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摘要:松節(jié)理隧道隧址區(qū)位于太岳山坳緣翹起帶,隧址區(qū)范圍內(nèi)無特殊巖土分布,對隧道圍巖穩(wěn)定性有影響的不良地質(zhì)主要為巖溶。本文對隧道區(qū)巖體工程地質(zhì)特征和水文地質(zhì)特征進行了分析,對隧道洞口邊坡穩(wěn)定性進行了評價。認為隧道圍巖為巖質(zhì)圍巖,圍巖穩(wěn)性較差,地下水類型主要有松散巖類孔隙水、碳酸鹽巖裂隙巖溶水。隧道在雨季開挖或通過軟弱破碎夾層、斷層破碎帶及節(jié)理密集帶時,不排除發(fā)生突水的可能;沁源端洞口和霍州端洞口邊坡穩(wěn)定性差。
關(guān)鍵詞:松節(jié)理隧道;工程地質(zhì)特性;洞口邊坡;穩(wěn)定性評價
1地質(zhì)概況
松節(jié)里隧道位于臨汾市古縣北平鎮(zhèn)西南側(cè)橫穿山脈,為黎城至霍州高速公路沁源—霍州段內(nèi)的穿嶺隧道,本隧道屬長隧道。隧址區(qū)位于太岳山坳緣翹起帶,其位于沁水塊坳的西緣,帶內(nèi)地層西翹東傾,傾角20°~25°,由東向西依次出露石炭系、奧陶系、寒武系,最西部為太岳山群、霍縣群。該翹起帶南端構(gòu)造較為復(fù)雜,發(fā)育有北北東向斷裂。另外,整個翹起帶被5條較大的北東東向斷裂穿切,斷裂呈雁行斜列,間距大致相等。斷層破碎帶在隧址區(qū)地表局部岀露,為隧道出口段圍巖之一,母巖巖體以泥灰?guī)r、石灰?guī)r為主,局部為白云巖,巖芯多呈碎塊狀,局部為短柱狀,黏土礦物充填。隧址區(qū)地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜,地層由新至老依次有:第四系全新統(tǒng)殘積物(Q4el),奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組下段(O2s1)沉積巖,奧陶系中統(tǒng)下馬家溝組上段(O2x3)、下段(O2x1)沉積巖,奧陶系下統(tǒng)亮甲山組(O1l)沉積巖及斷層破碎帶等[1]。隧址區(qū)范圍內(nèi)無特殊巖土分布,對隧道圍巖穩(wěn)定性有影響的不良地質(zhì)主要為巖溶。隧址區(qū)后段廣泛出露奧陶系石灰?guī)r,巖溶類型為裸露型,以近代巖溶為主。依據(jù)本次勘察成果,隧址區(qū)碳酸鹽巖分布廣泛,地表溶洞、溶坑及溶槽等喀斯特地貌形態(tài)較為發(fā)育,鉆孔中巖芯表明溶蝕現(xiàn)象明顯,小溶孔及溶槽發(fā)育,其中在ZK4號孔170.8~171.0m揭示溶洞,充填物為黏土礦物。巖溶的發(fā)育對隧道圍巖穩(wěn)定有一定影響。
2巖體工程地質(zhì)特征
本隧道圍巖為巖質(zhì)圍巖,洞體圍巖由奧陶系中統(tǒng)下馬家溝組上段(O2x3)白云質(zhì)灰?guī)r、奧陶系下統(tǒng)亮甲山組(O1l)白云巖、白云質(zhì)泥灰?guī)r和斷層破碎帶組成。白云巖、石灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r屬較堅硬巖,泥灰?guī)r屬軟巖,整體屬較堅硬巖夾軟巖,強-中風化,節(jié)理裂隙發(fā)育-較發(fā)育,巖體破碎-較破碎,呈碎裂-鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu),圍巖穩(wěn)性較差,開挖易產(chǎn)生中-大塌方;斷層破碎帶以碎石、斷層泥為主,結(jié)構(gòu)面雜亂無序,巖體極破碎,呈散體狀結(jié)構(gòu),圍巖穩(wěn)定性差,開挖極易產(chǎn)生大塌方。地下水出水狀態(tài)以點滴水、淋雨狀為主,在斷層破碎帶、裂隙密集帶也有可能產(chǎn)生涌流狀出水或較大突水現(xiàn)象。綜合評價,隧址區(qū)工程地質(zhì)條件一般。
3水文地質(zhì)特征
3.1地下水類型及富水性
隧址區(qū)山體由碳酸鹽巖構(gòu)成,第四系松散巖僅分布于隧道穿越的基巖山區(qū)沖溝內(nèi)。水系多呈南北向展布。區(qū)域地下水的分布受地形地貌、地層巖性和地質(zhì)構(gòu)造的嚴格控制。根據(jù)含水介質(zhì)、地下水賦存條件和水動力特征等,隧址區(qū)地下水類型主要有松散巖類孔隙水、碳酸鹽巖裂隙巖溶水兩大類。(1)松散巖類孔隙水。松散巖類孔隙水主要分布于隧址區(qū)范圍的基巖山間溝谷內(nèi)。含水巖組由第四系砂土及碎石土組成,平面上沿山間溝谷呈條帶狀分布,含水層斷面呈三角形或梯形,含水層狀態(tài)為層狀,含水層厚度分布不均,一般1~5m,最厚處達10m,水量受顆粒級配影響較大,富水性較強[2]。(2)碳酸鹽巖裂隙巖溶水。含水巖組主要為奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組(O2s1)石灰?guī)r及奧陶系下統(tǒng)亮甲山組(O1l)白云巖、白云質(zhì)泥灰?guī)r;隔水巖組為奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組(O2s1)泥灰?guī)r。巖層中的層理、節(jié)理及構(gòu)造裂隙、斷裂構(gòu)造、巖溶是該段地下水的儲藏和運移空間。該含水巖組厚度巨大,層位穩(wěn)定,埋藏較淺,常裸露地表,地下水補給、徑流條件均較好,滲透系數(shù)K在1.43~20.5m/d之間。該含水巖組其富水性受地貌單元控制,據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料及沿線大范圍的井泉調(diào)查結(jié)果,該段地形切割劇烈,河流侵蝕基準面較低,地下水位埋深大,大氣降水是地下水的唯一補給來源,可溶巖巖溶裂隙發(fā)育,滲漏補給條件良好,大氣降水在下滲過程中,遇到隔水巖組泥灰?guī)r阻隔,以泉的形式沿坡面排泄,在越過隔水巖組泥灰?guī)r后繼續(xù)下滲[3]。本次勘察期間正值暴雨時節(jié),隔水層泥灰?guī)r上部坡面有較多泉水出露,溝谷內(nèi)有暫時性的地表徑流,部分鉆孔內(nèi)也有地下水揭示。通過鉆孔提水試驗結(jié)束后的長期觀測,鉆孔內(nèi)的水位由開始的少量恢復(fù)到最后干涸無水,確定了隧址區(qū)的水量變化主要隨大氣降水量的多少而改變。在本次工程地質(zhì)測繪及工程物探工作成果中,隧址區(qū)共發(fā)現(xiàn)有5條斷層與線路相交及9處節(jié)理密集帶異常區(qū),由于貫通性好,裂隙通道密集,是地下水下滲的主要通道或儲水構(gòu)造。在今后的施工過程中一旦新的通道打開后,再遇強降雨、暴雨天氣,很可能洞體內(nèi)沿裂隙密集帶和斷層破碎帶出現(xiàn)涌水、突水現(xiàn)象。
3.2隧址區(qū)地下水的補給、徑流和排泄條件
隧址區(qū)內(nèi)地下水的補給、徑流和排泄受地形地貌、地層巖性和地質(zhì)構(gòu)造等多種因素綜合控制。(1)松散巖類孔隙水。松散巖類孔隙水主要接受裂隙水的側(cè)向徑流補給及地表水的垂直滲漏補給,接受補給后呈條帶狀順溝谷方向由上游向下游徑流,排泄方式主要以潛流的方式向下游排泄,部分再沿途重新滲入下伏基巖裂隙中。(2)碳酸鹽巖裂隙巖溶水。碳酸鹽巖裂隙巖溶水位于巖溶水垂直入滲帶內(nèi)。主要以基巖裸露區(qū)的大氣降水入滲補給為主,其次為上覆含水巖組的越流補給以及通過裂隙帶、斷裂構(gòu)造等滲漏補給。由于特殊的水文地質(zhì)條件,決定了該含水巖組主要以層間水的形式存在,地下水以垂向徑流為主,在遇到相對隔水層時轉(zhuǎn)為水平徑流,由坡麓地帶以泉的形式出露,繼續(xù)下滲補給,各含水層間水力聯(lián)系一般較弱,沒有穩(wěn)定的連續(xù)的區(qū)域水位。排泄方式主要以向下越流、滲漏補給為主。
3.3影響隧道富水程度的要素
影響隧道富水程度的要素有地形地貌、圍巖類型及結(jié)構(gòu)、地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)、區(qū)域降水量、洞體埋深等。本隧道地處基巖中山區(qū)分水嶺段,地形起伏較大,微地貌較為復(fù)雜,基巖沖溝較為發(fā)育,但隧址區(qū)主要含水體的巖性較為均一,含水層的富水性主要受地形地貌、巖體風化帶的分布厚度、巖層產(chǎn)狀、層間接觸帶、斷裂構(gòu)造帶、裂隙發(fā)育帶等因素控制明顯,洞身的圍巖富水程度主要受洞體埋深、洞身所處的巖體風化帶、斷裂構(gòu)造帶、裂隙發(fā)育帶等影響[4]。
3.4隧道建成后對地下水的影響
測區(qū)地下水類型主要為基巖裂隙水,隧道開挖將形成較大的集水廊道,勢必對隧道區(qū)水文地質(zhì)條件產(chǎn)生影響,其影響半徑可達500m左右,可能會造成地下水位下降,水量減少。隧道建成后,會讓部分環(huán)境地質(zhì)條件改變,影響地下水的排泄,可能會造成循環(huán)改變和水質(zhì)污染。為保護隧道區(qū)的生態(tài)環(huán)境,應(yīng)該加強隧道的排水、堵水措施,并加強監(jiān)測[5]。
3.5水文地質(zhì)條件評價
本隧道水文地質(zhì)條件較簡單,附近的地表水對隧道影響不大,地下水類型主要為第四系松散層孔隙潛水和基巖裂隙水。隧址區(qū)內(nèi)地下水對混凝土結(jié)構(gòu)具微腐蝕性,對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具微腐蝕性。隧道在雨季開挖或通過軟弱破碎夾層、斷層破碎帶及節(jié)理密集帶時,不排除發(fā)生突水的可能,建議設(shè)置相應(yīng)排水、導(dǎo)水措施。
4隧道進出口邊坡穩(wěn)定性評價
(1)沁源端洞口。沁源端洞口位于松節(jié)里東側(cè)約200m一基巖沖溝斜坡上,溝谷狹窄,呈“V”字型,溝岸為中陡坡,坡向約114°,坡角在40°~45°之間,洞口位置所在斜坡在自然條件下均處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。隧道左右線洞口仰坡高60.0~65.0m,洞口仰坡、邊坡地層由第四系全新統(tǒng)殘積(Q4el)粉質(zhì)黏土、奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組下段(O2s1)石灰?guī)r、泥灰?guī)r及奧陶中統(tǒng)下馬家溝組上段(O2x3)石灰?guī)r組成。(Q4el)粉質(zhì)黏土在大氣降水的淺蝕、沖蝕作用下,可能產(chǎn)生小范圍坍塌及滑塌現(xiàn)象,在工程開挖擾動條件下可能加劇上伏土體沿基巖面整體滑塌;(O2s1)石灰?guī)r、泥灰?guī)r及(O2x3)石灰?guī)r節(jié)理裂隙發(fā)育,溶蝕明顯,巖體破碎,巖層產(chǎn)狀為135°∠6°,巖層傾向坡腳,屬同向斜坡,呈不利組合,且由于巖體破碎,節(jié)理裂隙發(fā)育,在工程開挖擾動條件下易發(fā)生碎落、小范圍內(nèi)坍塌及沿結(jié)構(gòu)面滑塌等現(xiàn)象??傮w評價:沁源端洞口邊坡穩(wěn)定性較差。(2)霍州端洞口?;糁荻硕纯谖挥诙篮?xùn)|南側(cè)熱留河?xùn)|岸斜坡上,河谷較寬闊,呈“U”字型,但河岸陡峻,坡向304°左右,坡角在35°~40°之間。左右線洞口位置所在斜坡在自然條件下均處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。隧道左右線洞口仰坡高120.0~140.0m,洞口仰坡、邊坡及洞口段圍巖由奧陶中統(tǒng)下馬家溝組下段(O2x1)及奧陶下統(tǒng)亮甲山組(O1l)白云巖組成。節(jié)理裂隙發(fā)育,溶蝕明顯,巖體破碎,圍巖巖層產(chǎn)狀為140°∠11°,巖層傾向坡面,呈有利組合,但因受F27正斷層的影響,巖體破碎松散,在工程開挖擾動條件下易發(fā)生碎落及坍塌等現(xiàn)象??傮w評價:霍州端洞口邊坡穩(wěn)定性差。
5結(jié)論
隧址區(qū)斷裂活動處于相對穩(wěn)定狀態(tài),區(qū)內(nèi)地殼大部分具有基底與蓋層雙層結(jié)構(gòu),少部分沉積蓋層被剝蝕殆盡,僅存結(jié)晶基底,區(qū)內(nèi)地殼應(yīng)屬相對穩(wěn)定區(qū),基本適宜擬建工程建設(shè)。不穩(wěn)定因素主要為新裂陷盆地邊緣的活動斷裂及地震活動。隧道范圍內(nèi)揭露暫時性裂隙水,在強降雨或暴雨天氣下可能產(chǎn)生沿斷層破碎帶及裂隙密集帶發(fā)生涌水、突水災(zāi)害。沁源端洞口邊坡及洞口段圍巖穩(wěn)定性均較差,洞口段邊坡穩(wěn)定性較好;霍州端洞口邊坡穩(wěn)定性及洞口段圍巖穩(wěn)定性均差,洞口段邊坡穩(wěn)定性較好。
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作者:張和平 單位:甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院