木寨嶺隧道地質(zhì)分析及預(yù)防措施.doc

木寨嶺隧道地質(zhì)分析及預(yù)防措施摘 要：木寨嶺隧道是我國目前在建的雙洞單線分離式特長鐵路隧道，長18460m，以工程艱巨、地質(zhì)條件復(fù)雜為特點引起了巖土工程界的矚目。根據(jù)已有的勘察和施工設(shè)計地質(zhì)資料，詳細(xì)介紹了木寨嶺隧道的自然地理特征、水文地質(zhì)條件特征和工程地質(zhì)條件特征，并提出了一些工程措施建議。關(guān)鍵詞：木寨嶺隧道 地質(zhì)分析 炭質(zhì)板巖 預(yù)防措施1 自然地理特征1.1 地理位置與交通木寨嶺隧道位于甘肅省定西市，起于漳縣大草灘鄉(xiāng)漳河西岸，地面高程為2549.88m；止于岷縣梅川鎮(zhèn)素子溝內(nèi)楊家臺村，地面高程為2390.94m，隧道洞身最大埋深約715m，最小埋深約30m。隧道通過大部分地區(qū)山勢陡峻，人跡罕至，交通不便，僅前三里、牙扎灣、鹿扎等幾個村寨和一個通訊塔有路可以到達(dá)。1.2 地形與地貌木寨嶺隧道地形為秦嶺高中山區(qū)，地面高程一般為2390m3214m，自然坡度大于50?埃倒壬釙諧省癡”字型，坡腳多斜坡堆積層、崩塌堆積層，沿線村莊多位于山梁、溝底等緩坡地帶，泥石流災(zāi)害多發(fā)區(qū)。1.3 氣象特征木寨嶺隧道地區(qū)屬溫帶半濕潤氣候與高寒濕潤氣候的過渡帶上，氣溫低，無霜期短，降水量較為豐富。多年平均氣溫5.8，最低零下24.3（1972年2月9日），最熱33.3（2000年7月25日），無霜期90120天，相對濕度在69%；多年平均降水量560.8mm，年最大降水量為709.3mm，日最大降水量為61.5mm，茶鋪、梅川、中寨、堡子一帶為少雨區(qū)，年降水量小于550mm。測區(qū)年內(nèi)降水量主要集中于59月，期間的降水量占全年降水總量的78%以上。大雨（大于25mm/d）多年平均爆發(fā)次數(shù)為2.1次/年。多年平均蒸發(fā)量為1199.6mm，為降水量的2倍，最大凍土深度0.90m。2 工程地質(zhì)特征2.1 地層巖性隧道工程區(qū)地層條件復(fù)雜，按時代由新到老分別包括了第四系、第三系、二疊系、石炭系、泥盆系等不同時代的地層。其中第四系全新統(tǒng)人工填筑細(xì)角礫土、粘質(zhì)黃土、砂質(zhì)黃土、細(xì)角礫土及上更新統(tǒng)砂質(zhì)黃土、粗角（圓）礫土、碎石土；第三系主要分布于大坪、馬扎灣、馬家溝、素子溝附近，不連續(xù)出露，分別不整于石炭系、二疊系之上，巖性以礫巖、泥巖夾砂巖為主；二疊系廣泛分布與大坪村至隧道終點素子溝之間，以f12斷層與石炭系地層分界，主要以二疊系下統(tǒng)的板巖為主，砂巖及炭質(zhì)板巖多呈互層或夾層分布、石炭系中統(tǒng)砂巖夾板巖、石炭系下統(tǒng)主要在酒店子-大坪村一帶連續(xù)出露，以f2區(qū)域斷裂與泥盆系地層分界，主要為石炭系下統(tǒng)砂巖、灰?guī)r、板巖，上統(tǒng)砂巖；泥盆系隧道進(jìn)口至小溝段出露，巖性為泥盆系上統(tǒng)大草灘群紫紅色粉砂巖及淺灰色薄一細(xì)粒質(zhì)石英砂巖夾少量紫紅色粉砂巖，局部夾紫紅色泥巖及淺灰色板巖。2.2 地質(zhì)構(gòu)造線路行走于秦嶺褶皺系的禮縣柞水冒地槽褶皺帶及南秦嶺冒地槽褶皺帶中，地質(zhì)構(gòu)造極為復(fù)雜，類型多樣。區(qū)域內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，其展布與區(qū)域構(gòu)造線基本一致，以近東西和北西西向為主，破碎帶表現(xiàn)形式多為破碎帶、揉皺帶及不整合接觸帶。與本段線路有關(guān)的主要褶皺與斷裂構(gòu)造為大草灘復(fù)背斜，線路以大角度穿過。褶皺特征：軸線呈nwwew向的“s”形展布，長200余公里，寬20-40km，核部為上泥盆統(tǒng)、兩翼為石炭系、二疊系地層，其翼角為50-70?埃講嗟納瞎派緙盎髕凇嗌狡諢諮姨逯校狹壓乖旆喜閽詰孛采弦話惚硐治喜閶隆肟凇拗濉麓礪淶忍卣鶻廈饗浴?與本段線路有關(guān)的斷裂主要為美武-新寺斷裂帶f2，發(fā)育于上述大草灘復(fù)背斜南翼，走向n65-80w，斷層面以北傾為主，傾角30?70?埃古蘊卣饗災(zāi)蛭鞔磯啥嗵踅叫械畝喜閌槌傘？煞治礁黿洗蟮畝狹汛淳頻曜櫻篤罕蔽饗虻難古猿宥狹押屠嫌椎輳氛夜檔謀蔽饗蚧喂乖歟卸喜憬搶搖顧檠遙狹汛杏惺齔涮睢枚畏拇渭抖喜閿衒9、f10、f11、f12 、f13、f14 、f15、f16，這些斷裂大多數(shù)被第四系物質(zhì)覆蓋，但地貌上比較明顯，結(jié)合觀測點及可控源音頻大地電磁法物探成果，對各斷層形態(tài)及特征列于表1。2.3 不良地質(zhì)木寨嶺隧道通過區(qū)域不良地質(zhì)發(fā)育，主要包括滑坡、泥石流、巖堆，高地應(yīng)力炭質(zhì)板巖等，現(xiàn)分述如下：(1)滑坡隧道大坪斜井滑坡：位于ck176030東側(cè)的溝谷左岸，為一巖質(zhì)古滑坡，平面形態(tài)呈典型的“簸箕形”，前緣抵達(dá)溝床，滑坡體長700m，平均寬360m，滑坡體由石炭系板巖溝成，滑坡體厚約30m，上部以515m左右的碎石土溝成，下部相對完整。該滑坡系構(gòu)造成因，由f12斷層形成的構(gòu)造滑坡，滑坡體位于該斷層北側(cè)，南側(cè)緣為該斷層的破碎帶。該滑坡形成時間較早，現(xiàn)狀無變形跡象，處于穩(wěn)定狀態(tài)。線路以隧道的形式從滑坡后緣西側(cè)約100m處通過，不受該滑坡的影響。隧道大戰(zhàn)溝斜井上游滑坡：位于ck186070東側(cè)的大戰(zhàn)溝溝谷右岸，為一巖質(zhì)滑坡，滑床由二疊系板巖夾砂巖溝成，滑體由板巖及砂巖角礫組成，估計厚度約20m，平面形態(tài)呈“簸箕形”，滑體中后部形成平臺地形，前緣陡峭?；麦w長210m，平均寬250m。該滑坡現(xiàn)狀無變形跡象，處于穩(wěn)定狀態(tài)。線路以隧道的形式從滑坡西側(cè)緣通過，埋深320m左右，不受該滑坡的影響。(2)泥石流隧道進(jìn)口坡面泥石流：位于進(jìn)口端ck171590ck172+190處，為漳河西岸坡面泥石流，洪積碎石富積，厚度小于5m，逢雨季活動頻繁，線路從ck171+800處進(jìn)洞，受泥石流影響較大。鹿扎泥石流：位于ck183950ck184+280處，即華麗灣、臥牛坪灣與麻子溝等4條支溝泥石流的排泄區(qū)，泥石流洪積物較為豐富，以碎石土為主，厚度大于5m。線路以隧道形式從溝道下方穿過，不受該處泥石流的影響。大戰(zhàn)溝泥石流：位于ck186265ck186350處，即大戰(zhàn)溝泥石流上游形成區(qū)，溝道內(nèi)洪積碎石土較少，上游溝域山體植被較好，巖體風(fēng)化較弱，坡面松散物較薄，主要危害溝口地帶。線路以隧道形式從溝道下方穿過，不受該處泥石流的影響。(3)巖堆線路ck175+880ck175+970段發(fā)育一巖堆不良地質(zhì)，該巖堆受f11、f12斷層影響，為斷層形成基巖陡坎崩落堆積而成，厚3m7m，基本為原巖堆積物。線路以隧道形式從巖堆下方穿過，不受影響。(4)高地應(yīng)力炭質(zhì)板巖根據(jù)木寨嶺隧道通過的斷裂、褶皺構(gòu)造走向（n55?啊?0?癢）分析，區(qū)域地應(yīng)力方向應(yīng)該為n30?啊?0?癊，在勘測期間在殺人溝內(nèi)布置并實施了深孔鉆探，孔深330m，在295m、315m分別進(jìn)行了地應(yīng)力測試，成功定向一次，測得地應(yīng)力方向n34?癊，最大水平主應(yīng)力24.95mpa和27.16mpa，屬高應(yīng)力區(qū)。隧道洞身通過地區(qū)，大部分是以軟質(zhì)板巖為主，夾及軟巖炭質(zhì)板巖，該巖石屬于膨脹性軟巖，巖體層理發(fā)育，富含裂隙水，遇水易軟化，圍巖穩(wěn)定性較差，極易產(chǎn)生大變形和局部易垮塌。2.4 特殊巖土隧道洞身表層局部覆蓋第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積粘質(zhì)黃土，場地類型為自重濕陷場地，濕陷等級為級自重，濕陷性土層厚度5m15 m，對隧道沒有影響。3 水文地質(zhì)特征3.1 地下水類型隧道通過地區(qū)地下水的形成受地形地貌，巖性、構(gòu)造、植被、氣溫等多種因素控制和影響，特別是在構(gòu)造作用下，斷層破碎帶，褶皺帶，節(jié)理密集帶、巖性接觸帶，以及在灰?guī)r帶溶蝕發(fā)育區(qū)為地下水的貯存運移創(chuàng)造了良好的內(nèi)部條件。本區(qū)地下水類型主要為：(1)第四系孔隙潛水；(2)構(gòu)造裂隙水；(3)層間裂隙水；(4)灰?guī)r巖溶水等。3.2 地下水補(bǔ)給、逕流、排泄條件隧道區(qū)地下水屬于典型的滲入徑流型循環(huán)系統(tǒng)，地下水的補(bǔ)給來源主要為大氣降水、雪融水及地表溝水。隧道區(qū)溝谷發(fā)育，這些溝谷一般都分別構(gòu)成一個小的、相對獨立的地下水循環(huán)系統(tǒng)，山脊、各支溝的分水嶺地段為各流域地下水的補(bǔ)給區(qū)，各系統(tǒng)之間沒有或僅有微弱的水力聯(lián)系。由于斜坡地形使大氣降水、雪融水很快以片流、泉水形式向地表排泄；枯水期地表水雖然也向地下水補(bǔ)給，但由于地表水徑流量有限，對地下水的補(bǔ)給量不會太大。3.3 富水性分區(qū)及涌水量預(yù)測3.3.1 富水性分區(qū)及評價根據(jù)水文地質(zhì)調(diào)查，地表泉水流量大小，以及巖性和構(gòu)造，水文地質(zhì)計算，同時考慮勘測時受季節(jié)因素的影響，將隧址區(qū)地下富水性分為兩個區(qū)。(1)基巖裂隙中等富水區(qū)（i）主要分布在隧道北側(cè)大坪村石咀溝一帶、隧道南側(cè)的南水溝溝谷、富水性界線與灰?guī)r巖性界線、斷層邊界線近于一致。該中等富水區(qū)單位正常涌水量為964.71025.4m3/dkm。隧道洞身斷層、軟硬巖、灰?guī)r的溶蝕裂隙及巖性分解段為地下水的主要富水區(qū)，巖體的節(jié)理裂隙發(fā)育，連通性較好，是隧道開挖過程中可能產(chǎn)生涌水的主要通道，因此在隧道施工過程中，應(yīng)做好地質(zhì)超前預(yù)報工作，加強(qiáng)排水設(shè)施及防治水措施。(2)基巖裂隙水貧水區(qū)(ii1)1區(qū)：主要分布在特長隧道的進(jìn)口端、小溝、大戰(zhàn)溝一帶。本區(qū)泉水流量712m3/d。受構(gòu)造影響，基巖的節(jié)理裂隙較為發(fā)育、巖體較破碎。計算地下徑流模數(shù)293.6372.4 m3/dkm2，單位正常涌水量為769.0835.3m3/dkm。ii2區(qū)：分布在隧道中段。砂巖、板巖、礫巖節(jié)理、裂隙不發(fā)育較發(fā)育，地下水不發(fā)育。但是隧道從河谷底部通過或隧道埋深較小地段地下水較發(fā)育，計算該段的地下徑流模數(shù)79.495.97m3/dkm2，單位正常涌水量547.4744.8m3/dkm。隧道富水性具體分區(qū)列于表1。3.3.2 隧道涌水量預(yù)測根據(jù)水文地質(zhì)富水性分區(qū)及單位涌水量計算，隧道分段涌水量計算結(jié)果以及地層構(gòu)造發(fā)育情況，預(yù)測結(jié)果如表1。4 木寨嶺隧道工程措施建議根據(jù)對木寨嶺隧道的自然地理特征、工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件的詳細(xì)分析和研究，對該隧道提出了一下工程措施：(1)隧道洞身通過炭質(zhì)板巖區(qū)，巖體層理發(fā)育，巖體較軟，遇水易軟化，穩(wěn)定性較差，局部易垮塌，施工中應(yīng)科學(xué)控制藥量，嚴(yán)禁放大炮，短進(jìn)尺，勤支護(hù)，加強(qiáng)襯砌，及時輸排地下水。炭質(zhì)板巖區(qū)可能有瓦斯外溢，應(yīng)采取措施監(jiān)測瓦斯?jié)舛?，注意施工通風(fēng)。(2)進(jìn)口段隧道通過泥石流區(qū)，坡面應(yīng)做好開挖擋護(hù)，并且避免雨季施工，在洞口處應(yīng)注意做好排水、排洪工程，給泥石流留夠通道。(3)出口段處于基巖裸露區(qū)域，風(fēng)化不均，較破碎，容易造成崩塌掉塊，施工中應(yīng)采取預(yù)加固措施，注意排水，并短進(jìn)尺開挖。(4)cyk172+761cyk172+953段為淺埋段，埋深30m左右，應(yīng)注意滲水、漏水，加強(qiáng)支護(hù)、排水措施。(5)在預(yù)計的時代變化帶，巖性變化帶，斷層破碎帶等位置，應(yīng)加強(qiáng)預(yù)報，短進(jìn)尺，勤支護(hù)，加強(qiáng)排水、襯砌，防止掉塊，注意工程安全。(6)加強(qiáng)施工質(zhì)量管理，特別注意襯砌外側(cè)要回填密實，防止出現(xiàn)空洞，以免產(chǎn)生凍害。(7)根據(jù)測井資料分析，測井附近地層水位深度變化不大，含水量不大；洞身附近，圍巖波速值變小，證明該段巖層破碎，施工時注意坍塌、掉塊及防水。(8)在富水區(qū)、斷層破碎帶或松軟巖層地帶，通過打超前鉆孔勘察并進(jìn)行綜合分析，已預(yù)測出工作面前方含水量很大或巖層破碎，隧道難以通過或容易發(fā)生事故時，可以采取對工作面進(jìn)行預(yù)注漿的措施，以達(dá)到排水、堵水或圍巖加固的目的。為保證木寨嶺隧道施工的順利進(jìn)行，設(shè)計單位成立了駐現(xiàn)場木寨嶺隧道動態(tài)設(shè)計隊，由隧道、地質(zhì)等專業(yè)人員為主，負(fù)責(zé)隧道的動態(tài)設(shè)計、超前地質(zhì)預(yù)報及配合施工工作。根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件和施工情況，及時進(jìn)行地質(zhì)編錄和超前地質(zhì)預(yù)報，劃定圍巖級別、支護(hù)參數(shù)和襯砌結(jié)構(gòu)，分段由設(shè)計、監(jiān)理、建設(shè)單位共同簽署的動態(tài)設(shè)計通知單（