江西某矿山拟建尾矿输送设施工程水文地质条件

2016-09-20崔军

现代矿业 2016年8期

关键词：千枚岩代号风化

崔　军

(中冶集团武汉勘察研究院有限公司)

江西某矿山拟建尾矿输送设施工程水文地质条件

崔军

(中冶集团武汉勘察研究院有限公司)

对江西某矿山拟建尾矿库上游输送设施的工程地质及水文地质条件进行了详细分析，对隧洞建设涉及的主要岩土工程问题进行了讨论，对于该地区的类似工程建设有一定的参考价值。

尾矿库工程地质水文地质岩土工程

某矿山地处江西省上饶地区，是中国乃至亚洲最大的露天铜矿之一。近年来，随着矿山的不断发展，由于资源量和采选规模的扩大以及废石的堆放，现有的尾矿设施已无法满足矿山全部服务期的需要，必须新建尾矿库。该矿山拟建的大山尾矿输送系统至上游尾矿输送设施采用自流方式，全长5 006.74m，进口底标高275.5m，出口底标高245.5m，敷设坡度0.006。隧洞断面采用城门洞型，断面尺寸(直墙高+拱高)×宽=(1.5+1.25)m×2.5m。为确保该尾矿输送设施的顺利建设，本研究对工程场地的工程地质条件、水文地质条件进行勘察，并就隧洞建设过程中涉及的岩土工程问题进行分析，供相关工程施工参考。

1　勘察方法

根据勘察技术要求及相关规范要求，本工程实施勘察采取以野外工程地质调查、测绘(比例精度1∶1 000)、物探(高密度电法、Eh4电导率法)为主，钻探(井探)、取样、原位测试(声波测试、试坑注水试验、钻孔压水试验、现场直剪试验、电阻率测试)及室内试验为辅的多种方法[1-4]。

2　场地工程地质及水文地质条件

2.1工程地质条件2.1.1地形地貌

工程场地所在的海口镇大山林场山坑坞属萍(乡)—乐(平)凹陷带的低山丘陵地形，区内植被繁茂，沟谷发育，山顶高程一般为150～500m，局部高程超过500m。地势总体自东南向西北倾斜，相对高差较大。区域地质资料及勘察成果揭示，该区地貌特征大体分为侵蚀构造低山、侵蚀剥蚀构造丘陵2个亚类。

2.1.2地质构造

根据区域地质资料，工程场地地处扬子准地台(一级构造单元)下江南台隆(二级构造单元)与钱塘江坳陷(二级构造单元)的衔接部位，赣东北深断裂带北西侧为显著的构造变异带。由于多期构造运动的影响，区内地层褶皱强烈，断裂纵横交错。

(1)褶皱构造。即银山—铜厂复背斜，其轴部大致位于德兴至海口一线，轴向NE，轴部广布双桥山群下亚群之上部岩组。根据现场工程地质与测绘，场内岩体结构面发育，岩层面受片里面置换，层面、片里面产状基本一致，总体走向近EW向，倾向360°～342°，倾角5°～43°。

(2)断裂。主要为NNE向F5、F9断裂，走向10°～25°，倾向NW，倾角55°～75°。该2个断裂由一系列左行侧列展布的挤压带组成，具有明显的错切作用，以逆冲向为主，致使部分双桥山群缺失，产状紊乱，断裂面呈舒缓波状，挤压带内透镜体发育，透镜体之间挤压片理发育，透水性及导水性差，水量贫乏。

2.1.3地层结构及工程特征

(1)第四系残坡积(Qdel)黏土层(地层代号⑤)。褐黄、褐色，夹5%～20%碎石，成分以千枚岩为主，呈湿、可塑—硬塑状态，多分布于勘察区表层，平均厚约1.87m。

(2)前震旦系双桥山群(Ptsh)千枚岩(地层代号⑦)。黄褐、褐黄、青灰色，变晶结构，千枚状构造，节理裂隙较发育。按风化程度及破碎程度将其分为强风化(地层代号⑦1)、中风化(地层代号⑦2)、微风化(地层代号⑦3)3个亚层，其中⑦2层主要分布于隧洞出口段，⑦3层为隧道的主要穿越地层。

工程场地内各类地层岩体的基本质量等级、坚固性系数f、渗透性等级、围岩分级等工程特征参数见表1。

表1　场地工程特征参数

注：渗透性等级及围岩分级划分参考了现行《水利水电工程地质勘察规范》(GB50487—2008)[2]。

2.2场地水文地质条件

(1)地表水。建设区属乐安河水系，地表水系主要为浮溪河及其沟谷间支流。浮溪河为乐安河支流之一，由南至北贯穿勘察区，并注入乐安河，汇水面积约15km2，河床宽5～17m，汛期流量可达15 000～30 000m3/d，枯水期流量约500m3/d，该溪流主要由众多山谷支流汇集而成。

(2)地下水。主要为基岩裂隙水，赋存于场内沿线下伏岩层风化裂隙及构造裂隙中。大气降水及周边邻近地表水渗透是其主要补给源，沿裂隙向低洼处和深部裂隙径流和排泄。由于区内断裂构造多为压性，基岩富水性及导水性较差，各钻孔勘探深度内均未见到水位。

(3)地表水、地下水补、径、排条件。勘察区地处含水微弱的变质千枚岩系广布山区，地形陡峻，沟谷纵贯，排泄条件极好，不利于地表水、地下水的聚集。据调查，每年3—7月连绵梅雨是潜在地表水和地下水补给的主要季节。地表风化带首先接受降雨补给，由于地形陡峻，地下水排泄条件良好，因而风化带普遍呈透水而不含水的岩层，仅在地势较低处会形成较薄的含水层。构造裂隙含水带则由风化层和大气降雨补给，在地势较低的地段，往往形成上升泉、沼泽化现象向沟谷排泄。

(4)腐蚀性评价。场内拟建隧道沿线地下水水质类型为HCO-Ca·Mg型，其pH值为6.22～9.90，受环境类型和地层渗透性的影响，地表水对混凝土结构及混凝土结构中的钢筋具有微腐蚀性。地下水对混凝土结构及混凝土结构中的钢筋具有弱腐蚀性。应注意根据地下水的腐蚀性程度和类别，适时调整设计类型，采取相应的抗腐蚀性措施。

(5)涌水量评价。拟建隧洞穿越的围岩主要为Ptsh微风化千枚岩，岩体较完整，在隧洞标高以上均未测得地下水位，按现行行业标准《铁路工程水文地质勘察规程》(TB10049—2004)判别可知，隧道涌水灾害严重等级为C级，隧道涌漏水较少，对围岩稳定性有一定的影响。根据现场工程地质调查，该地段在雨季会有少量裂隙水，施工中地下水预计呈点滴状或小股状流出，应采取相应的排水措施。

3　场地工程地质评价

3.1进、出口

(1)进口。为斜向坡，坡向320°，坡高约12.5m，天然坡度5°～20°。洞体范围内的地层主要为残坡积黏土层(地层代号⑤)及强风化千枚岩(地层代号⑦1)，⑤层呈可塑—硬塑状态，具有一定的透水性，⑦1层岩体破碎，强度低，稳定性较差。经相关计算分析，坡体现状处于稳定状态，但在暴雨、久雨等饱水工况下，稳定性大大降低，成洞条件差，需采取加强衬砌支护措施。

(2)出口。为斜向坡，坡向44°，坡高约8.5m，天然坡度30°～35°。坡体范围内的地层主要为⑤层、⑦1层及⑦2层。坡面岩体无外倾结构面，不受外倾结构面及裂隙组合交线控制，属稳定结构。Slide5.0软件计算结果表明，坡体在天然、饱和工况下的稳定性系数均大于1.05，洞口基本稳定，成洞条件较入口好。

3.2洞身

(1)围岩类别确定及围岩稳定性评价。拟建隧洞沿线洞身穿越的地层主要为微风化千枚岩(地层代号⑦3)，次为中风化千枚岩(地层代号⑦2)和强风化千枚岩(地层代号⑦1)，除在里程K0+900m和K4+500m处分别有F5、F9断层以58°、26°与轴线斜交通过外，无其他不良地质作用存在，地质条件总体中等复杂。根据《岩土工程勘察规范》(GB50021—2001)[3]，围岩岩体坚固性系数为0～3，便于开挖施工。根据《岩土工程勘察技术规范》(YS5202—2004)及《水利水电工程地质勘察规范》(GB50487—2008)，将拟建隧洞的围岩分为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ 3类，共13段。综合物探分析成果，拟建隧洞在K0+100～K0+200m、K0+800～K0+940m、K3+140～K3+200m、K3+820～K3+880m及K4+340～K4+550m里程段为裂隙发育区，需加强围岩位移、沉降监测工作，及时作出安全预报，尤其断层部位。

(2)突水评价。根据地质调查及物探成果，拟建隧洞穿越沿线虽有断层(F5、F9)穿过，但均属挤压断裂，其活动均发生于中生代以前，破碎带多已硅化、糜棱化，未发现断层含水带，水量总体较贫乏，无突发灾难性突水可能。为防治施工可能引起的局部地下水位下降对隧洞沿线村民的生产、生活用水产生影响，应作好地下水的防堵工作，贯彻以堵为主的施工方案，超前堵水，防止地下水疏干。

(3)有害气体评价。洞身沿线主要为微风化变质千枚岩，未发现煤系、空洞等有害气体生气、储气地层，对隧洞施工有利，但在隧洞施工中应注意加强通风和超前监测工作。

(4)软岩变形评价。隧洞穿遇地层微风化千枚岩属软质岩，软化系数小于0.75，具有饱水及失水易崩解的特性。隧洞穿遇该层洞顶埋深最大293m，钻探揭露岩芯无饼化现象，岩体较完整，地应力总体不高(强度应力比大于7)[4]，发生软岩较大变形的可能性较小，但可能发生掉块、坍塌、滑移、剥落等轻度变形，施工中应加强衬砌。

(5)岩爆评价。隧洞穿越区以微风化千枚岩为主，岩体完整性系数平均为0．56，岩石饱和抗压强度平均为25MPa，RQD为0．30～0．55，岩体纵波速度最大为3 435.2m/s，属弱岩爆范畴。据区域资料，隧洞区总体地应力不高，破坏形式以沿不利结构面滑塌为主，发生岩爆的可能性不大，但因岩爆影响因素较多，易受施工影响，施工中仍应对岩爆加强监测预防。

(6)围岩支护类型。隧道进出口及洞身通过地表沟谷埋深较浅的地段，围岩级别低(Ⅳ、Ⅴ类)，稳定性差，易塌方，施工中应加强超前支护，及时衬砌，支护类型可采用锚网喷联合支护、局部设钢架或钢筋混凝土支砌。