陳相彪

摘 要：工程地質(zhì)條件是隧洞和其他地下洞室進(jìn)行正確設(shè)計(jì)和施工的基礎(chǔ)。本文所述灣子隧洞復(fù)雜的工程地質(zhì)條件及問(wèn)題具有很好的代表性。通過(guò)對(duì)其進(jìn)行分析與研究，以期對(duì)同類工程提供有益參考。

關(guān)鍵詞：隧洞；斷裂構(gòu)造；高邊坡；圍巖穩(wěn)定

中圖分類號(hào)：TV221.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2018）05-0086-02

Analysis and Research on Wanzi Tunnel Engineering Geological Condition

CHEN Xiangbiao1，2

（1. Baoding City Water Conservancy and Hydropower Survey and Design Institute，Baoding Hebei 071051；2. Baoding River Water Conservancy Project Management and Consulting Co.， Ltd.， Baoding Hebei 071051）

Abstract： Engineering geology conditions is the basis for the correct design and construction of the tunnel or the other underground cavern. The instruction in this paper of complex engineering geological conditions and problems to Wan Zi tunnel is typical. Through the analysis and research to the engineering geological work， we can provide a beneficial reference for similar projects.

Keywords： tunnei；fault structure；high slope；the stability of surrounding rock

灣子隧洞工程主洞長(zhǎng)4 450m（樁號(hào)6+878～11+328），采用圓拱直墻式無(wú)壓隧洞，洞寬2.5m，洞高3.35m，其中直墻高2.1m，圓拱中心角180°，縱坡1/1 000，隧洞設(shè)計(jì)流量10m3/s[1]。

1 地質(zhì)概況

1.1 地形地貌

灣子隧洞沿線穿越三條較大沖溝，溝底高程分別為207.3、227.4、197.2m，高于設(shè)計(jì)洞頂26～55m，溝底覆蓋層為碎石土，最大厚度2.6m。樁號(hào)10+000～11+328之間位于山前沖洪積區(qū)，地形起伏較小，表層覆蓋黃土狀壤土，覆蓋層厚度為0.3～11.3m。

1.2 地層巖性

隧洞所經(jīng)地層主要有以下幾個(gè)。樁號(hào)6+860～10+544為第三系始新統(tǒng)靈山組地層（E2L），其中樁號(hào)6+860～9+978為巨厚層灰色鈣質(zhì)礫巖夾紫紅色泥質(zhì)粉砂巖，泥質(zhì)粉砂巖夾層占礫巖總厚度的0%～24.8%。礫石成分主要為灰?guī)r，約占90%，次為少量砂巖和燧石，礫石大小一般在5～10cm，大者為漂石，粒徑在0.5m以上，以鈣質(zhì)膠結(jié)為主，結(jié)構(gòu)緊密，局部為泥、砂質(zhì)膠結(jié)。樁號(hào)6+897～9+978為厚層紫紅色泥質(zhì)粉砂巖或粉砂質(zhì)泥巖，遇水變軟，強(qiáng)度較低。樁號(hào)10+500至11+328之間為第三系始新統(tǒng)西坡里組地層（E2x），巖性主要為黏土巖夾鋁土質(zhì)頁(yè)巖。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

工程區(qū)地質(zhì)構(gòu)造形式主要有斷層及節(jié)理。紫荊關(guān)-靈山斷裂正斷層距灣子隧洞1km左右，北東?南西方向分布。斷層面產(chǎn)狀SE131°∠36°，大部分地段斷層破碎帶被覆蓋層掩埋。灣子隧洞沿線未見(jiàn)明顯的斷層構(gòu)造。第三系地層節(jié)理、裂隙稀少，以陡傾角張性裂隙為主。

1.4 水文地質(zhì)條件

經(jīng)壓水試驗(yàn)結(jié)果表明，礫巖透水率0.24～3.6Lu，其中弱透水段占總段數(shù)52.9%；泥質(zhì)粉砂巖透水率0.18～0.53Lu，均為微透水層，節(jié)理裂隙不發(fā)育；礫巖夾泥質(zhì)粉砂巖透水率0.18～1.6Lu，其中弱透水段占總段數(shù)27.3%，說(shuō)明礫巖與泥質(zhì)粉砂巖接觸面多呈閉合狀[2]。黏土巖透水率0.58～17.3Lu，其中微透水段占總段數(shù)33.3%，中等透水段占總段數(shù)66.7%，埋深30m以上巖體裂隙比較發(fā)育，而隧洞附近的巖體節(jié)理裂隙不發(fā)育。

2 工程地質(zhì)條件及評(píng)價(jià)

2.1 隧洞進(jìn)口

隧洞進(jìn)口（樁號(hào)6+886～6+936）位于一條東西向山脊的下部，洞頂圍巖厚度13.4m。洞臉邊坡覆蓋碎石土和風(fēng)化殘積層卵礫石層，厚度5.2～6.0m；下部為弱風(fēng)化礫巖，鈣質(zhì)膠結(jié)為主，少量為泥砂質(zhì)膠結(jié)，多見(jiàn)紫紅色泥質(zhì)粉砂巖夾層。

圍巖處于風(fēng)化層及卸荷帶范圍內(nèi)，完整性和穩(wěn)定性均較差，圍巖自穩(wěn)時(shí)間很短，不支護(hù)可能產(chǎn)生塌方或嚴(yán)重變形破壞，綜合評(píng)定圍巖類別屬Ⅳ類。

2.2 洞身段

樁號(hào)6+936～9+150段最大圍巖厚度116m，所經(jīng)圍巖為靈山組礫巖，局部夾紫紅色砂質(zhì)黏土層。地層產(chǎn)狀比較穩(wěn)定，走向NE30°～45°傾向NW，傾角14°～21°。礫巖多為鈣質(zhì)半膠結(jié)，局部為泥砂質(zhì)膠結(jié)。礫巖地層夾多層紫紅色泥質(zhì)粉砂巖，分布廣泛但無(wú)規(guī)律性，厚度0.1～2.9m不等，遇水變軟呈泥狀，強(qiáng)度較低。鉆孔壓水試驗(yàn)結(jié)果表明，礫巖及黏土巖具有微弱透水性。根據(jù)圍巖綜合評(píng)分，礫巖屬Ⅲ類圍巖，局部穩(wěn)定性較差，堅(jiān)固系數(shù)4～6，彈性抗力系數(shù)8.0MPa/cm。礫巖大部分地段層理不明顯，節(jié)理裂隙等豎向結(jié)構(gòu)面稀少。

樁號(hào)9+150～9+550段隧洞穿越礫巖與泥質(zhì)粉砂巖過(guò)渡區(qū)，兩種巖層相間分布。該段隧洞巖性變化較大，易產(chǎn)生坍塌現(xiàn)象，預(yù)測(cè)洞頂塌落高度一般小于2m，由于節(jié)理裂隙不發(fā)育，控制性結(jié)構(gòu)面為巖層面，地層產(chǎn)狀傾角小于20°，兩側(cè)洞壁穩(wěn)定性較好，但長(zhǎng)期暴露易產(chǎn)生剝落片幫現(xiàn)象。根據(jù)圍巖綜合評(píng)分，泥質(zhì)粉砂巖屬Ⅳ類圍巖，整體穩(wěn)定性較差，堅(jiān)固系數(shù)建議值1.3，彈性抗力系數(shù)1.5MPa/cm。

樁號(hào)9+550～10+500段隧洞覆蓋層下部為第三系靈山組紫紅色泥質(zhì)粉砂巖，巖性比較均勻，隧洞圍巖厚度23～29m，巖石弱風(fēng)化狀，巖層完整，微含地下水，節(jié)理裂隙不發(fā)育，透水性較弱。巖塊飽和單軸抗壓強(qiáng)度為1.19～14.30MPa，平均值6.75MPa，屬軟巖或極軟巖。根據(jù)圍巖綜合評(píng)分，泥質(zhì)粉砂巖屬Ⅳ類圍巖，整體穩(wěn)定性較差，堅(jiān)固系數(shù)建議值1.2，彈性抗力系數(shù)1.8MPa/cm。

2.3 隧洞出口

隧洞出口（樁號(hào)11+190～11+329）由人工開(kāi)挖形成陡坡地形，坡高8～10m，全風(fēng)化至強(qiáng)風(fēng)化狀，坡度70°左右，洞出口位于陡坡下部，洞底高程165.7m，圍巖厚度約15m。

圍巖地層為灰黃、褐黃色黏土巖，上部全風(fēng)化及強(qiáng)風(fēng)化層厚度9.9m，巖芯呈柱狀或泥狀，強(qiáng)度較低，以下為弱風(fēng)化層，強(qiáng)度較上部高。雜色黏土巖含黏量較高，在出洞口附近暴露在空氣中易失水干裂，產(chǎn)生柱狀裂隙，洞壁巖體易產(chǎn)生剝落或掉塊現(xiàn)象。該類巖體易開(kāi)挖成洞，但易產(chǎn)生塑性變形，進(jìn)口段要及時(shí)采取襯砌措施。

3 主要工程地質(zhì)問(wèn)題

3.1 地下水問(wèn)題

洞線穿洼子溝附近揭露地下水位標(biāo)高189.5m，實(shí)測(cè)南家莊磚廠附近地下水位標(biāo)高180m左右，高于洞頂高程8m以上。樁號(hào)10+500～11+329黏土巖透水率為0.58～17.36Lu，多為中等透水層。該巖層層理及垂直裂隙較為發(fā)育，地下水位洞體滲水現(xiàn)象可能比較嚴(yán)重，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行襯砌防護(hù)，防止洞體產(chǎn)生塑性變形。

3.2 進(jìn)出口高邊坡穩(wěn)定問(wèn)題

隧洞進(jìn)口段最大開(kāi)挖深度15～20m，開(kāi)挖邊坡建議值：覆蓋層綜合坡比1∶1.5，礫巖邊坡比1∶0.75～1∶1.0，應(yīng)注意邊坡巖土的不均勻性，可將表層大部分覆蓋層予以清除。

隧洞出口段最大開(kāi)挖邊坡高度為18m，中上部均為強(qiáng)風(fēng)化黏土巖，建議開(kāi)挖邊坡比1∶0.75～1∶1.0。

邊坡穩(wěn)定是隧洞進(jìn)出口的主要工程地質(zhì)問(wèn)題，建議按設(shè)計(jì)邊坡坡比開(kāi)挖后及時(shí)進(jìn)行噴錨支護(hù)，以確保進(jìn)出口安全。

3.3 出口黏土巖圍巖穩(wěn)定問(wèn)題

水利水電工程越來(lái)越多地遇到軟巖或極軟巖隧洞施工等一系列問(wèn)題，對(duì)軟巖洞室的研究越來(lái)越受到科研及施工人員的關(guān)注。軟巖隧洞圍巖變形破壞特征及其治理一直是巖土工程界關(guān)注和亟待解決的問(wèn)題。底拱支護(hù)不封閉的黏土巖隧洞收斂變形主要表現(xiàn)為拱頂下沉、邊墻內(nèi)移及底鼓，且底鼓最大位移量大于邊墻內(nèi)移位移量，拱頂下沉位移量相對(duì)較小。軟巖隧洞初期支護(hù)底板封閉很有必要，否則容易發(fā)生底鼓變形，最終將造成邊墻失穩(wěn)，從而影響拱頂圍巖的穩(wěn)定性。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)灣子隧洞工程地質(zhì)條件進(jìn)行詳細(xì)分析與研究，并結(jié)合隧洞設(shè)計(jì)型式，對(duì)影響設(shè)計(jì)與施工的地質(zhì)條件，如巖體節(jié)理裂隙發(fā)育情況、巖體透水性、圍巖類別、圍巖穩(wěn)定性等，及存在的主要工程地質(zhì)問(wèn)題，如基巖中地下水分布特征、進(jìn)出口高邊坡穩(wěn)定、軟巖段圍巖穩(wěn)定等，采用定量與定性相結(jié)合的方法，做出了較準(zhǔn)確的判斷。同時(shí)，對(duì)施工中可能出現(xiàn)的洞體變形、滲水、洞壁巖體剝落及掉塊等現(xiàn)象進(jìn)行了預(yù)測(cè)，為工程的順利實(shí)施提供了可靠保證。

參考文獻(xiàn)：

[1]河北省水利水電第二勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.王快—西大洋水庫(kù)綜合管理工程灣子隧洞初步設(shè)計(jì)報(bào)告[R].2008.

[2]王利民，賈占軍，李榮偉.軟硬不均礫巖水工隧洞項(xiàng)目若干問(wèn)題分析[J].水科學(xué)與工程技術(shù)，2011（1）：2324-2332.