姜　茂

(广元市国土资源局利州区分局，四川 广元　628017)



龙山隧道地质勘察与评价

姜茂

(广元市国土资源局利州区分局，四川 广元628017)

摘要：通过地质调绘、卫星遥感、物探、钻探及室内土工试验等多种勘察方法，对龙山隧道进行了综合地质勘察，查明了隧道工程地质、水文地质条件，基于岩石完整性和坚硬程度两个基本因素，对岩体基本质量指标进行了综合判定，并对围岩进行了分级，为隧道设计和施工提供了依据。

关键词：隧道，岩体，岩体质量指标，围岩分级

1工程概况

龙山隧道是神华集团塔本陶勒盖矿区配套铁路运煤专用线——甘其毛道至万水泉南段控制性工程之一，位于乌拉特前旗大佘太镇乌兰忽洞东部，巴彦查干山南部边缘地段，起讫里程为改DK107+713～改DK108+450，隧道全长737 m。由于隧道穿越地层复杂，地形起伏大，多期构造活动强烈，节理裂隙发育，隧道围岩破碎，做好隧址区地质勘察工作，正确评价隧道工程地质与水文地质条件，对隧道设计的经济合理性、施工安全性以及避免运营后隧道病害具有重大的意义。

2勘察技术与方法

本次勘察采用多种勘察方法进行相互验证、综合分析，涉及地质调绘、卫星遥感、天然大地电磁法、地震折射层析法、高密度电法、孔内剪切波速法、钻探及室内土工试验等。具体勘察工作布置钻孔4个，钻探进尺87延米，孔内剪切波速法1孔23 m，室内实验1组，地震折射法剖面6个，高密度电法剖面1个，天然大地电磁法测深点41个，完成1∶2 000比例尺地质调绘1.45 km2。

按照TB 10012—2007铁路工程地质勘察规范和TB 10003—2005铁路隧道设计规范要求，通过地质调查和钻探查明了隧址区地形、地貌、岩性、构造特征；查明了隧址区水文地质条件以及地下水补给、排泄等动态特征；重点调查了隧址区可能存在的不良地质作用；通过室内实验确定了隧址区岩石物理力学性质以及地下水侵蚀性。

3隧址区工程地质条件

3.1地形地貌

隧道位于巴彦查干山南部边缘向内蒙河套断陷盆地过渡地带，地貌单元属剥蚀中低山区，区内地面高程为1 205 m～1 331 m，相对高差126 m。隧址区山脉岩体破碎，沟谷切割强烈，呈“V”字形发育。隧道出口地形较平缓，呈“鸡爪形”；进口地形陡峻，局部由于矿石开采形成平台。

3.2地层岩性

2)洞身区(改DK107+760～改DK108+060)。洞身区围岩复杂，改DK108+060～改DK108+400 m为古界奥陶系(O1+2)强风化～弱风化灰岩，岩体倾角53°～56°，隧道穿越该地层约300 m～400 m；改DK107+713～改DK108+450 m为寒武系上中下统(∈1+2+3页岩(∈1)、钙质粉砂岩(∈2)、鲕状竹叶状灰岩(∈3)，局部夹有泥质条带灰岩，岩体倾角58°～65°，隧道穿越该地层约100 m～150 m；改DK107+900～改DK107+950 m为震旦系(Zsh)燧石条带灰岩、粉砂岩，局部夹有硅质页岩，岩石倾角35°～72°，隧道穿越该地层50 m～100 m；改DK107+760～改DK107+900 m为下伏太古界桑干群(Ar)全风化～强风化混合片麻岩，局部夹有糜棱岩，岩体倾角70°～81°，隧道洞身穿越该地层100 m～180 m。

3.3地质构造

隧址区位于华北地台内蒙台背斜大地构造单元，区内由于25亿年来多期构造运动相互干扰叠加，褶皱、断裂发育。断裂走向主要为近东西向或东西向构造体系的次一级构造。

3.3.1褶皱构造

隧道褶皱构造主要为乌兰忽洞向斜和乌兰忽洞背斜，褶皱构造走向为北西西，地质构造特征如表1所示。

The construction technology of railway bridges solid high bridge pier

龙山隧道进口位于乌兰忽洞背斜轴部下太古界混合片麻岩内，呈小角度穿越背斜北翼震旦系地层。北翼震旦系燧石条带灰岩以及粉砂岩，多呈碎屑状、泥状。鞍部为页岩，岩层近直立，岩体破碎。

在隧道改DK107+895处，做走向为N62°E的剖面A—B，地质构造如图1所示。

3.3.2断层构造

该地区经历了多期地质构造，断裂构造发育。隧址区呈东西向、北西西向为主的大断层9条，属于加里东期或华力西期，呈南北向断层约3条，切穿其他断层，属于燕山期。

乌兰忽洞背斜南翼与大佘太川相连处为一逆断层，上盘为下太古界混合片麻岩，相对上升，挤压掩盖下盘背斜南翼震旦系地层。褶皱带内岩石挤压强烈，岩石破碎。

3.3.3节理裂隙

隧址区受多期构造、褶皱构造、岩浆活动及风化作用影响，区内岩石节理裂隙极发育，以构造节理和风化节理为主，其中不仅有大量张节理、剪节理，还发育有隐蔽节理。

经现场地质调绘，龙山隧道中各岩性的节理裂隙统计见表2。

隧道出口改DK108+266右18 m附近，实际测得28组节理，其玫瑰花图如图2所示。

节理裂隙发育，岩体切割破碎，岩石强度低，结构面大多连通，形成渗水通道，在施工过程中应注意地表水下渗引起的涌水、突水事故发生。

3.4水文地质

隧址区地下水主要为基岩裂隙水，岩体含水量较少。其中岩体节理裂隙发育带、岩体不整合接触面雨季可能富水、导水，其主要补给来源为大气降水。局部岩溶发育地段含水。

3.5地震及区域稳定性

根据GB 18306—2015中国地震动参数区划图及GB 50111—2006铁路工程抗震设计规范(2009年版)，隧址区地震反应周期为0.30 s，地震动峰值加速度为0.15g，隧道设防烈度为7度。场地土类型为岩石，场地类别为Ⅰ类，隧址区为抗震不利地段。

4隧址区岩土工程地质评价

4.1隧址区岩土物理力学指标统计

隧址区岩土物理力学指标见表3。

4.2隧道围岩级别划分

隧道围岩分级是根据岩石完整性和坚硬程度两个基本因素定性特征综合分析的基础上判定岩体基本质量指标，综合进行围岩分级。

1)围岩的完整程度。根据表3及Kv与定性划分岩体完整程度表可知，奥陶系强风化石灰岩完整性系数Kv取值为0.46，岩石较破碎，弱风化石灰岩Kv取值为0.58，岩石较完整；寒武系全风化页岩Kv取值0.06，岩石极破碎，强风化灰岩Kv取值0.34，岩石较破碎；震旦系强风化燧石条带灰岩和强风化粉砂岩Kv取值0.36，岩石较破碎；下太古界全风化混合片麻岩Kv取值0.05，岩石极破碎，强风化混合片麻岩Kv取值0.31，岩石破碎。

2)围岩的坚硬程度。根据单轴饱和抗压强度Rc与岩石坚硬程度划分的关系，可知强风化～弱风化石灰岩为较软岩～硬岩；全风化页岩为软岩；强风化灰岩为硬岩；强风化燧石条带灰岩、粉砂岩为硬岩；全风化～强风化混合片麻岩为软岩。

4.2.1围岩基本质量指标BQ

围岩基本质量指标BQ根据定量指标Kv和Rc按下式计算：

BQ=90+3Rc+250Kv。

使用上式应遵循下列限制条件：

1)当Rc>90Kv+30时，应以Rc=90Kv+30和Kv代入计算BQ值；2)当Kv>0.04Rc+0.4时，应以Kv=0.04Rc+0.4和Rc代入计算BQ值。

BQ值计算结果见表4。

4.2.2围岩基本质量指标BQ值修正

围岩详细定级时，应考虑地下水、初始高地应力、围岩软弱结构面三种情况下予以修正。

1)地下水影响修正系数K1。隧址区洞身围岩存在少量基岩裂隙水，隧道涌水量较小，但由于隧址区围岩破碎，节理裂隙发育，在雨季可能涌水量较大，局部可能达到0.7 m3/d～1 m3/d，根据地下水影响系数修正表，K1分别取0.25，0.1，0.5，0.25，0.25，0.25，0.5，0.5。

2)主要软弱结构面修正系数K2。现场调查可知隧址区岩石破碎，发育多组结构面，其主要软弱结构面走向与隧道轴线夹角15°～30°，27°～59°，55°～86°。根据主要软弱结构面产状影响修正系数表，K2分别取值0.2，0.5，0.2，0.4，0.3，0.3，0.1，0.3。

3)初始应力状态影响修正系数K3。隧址区岩石破碎，节理裂隙发育，岩体整体强度较低，岩体稳定性差，发生岩爆的可能性较小，本隧道不对初始应力状态影响修正，但在施工时必须加强地质超前预报。

综合上述三个影响因素，采用围岩基本质量指标修正值公式：[BQ]=BQ-100(K1+K2+K3)进行修正，得到修正结果见表5。

4.2.3隧道围岩级别划分

按照围岩基本质量修正指标【BQ】，得出强风化石灰岩为Ⅴ级围岩，弱风化石灰岩为Ⅳ级围岩；全风化页岩为Ⅴ级围岩；强风化灰岩为Ⅴ级围岩；强风化燧石条带灰岩为Ⅴ级围岩；强风化粉砂岩为Ⅴ级围岩；全风化、强风化混合片麻岩为Ⅴ级围岩。

对应隧道各段围岩分级及围岩特征见表6。

4.3隧址区不良地质作用

4.3.1岩溶

隧道洞身段改DK108+060～改DK108+450穿越奥陶系石灰岩，石灰岩为易溶岩，一般沿裂隙、层面溶蚀扩大为岩溶化裂隙或小型洞穴，裂隙连通性较差。据物探资料可知局部地段岩溶发育较强烈，富水。施工过程中可能会遇到岩溶涌水问题，施工时应做好超前地质预报及加强防范措施，预防涌水和塌方。

表6隧道围岩分级及围岩特征

4.3.2泥石流及危岩、落石

隧道进口段地形变化大，冲沟发育，沟宽2 m～3 m，沟坡纵坡大于30°，沟源呈喇叭形，沟源及两侧堆积大量松散块石，雨季极易顺沟搬运，形成石流。

进口段隧道右侧岩壁直立，基岩裸露，岩体节理裂隙发育，岩石多呈碎块状，在外力作用下极易崩落，产生落石，危及隧道施工及人身安全。

4.3.3隧道有害气体评价

隧道通过段主要为混合片麻岩、石灰岩，燧石条带灰岩，不含有害气体矿物质，不会产生有毒有害气体。

5工程措施及建议

1)隧道进口段岩石为片麻岩，风化严重，节理裂隙发育，岩体破碎，该段隧道浅埋，隧道开挖应注意加强支护，防止塌方冒顶；隧道出口段为强风化石灰岩，距断层破碎带较近，围岩稳定性较差，应加强支护。

2)隧道进口段右侧山坡落石分布，冲沟较发育，同时隧道进口段为和位于冲沟的洞身浅埋段易于汇水，施工中注意雨季强降雨引起的泥石流和落石，隧道上方应做排水沟，拦截、排泄地表水，避免地表水沿岩体软弱结构面及节理裂隙面入渗，引起洞口边坡失稳和洞身围岩塌方。

3)隧道位于乌兰忽洞背斜北翼和乌兰忽洞向斜南翼段岩性为震旦寒武系灰岩、页岩、粉砂岩，岩体强度低，施工中应做好地质超前预报，加强洞内衬砌支护。

4)隧道出口段岩性为奥陶系灰岩，为易溶岩，局部地段岩溶发育，根据物探资料岩溶可能富水，施工中应及时采取措施，做好应急处理预案。

参考文献：

[1]TB 10003—2005，铁路隧道设计规范.

[2]TB 10012—2007，铁路工程地质勘察规范.

[3]GB 50218—94，工程岩体分级标准.

[4]JTG D70—2004，公路隧道设计规范.

[5]TB 10018—2003，铁路工程地质原位测试规程.

Jiang Mao

(LizhouDistrictBranchofGuangyuanCityLandandResourcesBureau,Guangyuan628017,China)

Abstract： The paper introduces the geological survey of Longshan tunnel through the methods of engineering geological mapping, satellite remote sensing, geophysical prospecting, drilling and laboratory soil test, etc.. Using such testing methods, the tunnel engineering geological and hydrogeological conditions are identified and evaluated. On the basis of the rock mass integrality and hardness degree of rock, the rock mass quality index(BQ) was determined and the surrounding rock was classified, which provides a basis for the tunnel design and construction.

Key words: tunnel， rock mass， rock mass quality index， classification of surrounding rock

Geological investigation and evaluation on the Longshan tunnel

Dong Liang

(ChinaRailwayShanghaiEngineeringBureauGroupMunicipalCorporation,Shanghai200000,China)

Key words:high bridge pier, concrete, template, security

Abstract:Taking the Hubenhangou bridge engineering as the basis, from high bridge pier template manufacture installation and concrete construction two aspects, this paper elaborated the construction technology key points of railway bridges solid high bridge pier, and discussed the construction quality and safety control measures, laid solid foundation for the smooth of bridge engineering.

文章编号：1009-6825(2016)14-0168-03

收稿日期：2016-03-01

作者简介：姜茂(1982- )，男，工程师

中图分类号：U452.11

文献标识码：A