要的防排水措施。雨季施工地表水不及时疏排，隧道开挖易发生淋雨状或线状出水。受下渗水浸泡软化，Ⅴ级围岩洞顶易发生掉块、坍塌、冒顶等现象，Ⅳ级围岩可能发生掉块、坍塌，施工时应加强防排水和超前支护措施。