某隧道隧址区初步工程地质特征研究

邵亚红

摘要 为了实现“十三五”安徽省高速公路县县通工程，S11巢黄高速为连接南北重要通道，其中位于青阳、泾县县界的某隧道更为控制性节点工程。文章以该隧道地质特征为研究对象，利用地质调绘、钻探、物探及室内试验等手段，结合相关资料分析该隧道的地质特征，探索设计解决施工过程中难点、重点工作的方案，为类似的隧道设计、施工提供理论指导。

关键词 隧道隧址区；初步工程；地质特征

中图分类号 U452.11文献标识码 A文章编号 2096-8949（2024）06-0116-03

0 引言

结构面J1、J3、J4陡倾，可能发生崩塌、掉块。边坡稳定性除受结构面影响外，还受岩性、风化程度、雨水冲刷等多种因素控制。进洞口段表层粉质黏土及强风化层受雨水浸泡强度降低，抗冲刷能力差，在重力、风化作用、地表水下渗作用和地下水浸蚀作用、施工扰动等不利条件下，易发生顺倾滑塌、楔形体滑塌及崩塌掉块，应加强防护。特殊性岩土主要为花岗岩风化残积土，局部分布于隧址区地表，主要表现为透水、富水能力强。随着含水量增大，其抗剪强度下降很大，工程性质较差，由于组成物质松散，易受水流冲刷造成水土流失，或沿风化界面产生滑塌。

1 隧址区工程地质、水文地质条件

1.1 地层

隧址区上覆薄层残坡积粉质黏土，下伏基岩为东堡超单元杨冲单元（K1Y）钾长花岗岩。

1.2 地质构造

根据区域资料[1]和野外工程地质调绘，隧址区发育F4、F5火山断层，为平移断层，分别与线路相交于K37+480（ZK37+440）、K38+200（ZK38+200）附近，其中F4断层走向313 °、倾角90 °，F5断层走向355 °、倾角90 °，受断层影响，断层影响范围内基岩完整性差，岩体极破碎～破碎，对工程建设影响大[2]。通过工程地质调绘，主要观测点节理裂隙统计情况见表1。

1.3 水文地质条件

在初步工程中，隧址区的水文地质条件是非常重要的。对于隧道工程的设计、施工和运营都会产生直接影响[3]。

水文地质条件的研究主要包括水文地质勘察和水文地质分析。通过对隧道区域周边的水文地质勘察，可以获取以下信息：季节性及长期降雨量的大小和变化规律，河流和溪流的密度和径流情况，地下水位和水质的分布以及地下水与地表水之间的关系等。了解水文地质条件对于隧道工程具有重要的意义，例如，高水位和强降雨可能导致地下水位升高，增加隧道施工中的排水难度和风险。此外，地下水的渗漏也可能引起隧道结构的湿润、浸泡和浸蚀，对隧道的稳定性和安全性造成潜在威胁[4]。

1.4 岩土工程地质特征

综合调绘、钻探、物探（大地电磁、地震折射、声波测井）[5-6]及室内试验等[7]，隧址区上覆薄层粉质黏土，局部夹少量碎石，下伏基岩出露为东堡超单元杨冲单元（K1Y）钾长花岗岩。具体地层岩土工程特征如下：

粉質黏土：灰黄色，可塑～硬塑，局部夹少量碎石。土石等级为Ⅱ级，土石类别为普通土，Vp=500～700 m/s，钻孔揭露层厚0.8～1.4 m。推荐承载力特征值〔fa0〕=160 kPa。

强风化钾长花岗岩呈现出灰黄色外观，结构粗粒，并具有块状构造。据土石等级评定，该岩石属于Ⅳ级土石，也是一种软石。其纵波速度（Vp）介于1 200～2 200 m/s之间。通过钻孔揭露，可看到岩层的厚度为5.2～7.9 m。推荐的承载力特征值〔fa0〕约为450～600 kPa。

中风化钾长花岗岩是一种青灰色的岩石，具有中粗粒结构和块状构造。岩芯通常呈现短柱状、柱状或少量的块状，其中柱状岩芯的长度一般在10～35 cm之间，最长可达90 cm。根据土石等级评定标准，中风化钾长花岗岩被归类为Ⅵ级土石，属于次坚石类别。其纵波速度（Vp）大于2 800 m/s。通过钻孔揭露的情况来看，未揭穿的层厚约为130.4～160.9 m。中风化钾长花岗岩具备推荐承载力特征值〔fa0〕为2 500 kPa。

该次隧址区围岩物理力学指标及岩石工程等级见表2。

1.5 不良地质及特殊性岩土

隧址区出露岩性为钾长花岗岩，其矿物成分差异明显，受区域地质构造和湿热交替气候影响，花岗岩球状风化不良地质现象极为发育，造成地基岩土的不均匀性，给隧道开挖施工带来较大困难[8]。

特殊性岩土主要为花岗岩风化残积土，局部分布于隧址区地表，主要表现为透水、富水能力强。随着含水量增大，其抗剪强度下降很大，工程性质较差，由于组成物质松散，易受水流冲刷造成水土流失，或沿风化界面产生滑塌。

2 隧道围岩级别划分

2.1 围岩分级的依据和方法

根据中华人民共和国行业标准《公路隧道设计规范》（JTG 3370.1—2018）及交通部标准《公路工程地质勘察规范》（JTG C20—2011）对公路隧道围岩的分级规定，围岩分级采取初步分级和详细定级两个步骤进行。

初步分级是依据岩石的坚硬程度、岩体完整程度两个基本因素的定性特征和定量的围岩基本质量指标[BQ]值进行，[BQ]值根据公式（1）、公式（2）计算求取：

BQ=100+3Rc+250Kv （1）

Kv=（Vpm/Vpr）2 （2）

式中，Rc——岩石饱和单轴抗压强度平均值；Kv——岩体完整性系数；Vpm——岩体弹性纵波波速；Vpr——岩石弹性纵波波速。

注：当Rc＞90Kv+30时，以Rc=90Kv+30和Kv代入公式计算；

当Kv＞0.04Rc+0.4时，以Kv=0.04Rc+0.4和Rc代入公式计算。

各钻孔设计洞底标高以上约三倍洞径范围内统计数据见表3。

详细定级是在岩体基本质量指标分级基础上考虑地下水、软弱结构面产状和围岩初始应力状态等因素的影响，修正岩体基本质量指标[BQ]，按照修正后的岩体基本质量指标[BQ]值，结合岩体的定性特征综合确定。岩体基本质量指标修正值[BQ]按下式计算求取：

BQ=BQ?100（K1+K2+K3） （3）

式中，BQ——岩体基本质量指标；K1——地下水影响修正系数；K2——主要软弱结构面产状修正系数；K3——初始应力状态影响修正系数。

2.2 围岩级别确定

根据上述依据和方法，结合调绘、物探、隧道洞口钻探资料及试验等勘察成果，按围岩或土体结构构造特征、受构造影响及节理裂隙发育程度、地应力、地下水等定性特征，综合确定隧道围岩级别。

3 工程地质条件评价

3.1 区域稳定性

根据区域资料和野外工程地质调绘，受断层影响，断层影响范围内基岩完整性差，岩体极破碎～破碎，对该工程建设影响大，区域稳定性一般。

3.2 洞口稳定性评价

隧道东端右线洞口轴线方向286 °，左线洞口轴线方向286 °，洞口位于斜坡地段，自然坡度约25 °～40 °，局部较陡，地表未见崩塌、滑坡等不良地质现象，自然边坡稳定。

隧道仰坡为自然坡，坡面倾向为98 °。边坡开挖岩性为强～中风化钾长花岗岩，边坡开挖后右侧开挖坡面倾向为196 °，左侧开挖坡面倾向为16 °，根据开挖后边坡倾向、坡率（1∶0.75～1∶1.00）及结构面产状作赤平投影图（见图1）。

根据赤平投影分析，仰坡：结构面交线均位于仰坡内侧，对边坡稳定性影响不大；右侧边坡：隧道左右线洞门处基底地层主要为强风化钾长花岗岩，推荐承载力特征值〔fa0〕=450～600 kPa，工程性质较好，承载力较高，可以作为洞门明挖基础持力层。

建议洞口施工尽量贴近自然坡率，早进洞，晚出洞，不切削原山坡，减少对仰坡的超挖，保证洞口的自然协调和边坡稳定。

4 主要工程地质问题及工程建設对环境的影响

4.1 主要工程地质问题

（1）浅埋、掉块、坍塌、冒顶。在隧道的初步工程地质探查中，发现地质构造活动频繁、岩体稳定性差。由于该区域存在断层、裂缝等地质构造破坏，地下水位较高，软弱岩体较多，因此在工程建设过程中可能面临浅埋、掉块、坍塌、冒顶等地质灾害问题。

（2）地下水渗漏问题。由于隧道所处地质环境复杂，周围岩石存在初始应力较低的特点，加之地下水丰富，地下水的渗漏成为一个主要的地质问题。地下水渗漏不仅会增加隧道施工的困难度，还可能给隧道的正常运行带来不利影响。

4.2 工程建设对环境的影响

工程建设对环境的影响是一个重要的问题，并且需要充分考虑和采取措施来减少其负面影响。在隧道初步工程中，也存在一些与环境相关的问题。

（1）隧道施工过程中可能会出现水源污染的问题。如果不加以妥善处理，施工所用的材料、化学药剂等可能会对地下水资源造成污染风险。为了避免这种情况的发生，建议严格控制和管理施工过程中的废水排放，确保不会对周边水资源造成污染。

（2）隧道施工对土地利用和景观改变也会产生一定的影响。在工程建设过程中，可能需要占用一部分土地资源和移除部分植被，这可能会对当地的生态系统带来一定程度的干扰。

5 结语

（1）隧址区的地下水主要来自风化带基岩裂隙中的水源。由于受到季节性变化的影响，地表水和地下水的水位会有较大的波动，所以在雨季进行隧道施工时需要格外注意。根据区域的水文资料以及对工地水质的分析，可以得知地表水和地下水对混凝土结构有一定的弱腐蚀性，并对钢筋混凝土结构中的钢筋造成轻微的腐蚀作用。

（2）隧道东端洞口自然坡度约25 °～40 °，局部较陡，自然边坡稳定，仰坡及右侧边坡开挖后整体稳定；右侧边坡易发生顺层滑塌及楔形体滑塌；结构面J1、J3、J4陡倾，可能发生崩塌、掉块。边坡稳定性除受结构面影响外，还受岩性、风化程度、雨水冲刷等多种因素控制。进洞口段表层粉质黏土及强风化层受雨水浸泡强度降低，抗冲刷能力差，在重力、风化作用、地表水下渗作用和地下水浸蚀作用、施工扰动等不利条件下，易发生顺倾滑塌、楔形体滑塌及崩塌掉块，应加强防护。

（3）隧址区出露岩性为钾长花岗岩，其矿物成分差异明显，受区域地质构造和湿热交替气候影响，花岗岩球状风化不良地质现象极为发育，造成地基岩土的不均匀性，给隧道开挖施工带来较大困难。特殊性岩土主要为花岗岩风化残积土，局部分布于隧址区地表，主要表现为透水、富水能力强。随着含水量增大，其抗剪强度下降很大，工程性质较差，由于组成物质松散，易受水流冲刷造成水土流失，或沿风化界面产生滑塌。

参考文献

[1]安徽省地质矿产局. 安徽省区域地质志[M]. 北京：地质出版社， 1987.

[2]何世中， 石磊， 周成凤， 等. 安徽泾县地质灾害风险调查与评价（1∶ 50 000）[R]. 安徽省地质矿产勘查局311地质队， 2022. 05.

[3]孙凤贤， 刘犇. 水灾与水荒并发型灾害及产生的地质环境[J]. 中国地质灾害与防治学报， 2000（2）： 17-20.

[4]韩忠. 工程地质勘察中的水文地质问题及其工作优化策略[J]. 工程技术研究， 2021（6）： 236-237.

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