杜家山特長(zhǎng)隧道工程論文
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1工程地質(zhì)條件
1.1地層巖性及物性參數(shù)
隧道工程涉及地層主要有第四系全新統(tǒng)坡殘積粉質(zhì)黏土，沖、洪積細(xì)圓礫土，卵石土;泥盆系中統(tǒng)大楓溝組及公館組灰?guī)r、千枚巖、千枚巖夾灰?guī)r、灰?guī)r夾千枚巖;志留系下統(tǒng)梅子埡組千枚巖，含泥炭質(zhì)片巖夾云母片巖、片巖。此外，局部有長(zhǎng)英質(zhì)巖脈及巖株侵入。本區(qū)經(jīng)歷了多次構(gòu)造變動(dòng)，巖層不同程度發(fā)生變質(zhì)。
1.2地質(zhì)構(gòu)造
受本區(qū)構(gòu)造影響，隧道區(qū)褶皺構(gòu)造和斷裂構(gòu)造相對(duì)發(fā)育，隧道洞身穿越4個(gè)褶皺構(gòu)造，其中兩個(gè)向斜構(gòu)造、兩個(gè)背斜構(gòu)造。杜家山隧道穿越斷裂總共10條(854m)，占隧道群全長(zhǎng)的8.07%，其中洞身穿越主要斷裂7條(累計(jì)長(zhǎng)度834m)，洞身穿越3條一般斷層(累計(jì)長(zhǎng)度20m)，對(duì)隧道有較大影響。隧址區(qū)地表基巖露頭節(jié)理較發(fā)育－發(fā)育，全隧道巖體受2～3組節(jié)理切割、控制，其中正洞洞身發(fā)育兩組近似平行洞軸節(jié)理，為不良節(jié)理，影響范圍2892m/2段，占隧道全長(zhǎng)的27.33%。麻坪河橫洞發(fā)育一組近似平行洞軸節(jié)理，為不良節(jié)理，貫穿整個(gè)橫洞，對(duì)隧道圍巖影響較大，巖體完整性較差。
1.3不良地質(zhì)
(1)巖溶隧道灰?guī)r區(qū)屬弱巖溶化巖層，溶洞密度小、個(gè)體小，隧道區(qū)巖溶的發(fā)育多與構(gòu)造破碎帶關(guān)系密切。巖溶裂隙水主要接受大氣降水和地表水補(bǔ)給，富水性好，斷層及構(gòu)造發(fā)育區(qū)巖溶突水的可能性很大。
(2)高地應(yīng)力條件下硬質(zhì)巖巖爆和軟質(zhì)巖變形最大水平主應(yīng)力值為10.31～27.33MPa，最小水平主應(yīng)力值為8.31～16.83MPa，隧道最大埋深約773m，隧道通過(guò)硬質(zhì)巖長(zhǎng)度約2936m，占隧道總長(zhǎng)的27.74%，隧道通過(guò)軟質(zhì)巖長(zhǎng)度約6756m，占隧道總長(zhǎng)的63.84%，在高地應(yīng)力條件下易發(fā)生硬質(zhì)巖的巖爆和軟質(zhì)巖的大變形問(wèn)題。
(3)邊坡穩(wěn)定性工點(diǎn)區(qū)域麻坪河、二郎溝內(nèi)第四系覆蓋層較厚，分布有較多滑坡、錯(cuò)落，多為堆積層滑坡、錯(cuò)落，不良地質(zhì)體物質(zhì)主要為碎石土及粉質(zhì)黏土，規(guī)模較大。隧道進(jìn)口及出口巖體節(jié)理、裂隙較發(fā)育，巖體較破碎，風(fēng)化層厚約10m，邊坡穩(wěn)定性差。丁家河橫洞進(jìn)口為云母片巖和炭質(zhì)片巖，巖體節(jié)理、裂隙發(fā)育，巖體完整性、層間結(jié)合差，風(fēng)化層厚，邊坡穩(wěn)定性差。麻坪河橫洞及丁家河斜井進(jìn)口巖體節(jié)理、裂隙較發(fā)育，巖體較破碎，風(fēng)化層厚約16m，邊坡穩(wěn)定性差。目前對(duì)隧道洞身無(wú)影響，但施工不當(dāng)會(huì)對(duì)洞口和施工便道造成一定影響。
(4)偏幫及掉塊全隧道巖體受2～3組節(jié)理切割、控制，其中正洞洞身發(fā)育兩組近似平行洞軸節(jié)理，為不良節(jié)理，影響范圍2892m/2段，占隧道全長(zhǎng)的27.33%。麻坪河橫洞發(fā)育一組近似平行洞軸節(jié)理，為不良節(jié)理，貫穿整個(gè)橫洞，對(duì)隧道圍巖影響較大，巖體完整性較差，易偏幫、掉塊。
(5)有害氣體隧道洞身在穿越志留系下統(tǒng)含泥炭質(zhì)片巖夾云母片巖，襄渝二線財(cái)神廟隧道通過(guò)同組地層時(shí)，有低濃度H2S、瓦斯等有毒有害氣體逸出。施工中應(yīng)提前按規(guī)定采取合理的安全措施，加強(qiáng)有毒有害氣體監(jiān)測(cè)，消除可能出現(xiàn)的安全風(fēng)險(xiǎn)。
2水文地質(zhì)條件
根據(jù)隧道通過(guò)區(qū)的地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造特征，并結(jié)合含水巖組的不同，地下水分為第四系孔隙水、基巖裂隙水和巖溶水三大類。基巖裂隙水又可細(xì)分為六個(gè)含水巖組，而發(fā)育于巖溶中的巖溶水，水量不穩(wěn)定，隨季節(jié)變化大，對(duì)施工影響大。根據(jù)水文地質(zhì)調(diào)查、地表泉水流量大小、巖性和構(gòu)造及水文地質(zhì)計(jì)算，將隧道部位地下富水性分為強(qiáng)富水、中等富水、弱富水三個(gè)區(qū)(其中中等富水分為2個(gè)亞區(qū))。隧道通過(guò)強(qiáng)富水區(qū)3000m/2段，占總隧道總長(zhǎng)的28.35%;通過(guò)中等富水區(qū)5169m/3段，占總隧道的48.84%;通過(guò)弱富水區(qū)2413m/2段，占總隧道的22.8%。采用降水入滲法計(jì)算和地下水動(dòng)力學(xué)法計(jì)算隧道涌水量預(yù)測(cè)結(jié)果:正常涌水量為40487m3/d，最大涌水量為120096m3/d。麻坪河橫洞涌水量預(yù)測(cè)結(jié)果:正常涌水量為11829m3/d，最大涌水量為35487m3/d。丁家河橫洞涌水量預(yù)測(cè)結(jié)果:正常涌水量為4772m3/d，最大涌水量為14316m3/d。丁家河斜井涌水量預(yù)測(cè)結(jié)果:正常涌水量為636m3/d，最大涌水量為1907m3/d。
3工程地質(zhì)條件復(fù)雜程度分級(jí)及評(píng)價(jià)
3.1隧道地質(zhì)復(fù)雜程度分級(jí)
根據(jù)對(duì)隧道工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件的綜合分析，預(yù)測(cè)隧道施工中可能會(huì)出現(xiàn)巖爆、大變形、突涌水(泥)、圍巖失穩(wěn)、放射性異常、有害氣體及不良節(jié)理等地質(zhì)災(zāi)害:洞身穿越斷層破碎帶10條及影響帶(進(jìn)出斷層20個(gè)部位)，高－極高地應(yīng)力段1段，褶曲帶4段，巖溶發(fā)育段、泥炭質(zhì)片巖夾云母片巖帶1段，物探異常帶10段，可溶巖與非可溶巖接觸帶、隧道進(jìn)出口和洞身河溝淺埋段3處及不良節(jié)理影響帶3段等高風(fēng)險(xiǎn)部位。
3.2隧道工程地質(zhì)條件評(píng)價(jià)
杜家山特長(zhǎng)隧道全長(zhǎng)10582m，穿越秦嶺南麓低中山區(qū)，地形崎嶇，地勢(shì)險(xiǎn)要，山高溝深，植被茂密，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地層巖性軟硬不均，地下水豐富，隧道埋深大，施工中可能存在突然涌水(泥)、坍塌、冒頂、高地應(yīng)力條件下的巖爆及軟巖變形、巖溶及有害氣體逸出等地質(zhì)問(wèn)題，隧道不確定因素多，工程難度大。隧道洞身兩端為志留系下統(tǒng)梅子埡組千枚巖、含泥炭質(zhì)石英片巖、云母片巖、云母石英片巖，中部巖性為泥盆系中統(tǒng)公館組和大楓溝組千枚巖、千枚巖夾灰?guī)r、灰?guī)r、灰?guī)r夾千枚巖等。其中梅子埡組云母石英片巖，公館組和大楓溝組灰?guī)r、灰?guī)r夾千枚巖，含鈣質(zhì)、石英質(zhì)較多的千枚巖以及巖株、巖脈狀長(zhǎng)英巖屬硬質(zhì)巖，隧道通過(guò)硬質(zhì)巖長(zhǎng)度約2936m，約占隧道總長(zhǎng)的27.74%;梅子埡組云母片巖、含泥炭質(zhì)石英片巖、千枚巖、大楓溝組絹云母千枚巖屬軟質(zhì)巖，隧道通過(guò)軟質(zhì)巖長(zhǎng)度約6756m，約占隧道總長(zhǎng)的63.84%;洞身通過(guò)10條斷層，斷層破碎帶以斷層泥礫、擠壓片巖、擠壓千枚巖、壓碎巖等極軟巖為主，長(zhǎng)度約為890m，占隧道總長(zhǎng)的8.41%。隧址區(qū)經(jīng)歷多期構(gòu)造作用，褶皺、斷裂構(gòu)造極為發(fā)育，隧道穿越的重要斷層有7條，一般斷層有3條(累計(jì)通過(guò)斷帶長(zhǎng)度為854m)，大型褶皺4個(gè)。通過(guò)主要斷裂有:F12宋家埡斷層(280m)、F13－2麻坪河斷裂(24m)、F13－4界嶺村斷層(100m)、F13－12紙房溝斷層(60m)、F13杜家山斷層(90m)、F13－18丁家河斷層(235m)、F13－19東鎮(zhèn)斷層(45m)，推測(cè)在DK222+000附近穿越界嶺村斜臥背斜核部，在DK223+280附近穿越紙房溝斜臥向斜核部，在DK224+660附近穿越二郎溝斜臥背斜核部，在DK226+000附近穿越丁家河斜臥向斜核部。隧道洞身通過(guò)兩段強(qiáng)富水帶(總長(zhǎng)3.55km，約占隧道總長(zhǎng)33.54%)、2段中等富水帶(總長(zhǎng)5.319km，約占隧道總長(zhǎng)50.26%)、2段弱富水帶(總長(zhǎng)1.767km，約占隧道總長(zhǎng)16.7%)。隧道洞身在DK227+260～DK228+150(890m)段通過(guò)含泥炭質(zhì)片巖夾云母片巖帶。隧道洞身在DK220+340～DK224+470(4130m)段埋深350～773m，存在高－極高地應(yīng)力。隧道在斷層破碎帶、可溶巖與非可溶巖接觸帶、褶皺帶核部、含泥炭質(zhì)片巖帶工程地質(zhì)條件較差，容易產(chǎn)生突然涌水、坍塌、冒頂、變形量過(guò)大等地質(zhì)問(wèn)題;隧道在軟質(zhì)巖區(qū)及軟硬巖交互段可能出現(xiàn)坍塌、掉塊及局部段落的圍巖變形量過(guò)大等地質(zhì)問(wèn)題;硬質(zhì)巖區(qū)一般巖體較完整，但受多組節(jié)理、裂隙切割，存在掉塊、高地應(yīng)力下的巖爆以及強(qiáng)富水性問(wèn)題;隧道在含泥炭質(zhì)片巖可能出現(xiàn)低濃度H2S、瓦斯等有毒有害氣體逸出;該隧道還存在巖溶等地質(zhì)問(wèn)題。綜合評(píng)價(jià):隧道地質(zhì)條件一般，局部段落較差。
4結(jié)束語(yǔ)
杜家山特長(zhǎng)隧道地質(zhì)條件復(fù)雜，為高風(fēng)險(xiǎn)隧道，施工中應(yīng)加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作，以地質(zhì)編錄為基礎(chǔ)，TSP為先導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)異常段落時(shí)增加地質(zhì)雷達(dá)及紅外探水進(jìn)行確認(rèn)。對(duì)巖溶發(fā)育區(qū)及確認(rèn)的異常段落進(jìn)行超前鉆探，各種手段相互驗(yàn)證，進(jìn)一步查清工作面前方的地質(zhì)條件，分析施工中可能存在的地質(zhì)問(wèn)題，并提出工程措施建議，降低地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的機(jī)率和危害程度。對(duì)于易發(fā)生塌方和大變形等斷層破碎帶、褶皺核部及淺埋段等地段，應(yīng)加強(qiáng)襯砌支護(hù)及防排水措施，減少對(duì)圍巖的影響，保證圍巖的穩(wěn)定性。
作者：廖俊 單位：中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司