某隧道工程工程地质分析

赵东满

核工业金华勘测设计院有限公司 浙江省金华市 321017

 摘要：文章以隧道工程为研究对象，分析了低山丘陵区的工程地质问题，并针对工程特点提出了防治建议。

关键词：隧道；工程地质问题；评价

1 工程概况

某隧道工程大致呈东西走向，隧道净宽10m，净高7m，全长210m，具体详见表1隧道设置一览表。

表1 隧道设置一览表

序号	隧道名称	隧道类型	进洞口桩号	出洞口桩号	隧道长度(m)
1	某隧道工程	连拱	0+075	0+285	210

2 自然地理条件

隧道位于低山丘陵区，地表覆盖层厚度薄，部分地段基岩裸露，地势较陡，自然坡度在15～77°之间，山体高程在341～395m之间，相对高差约54m之间，山体呈东西向展布，与隧道走向基本一致。山体完整性较好，冲沟不发育。

3地质构造及地震

本区大地构造单元：一级构造单元属华南褶皱系（Ⅰ₂），二级构造单元属浙东南褶皱带（Ⅱ₃），三级构造单元属温州—临海拗陷（Ⅲ₈），四级构造单元属泰顺—温州断拗（Ⅳ₁₂）。本区位于区域性泰顺—黄岩大断裂和松阳－平阳大断裂之间。受上述断裂影响，区内北西、北东向断裂构造发育，构成本区的主要构造骨架。

（1）泰顺～黄岩大断裂（）

呈北东向展布，断裂发育在上侏罗统和白垩系中，燕山晚期的岩体常被其切割，省内长约260km，地表呈断续出露，一般出露长20～30km。

（2）松阳－平阳大断裂（）

长约200km，走向约320°，倾角60～85°。断裂破碎带宽40m，为一系列的挤压透镜体、劈理、糜棱岩等发育。该断裂形成于燕山中晚期，白垩纪后期活动较为强烈。

根据《浙江省地震目录统计》，周边区域曾发生三次具破坏烈度的地震，分别是发生于1813年10月17日温州4.75级地震，1926年6月29目浙闽交界以东海域5.25级地震和1960年7月21日平阳东海域5．0级地震。另外还有3.0～3.9级地震7次，小于3.0级地震>10次。

按照全国地震区带划分，本区属东南沿海二等地震区东北段，接近三等地震区，为少震、弱震区。据《中国地震动参数区划图》(GBl8306—2015)，本区地震基本烈度VI度，属稳定区。

4水文地质条件及评价

4.1地下水

隧址区地下水根据含水组地层岩性、地下水的赋存条件、地下水水动力性质，可分为松散岩类孔隙水和基岩裂隙水等。

松散岩类孔隙水主要为第四系残坡积层（Q^el-dl）孔隙潜水，分布于丘陵山体表部及局部坡麓地带，含水层岩性为含粘性土粗砂，厚度较薄，含水层透水性较好，地下水主要接受大气降水、基岩裂隙水补给，季节性与时段性明显，雨季迅速向低洼处排泄或补给基岩裂隙水。

基岩裂隙水主要由风化带网状裂隙水和构造裂隙水组成，分布于丘陵深部。风化带网状裂隙水的富水性由岩性、地形地貌、风化程度及风化带厚度及植被发育程度等因素决定，构造裂隙水主要赋存于构造裂隙中，受构造的力学性质及裂隙的连通性影响，一般张性构造带为良好的导水通道，而压性构造带往往导水性较差，构造裂隙水一般水量较稳定，水质良好。隧址区地下水来源主要依靠大气降雨入渗，向沟谷低洼处排泄，因地形坡度较陡，雨水易顺坡面和顺沟方向流走，所以隧址区地下水水量总体贫乏。

4.2 环境水对构筑物的腐蚀性评价

隧址区主要为基岩裂隙水场地环境类型为Ⅱ类，根据国家标准《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001,2009年版）和浙江省工程建设规范《工程建设岩土工程勘察规范》（DB33/T 1065-2009）的有关规定判定，按环境类型影响，地下水对混凝土结构具微腐蚀性；地层渗透介质B类，按地层渗透性影响，填土层中地下水对混凝土结构具微腐蚀性；在长期浸水及干湿交替条件下，地下水对混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性。

本地区地下水位较高，地基土长期受地下水的浸泡和淋漓作用，根据工程经验，地基土对建筑材料的腐蚀性与地下水对建筑材料的腐蚀性相同。

4.3 隧道涌水量计算

根据《铁路工程水文地质勘察规程》中降水入渗法预测隧道涌水量。

降水入渗法公式：Qs=2.74×a×W×A

式中：Qs隧道正常涌水量（m³/d）；W-年平均降雨量（mm）；A-汇水面积（km²）；a-渗入系数，选用0.15。

隧道穿越丘陵，地表水不发育，地下水埋深大。隧道上方汇水面积,0.06km²，年平均降雨量W=1884.7mm；洞身围岩以中风化、微风化岩为主，裂隙较发育，结合地形特征，植被覆盖情况，渗入系数a选用0.15，预测全隧道正常涌水量为：

Qs=2.74×0.15×1884.7×0.06=46.5（m³/d）

5 隧道工程地质条件及稳定性评价

5.1 工程地质层组及特征

隧道位于丘陵区，覆盖层主要为残坡积的含粘性土粗砂，一般覆盖层较薄，厚约0.3～2m，局部坡脚较厚，可达3～5m不等。下伏基岩为白垩系馆头组凝灰岩（K_1g），岩质坚硬。岩土层工程地质特征如下：

1、⑨含粘性土粗砂(Q )：分布于丘陵上部及坡脚。灰黄色，干—稍湿，稍密。砂粒矿物成分以石英、长石为主，磨圆度差，砂质不纯，含粘性土约30～40%。土质不均匀，含少量角砾、碎石。标准贯入试验（N）实击数为16击/30cm。厚度0.3～1.8m；地基承载力基本容许值[f_a0]=140kPa，工程地质性质较差。

2、⑩₁全风化凝灰岩(K_1g)：浅灰色，灰黄色，原岩结构基本破坏，但尚可辨认，具残余结构强度，岩芯多呈土柱状，差异风化明显，有风化岩碎块或碎屑，岩石中长石类矿物多已高岭土化。标准贯入试验（N）实击数为21～25击/30cm。遇水软化，易崩解。厚度4.0～7.7m；地基承载力基本容许值[f_a0]=160kPa，工程地质性质一般。

3、⑩₂强风化凝灰岩(K_1g)：灰黄色，凝灰结构，火山灰胶结。结构大部分破坏，矿物成分已显著变化，风化裂隙很发育，岩体破碎，岩芯碎块状。裂隙面见氧化铁锰质渲染。锤击声闷，岩芯易断。圆锥动力触探试验实击数20～38击/10cm。顶板埋深0～9.5m，厚度4.1～14.5m；地基承载力基本容许值[f_a0]=300～350kPa，工程地质性质较好。

4、⑩₃中风化凝灰岩(K_1g)：灰色，凝灰结构，块状构造，火山灰胶结。结构部分破坏，沿节理面有次生矿物。岩石风化裂隙发育，岩体较破碎—较完整，以较破碎为主。岩芯一般呈块状及短柱状，芯长一般5～25cm。岩石饱和单轴抗压强度R_c60.1～88.5MPa，平均值为70.6MPa，岩石饱和单轴抗压强度标准值f_rk为67.0MPa，属坚硬岩。无洞穴、临空面、软弱岩层。顶板埋深4.4～24.0m，厚度8.0～16.0m；地基承载力基本容许值[f_a0]=1000～1500kPa，工程地质性质较好。岩体呈碎石状镶嵌结构—块状结构。埋深浅，隧道围岩应力低。

5、⑩₃微风化凝灰岩(K_1g)：灰色，凝灰结构，块状构造，火山灰胶结。岩石组织结构清楚完整，含少量风化裂隙，岩体较完整—完整，岩芯柱状及长柱状，芯长一般25～40cm。岩石饱和单轴抗压强度R_c79～126MPa，平均值为106.8MPa，岩石饱和单轴抗压强度标准值f_rk为101MPa，属坚硬岩。无洞穴、临空面、软弱岩层。顶板埋深20.4～32m，控制厚度9.7～26.3m；地基承载力基本容许值[f_a0]=2500kPa，工程地质性质较好。岩体呈块状结构。埋深小于50m，隧道围岩应力低。

表 2 隧道土壤岩石普氏分类

表 3 隧道土壤岩石普氏分类

5.2 围岩级别划分原则

本次勘察隧道围岩划分依据：《公路隧道设计规范》(JTG 3370.1—2018))的公路隧道围岩分级方案及《市政工程勘察规范》（CJJ56-2012）附录C，采用定量、定性相结合方法综合评判。

根据《公路隧道设计规范》(JTG 3370.1—2018)围岩分级采用两步分级法。

1、根据岩石的坚硬程度和岩体完整程度两个基本因素计算的岩体基本质量指标BQ进行初级分级；

2、在初级分级的基础上对围岩进行详细定级时，考虑影响因素的修正，如地下水影响因素（K1）、主要软弱结构面产状影响因素（K2），初始应力状态影响因素（K3）进行修正，按修正后的岩体基本质量指标［BQ］，结合岩体的定性特征进行综合划分，综合划分时考虑了隧道围岩工程地质条件诸要素，如岩石的极限饱和抗压强度（Rc）、岩石受构造影响程度、节理裂隙发育程度、结构面特征、岩体结构类型、RQD指标、岩体完整系数（Kv）、风化程度、隧道埋深、地下水活动程度等。洞口段围岩级别主要依据岩土体的松散程度、厚度、岩体风化程度、隧道埋深、是否有偏压等进行划分。

5.3 隧道围岩分级及稳定性评价

进洞口段：k0+075～k0+134，V级

进洞口位于丘陵坡脚处，为工程建设形成的人工边坡。山体坡度较缓（15°～20°），覆盖层岩性为含粘性土粗砂，褐黄色，稍密状，厚度0.5～2m，下伏基岩为凝灰岩，强—中风化，节理裂隙发育密集。主要节理：L1产状310°∠85°，长大节理，平直闭合延伸长；L2产状40°∠80°，平直闭合延伸长；L3产状135°∠25°，长大节理，平直闭合延伸长。

该段水文地质条件简单，地下水主要为基岩裂隙水，水量贫乏，岩体节理裂隙发育，岩石较破碎，开挖后沿节理面会有滴水现象，降雨时可能有淋雨状出水。

该段隧道埋深浅，穿越强—中风化凝灰岩，节理裂隙发育，围岩以碎裂结构为主，[BQ]＜250，综合判断为Ⅴ级围岩,隧道施工时围岩易坍塌，建议该段管棚支护，洞口附近采用曲墙带仰拱的复合式衬砌，采用留核心土法或多台阶法施工。

隧道进口边坡、仰坡主要由强风化岩组成，由于卸荷松弛作用，坡面易形成松动块体，宜谨慎开挖，并及时采取坡面加固措施。洞口仰坡坡率第四系坡积土建议取1：1.25，强—中风化基岩建议取1：1～1：0.75，并在仰坡的顶面及周边设置截（排）水沟。

洞身段：k0+134～k0+197、k0+197～k0+243

(1) k0+134～k0+197，Ⅳ级

丘陵斜坡地貌，地形坡度较缓（15°～20°），植被不发育，覆盖层厚度薄，部分地段基岩出露，为下白垩统馆头组凝灰岩。

该段水文地质条件简单，地下水主要为基岩裂隙水，水量贫乏，开挖后沿节理面有滴水现象，雨季施工时可能水量较大，开挖时易滴水渗水，注意引排措施。

该段隧道埋深20～30m，穿越中风化凝灰岩，岩体较破碎，围岩呈镶嵌碎裂结构，Kv=0.5，Rc=66MPa，[BQ]=343，综合判断为Ⅳ级围岩。建议采用分台阶法开挖，超前锚杆支护，复合式衬砌。

（2）k0+197～k0+243，Ⅲ级

丘陵斜坡地貌，地形坡度较缓（10°～15°），植被不发育，覆盖层厚度薄，部分地段基岩出露，为下白垩统馆头组凝灰岩。

该段水文地质条件简单，地下水主要为基岩裂隙水，水量贫乏，开挖后沿节理面有滴水现象。

该段隧道埋深40～50m，穿越微风化凝灰岩，岩体较完整，围岩呈块状镶嵌结构，Kv=0.7，Rc=70MPa，[BQ]=425，综合判断为Ⅲ级围岩；建议采用新奥法施工，全断面开挖，光面爆破，围护结构衬砌。

出洞口段0+243～0+285，Ⅳ级

位于丘陵坡脚，山体表层植被覆盖良好。出洞口处为陡壁，基岩大面积出露，为中风化凝灰岩，灰色，坚硬，节理裂隙发育。主要节理：L4产状310°∠55°，长大节理，平直闭合延伸长；L5产状175°∠85°，平直闭合延伸长；L6产状130°∠15°，长大节理，平直闭合延伸长。

该段地形陡峻，不利于地表水入渗，水量贫乏，水文地质条件简单，开挖后会有少量滴水，降雨时可能有淋雨状出水。

该段隧道围岩主要为强～微风化凝灰岩，碎裂结构，Kv=0.5，Rc=68MPa，[BQ]=349，综合判断为Ⅳ级围岩。建议采用分台阶法开挖，超前小导管预支护措施，复合式衬砌，施工时并注意加强隧道边仰坡的防护，同时在仰坡的顶面及周边设置截（排）水沟，以防止地表水流入洞内。

6不良地质及处理措施

6.1不良地质

隧道区不良地质不发育，隧道开挖时潜在的不良地质为节理密集带引起的坍塌和边仰坡开挖产生的滑坡、坍塌。主要分布于隧道进、出洞口地段。

6.2不良地质的处理措施

对于节理密集带建议采用超前支护，及时加强衬砌，在施工中加强地质预报，采取合理的施工方法，采取全面的施工措施和加强施工组织。在施工中加强排水、防渗处理。对于不利结构面形成的锲体、块体坍塌、掉块问题，应加强地质预报和分析，采取合理的施工开挖方法和支护方案。

7 结论与建议

7.1 结论

1．隧道勘察范围内不良地质现象不发育，主要潜在的不良地质问题为节理密集带引起的坍塌和边仰坡开挖形成的潜在滑动。对于坍塌建议采用超前支护，及时加强衬砌，并做好截排水措施。对潜在的边仰坡滑坡问题，建议精细化设计，强化施工管理，定期巡查养护的模式避免滑坡的产生。

2．地下水位受地貌形态、位置控制明显。隧道区一般地下水水质良好，对混凝土微腐蚀性。隧道区地下水水量贫乏，充水因素主要为基岩裂隙水、构造裂隙水，受大气降水补给。隧道开挖后可能会出现滴水现象。

3、地下水对混凝土及混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性。

4、隧道以Ⅲ～Ⅴ级围岩为主。Ⅲ级围岩占总长度的21.4%，Ⅳ级围岩占总长度的48.8%，Ⅴ级围岩占总长度的29.8%。

7.2 建议

1、隧道进出洞口附近围岩较破碎，工程性质较差，建议隧道开挖施工应进行超前支护，然后进行开挖；同时做好仰坡截排水工作。

2、隧道开挖后，在进出洞口附近，可能会出现滴水现象，隧道开挖后需加强支护，并做好排水工作，及时衬砌。

3、隧道弃土应统筹安排、充分利用，对于废土、石方应合理安排堆放场地，以免引起新的环境问题。

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