工程师论文发表王家山隧道工程施工地质条件研究

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　　摘要：王家山隧道的工程地质及水文地质条件较为复杂，施工影响因素较多，因而发生了几次塌方事故。文章分析了该隧道工程的地质条件、水文地质条件及施工前后围岩等级划分的变化，揭示了地质条件对隧道施工的影响，从而为今后的隧道建设工作提供指导。

　　关键词：王家山隧道,隧道工程,地质条件,水文地质条件,围岩等级

　　1 概况

　　王家山隧道位于江西省萍乡市福田镇境内，隧道进口里程为DK809+495，出口里程为DK810+620，全长1125m，最大埋深约140m，隧道洞身总体走向为264°，分别从进、出口两个方向开展施工。因地质条件复杂，围岩地层软硬不均，地下水发育等原因，隧道在施工过程中出现了几次塌方，对塌方段地质补勘后进行处理。

　　2 工程地质条件

　　2.1 地形地貌

　　剥蚀低山丘陵区，海拔标高一般为136～314m，最高点位于王家山，标高为+314.6m，最低点位于隧道进口东侧沟谷地带，标高为+136.0m，地形起伏较大，地形地貌总体表现为剥蚀丘陵与丘间谷地相间;剥蚀丘陵自然坡度15°～40°不等，丘坡绝对高程136.0～314.0m，相对高差40～180m，植被较发育，多为杂草和松树、杉树及油茶林，靠近坡脚较平缓处多辟为村庄及水田。

　　2.2 地质构造

　　根据《福田幅区域地质说明书》及本次调绘结果综合分析，该隧道总体构造形迹强烈，以倒转褶皱为主，各次级褶皱、褶曲发育，并伴有断层。具体勘测结果如下：(1)褶皱。本隧道基岩出露少，岩层总体倾向隧道大里程方向，隧道处于福田倒转背斜，褶皱轴向总体走向为东北―西南，与线路大角度相交。岩层总体倾向西北，地层倒转，倾角较大;(2)断层。DK810+430附近为F1断层，断层走向约40°，南东侧为P1x炭质灰岩夹页岩，北西侧为P2l细砂岩夹炭质页岩和煤层。物探EH-4存在低阻带，震探反映不明显，断层宽度不大;(3)节理裂隙。本区岩体节理发育，测区岩体围岩较破碎易造成隧道洞身坍塌。因此施工时应加强隧道地质素描工作，及时掌握洞身岩体节理裂隙状况。

　　2.3 地层岩性

　　表层为第四系残坡积粉质黏土、黏土，黄灰色，硬塑，夹碎石，细角砾土。下伏基岩主要为二叠系下统小江边组(P1x)和茅口组(P1m)地层，由老至新叙述如下：二叠系下统小江边组(P1x)：炭质页岩、炭质灰岩，灰黑色，强～弱风化，岩石软、硬不均。分布于DK810+162～DK810+440段。且地表出露形式多以灰黑色页岩、钙质泥岩强风化，呈片状。炭质灰岩岩溶较发育，钻探揭示层中有溶洞发育。无填充或角砾填充。岩层倾向西北，地层倒转，置于P1m硅质灰岩上，震探波速为3755～3774m/s。二叠系下统茅口组(P1m)：以深灰色薄层状硅质页岩为主，夹有灰岩，局部夹少量炭质页岩。硅质页岩钻探易呈碎块状，上部覆盖层较厚且灰岩溶蚀发育，分布里程为进口～DK810+162，震探波速为2156～2600m/s。

　　3 隧道水文地质条件

　　地表水主要为季节性溪沟，靠大气降水补给，汇集于沟谷，调绘时水量不大，隧址区内无大的地表水体通过。剥蚀丘陵区地下水埋深受地形控制，隧道轴线附近第四系残坡积层内地下水沿丘陵坡脚雨季有水渗出，一般季节呈湿润状态。隧道基岩裂隙水主要赋存于风化裂隙和构造裂隙。风化裂隙水赋存于硅质页岩风化层中，岩体受风化影响而破碎，透水性强，含水层厚6～35m;残积土层中存在上层滞水，受季节性影响明显。构造裂隙水赋存于断层、节理等构造裂隙中，具有不均一性。补给来源主要接受大气降水补给。隧道碳酸盐岩溶裂隙水主要分布于P1m、P1x中，含水层地层岩性为炭质灰岩。

　　地表岩溶覆盖严重，经隧道洞身钻孔发现，洞径达3.0m，无填充或角砾填充。大气降水是岩溶地下水主要补给来源，通过分散于地表的溶蚀层裂隙渗入地下，以下降泉的形式散漫排泄，或者隐伏于溶洞中。隧址附近DK810+320左85m于P1m与P1x分界线附近有一降泉，形成一水井，直径约3m，水深约1.5m，流量较小，间歇有水泡冒出。隧道南侧约400～600m发现多处泉水，多发育于丘坡谷地中，出露高程不超过隧道路肩标高。泉流量最大0.001～1.000L/s不等，雨季变化较大，暴雨过后流量达2～3倍，泉水常年不干且水量大，能满足基本用水需求。

　　4 隧道围岩分级

　　根据沿线构造地质特征，可以对隧道洞身围岩进行等级划分，具体如表1所示：

　　表1 王家山隧道围岩分级及工程地质评价

　　序号 里程 长度(m) 围岩分级 工程地质条件及评价

　　1 DK809+530

　　～DK809+790 295 V 隧道进口：浅埋段，表层为第四系粉质黏土，黏土，层厚2.0～5.0m，硬塑。下伏基岩为二叠系下统茅口组(P1m)硅质页岩、灰岩、局部炭质页岩，薄～中层状。岩石较破碎，隧道洞身通过硅质页岩、炭质灰岩强风化，附近钻孔揭示;硅质页岩强风化层厚大于23.0m，岩体破碎，呈碎块状。炭质灰岩地层中发育溶洞，无填充。地下水以碳酸岩裂隙岩溶水为主，施工过程中塌方、涌水的风险较大，设计施工时加强防护、止排水措施。

　　2 DK809+790

　　～DK810+160 370 Ⅳ 二叠系下统茅口组(P1m)硅质页岩、灰岩、局部炭质页岩，薄～中层状。洞身穿过基岩弱风化，硅质页岩层薄，钻探易碎，易坍塌。地下水以碳酸岩裂隙岩溶水为主，施工塌方、涌水的风险较大，设计施工时加强防护、止排水措施。

　　3 DK810+160

　　～DK810+180 260 Ⅳ 二叠系下统小江边组(P1x)炭质页岩、炭质灰岩，强～弱风化，灰黑～青灰色。洞身穿过基岩弱风化，地层软硬不均，易坍塌。炭质页岩中可能还有瓦斯气体。钻孔揭示，炭质灰岩中发育溶洞，角砾填充。地下水以碳酸岩裂隙岩溶水为主，施工存在塌方、涌水、瓦斯等风险。设计施工时加强防护、止排水措施，并加强通风。 　　5 施工地质变更分析

　　除了前期勘测之外，后期对明挖段及塌方段进行了地质补勘，变更段围岩分级情况如表2所示，其勘测结果及相关分析如下所示：

　　5.1 DK809+625～+705边仰坡开裂段

　　该段地质条件与原设计基本一致，围岩等级仍为V级。本段以硅质页岩为主，少量炭质页岩，部分为灰岩。洞身主要穿过以上几种岩性组合的强风化层，部分穿过弱风化层。表层为坡、残积层(Qdl+el)粉质黏土、含碎石黏性土，细角砾土，围岩为P1m地层，岩性有硅质页岩、炭质页岩和灰岩，呈互层状、夹层状或透镜体状分布。由于该段地下水较发育且以裂隙水为主，岩性软弱多变，因此在施工中应加强边坡防护并采取止排水措施，从而确保施工安全。

　　5.2 DK809+790～DK810+081.6围岩变更段

　　围岩为P1m地层，含有硅质页岩、炭质页岩、灰岩。洞身主要穿过以上几种岩性组合的强、弱风化层。DK809+790～DK810+040段围岩受地下水影响较大，围岩级别由IV级调整为V级为主，仅DK809+915～+935段地下水不发育，围岩级别维持IV级。DK810+040～+081.6段施工裂隙发育、围岩松动，该段围岩级别调整为V级。

　　5.3 DK810+081.6～+168塌方段

　　根据施工开挖揭示、掌子面素描及超前预测预报显示，围岩为炭质灰岩与炭质页岩互层，夹少量灰岩及硅质页岩，弱风化，岩体较破碎，有少量裂隙水，围岩级别为IV级。而塌方后经深孔钻探显示：0～11.5m为第四系覆盖层，以粉质黏土为主，局部夹粗角砾，砾石成分主要为硅质岩和砂岩;11.5～18.4m灰黑色弱风化炭质灰岩，18.4～42.4m为灰黑色弱风化岩质灰岩与炭质页岩互层，42.4～45.9m青灰色弱风化灰岩，45.9～54.6m为灰黑色弱风化岩质灰岩与炭质页岩互层，54.6～59.6m为黑色弱风化炭质页岩，较破碎，59.6～62m为坍落空腔，62～87.8m为松散坍落堆积物，主要成分为灰黑色弱风化炭质灰岩、炭质页岩。经物探资料分析，建议DK810+081.6～+168塌方段围岩级别变更为VI级。

　　表2 变更段围岩分级情况

　　原设计围岩分级 变更设计围岩分级 附注

　　编号 里程范围 长度 围岩级别 里程范围 长度 围岩

　　级别

　　1 DK809+530～+790 260 V DK809+530～+790 260 V

　　2 DK809+790～DK810+180 390 IV DK809+790～+915 125 V

　　DK809+915～+935 20 IV

　　DK809+935～DK810+040 125 V

　　DK810+040～+081.6 41.6 V 塌方影响段

　　DK810+081.6～+168 86.4 VI 塌方段

　　DK810+168～+180 12 IV

　　6 结语

　　围岩变更范围为DK809+790～DK810+081.6，由于该段洞身穿越P1m地层，地层岩性复杂且多变，地层软硬不均，炭质页岩受地下水影响易出现软化，因而围岩级别调整为V级;地下水较不发育地段的围岩仍维持IV级。DK810+040～+081.6段受塌方影响，施工裂隙发育，岩体松动，因而调整为V级。总的来说，地质条件与隧道的顺利掘进和施工安全息息相关，尤其是在当前的勘测手段与勘测精度下，勘测成果与实际地质条件容易发生局部变化。勘察时应综合运用物探、钻探、测绘等多种手段，结合既有地质成果和以往建设经验，合理判断围岩分级。施工人员必须要对施工地质条件加以重视，时刻关注围岩变化情况。

　　参考文献

　　[1] 交通部第一公路勘察设计院.公路工程地质勘察规范(JTJ 064-98)[S].北京：人民交通出版社，1999.

　　[2] 常士骠，张苏民，项勃，等.工程地质手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1992.

　　[3] 李继昌，邵圣福.武汉至十堰高速公路西段隧道围岩稳定性研究[J].地球科学-中国地质大学学报，2001，(4).

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