新汪家山隧道工程地质勘察报告修正 2

改 建 铁 路石门至长沙增建二线石德段定测新汪家山隧道工程地质勘察报告（DK9+028 DK10+350） 工程设计资质证书 综合甲级 A142000037 工 程 勘 察 证 书 综合甲级 170010-KJ地质灾害危险性评估 甲级 20071117021 2009年7月 武汉 改 建 铁 路石门至长沙增建二线石德段定测新汪家山隧道工程地质勘察报告（DK9+028 DK10+350）文件编制：复 核：专业设计负责人：处 总 工 程 师：地质与路基设计研究处2009年7月 武汉目 录一、工程概况：1二、勘察概况1三、完成的勘察工作量1四、自然地理概况1（一）地形地貌1（二）气象特征1五、地震动参数1六、工程地质特征1（一）地层岩性1（二）地质构造2（三）不良地质及特殊岩土21、隧道进出口的堆积体2七、水文地质特征3(一) 地下水类型及含水岩组的划分3(二) 地下水的补给和排泄3(三) 涌水量的预测3(四) 环境水对混凝土等建筑材料的侵蚀性4八、隧道工程地质条件及建议工程措施4（一）岩土施工工程分级及力学参数建议值4（二）隧道围岩分级及工程地质与水文地质描述5（三）隧道进出口工程地质条件6九、设计及施工中注意事项6十、附图新汪家山隧道工程地质图6 7一、工程概况：拟建石长增加二线新汪家山隧道位于湖南省石门市夹山镇境内，起迄里程：DK9+028 DK10+350，中心里程DK9+689，全长1322.00m。隧道相对既有汪家山隧道左侧绕行，距离既有隧道最近距离为约42m，最远距离约214m，为新建双线曲线隧道，隧道洞身线路大体走向为由西向东逐渐转向东南方向。隧道进出口交通较便利，进口附近有宽3m的乡间小路，出口有4m宽的乡间公路。二、勘察概况2009年4月7月对本隧道进行了定测工作，通过分析区域地质情况和既有隧道的勘察施工资料的基础上，结合地质测绘，基本掌握了隧道区的地层岩性、主要构造的分布及规模、稳定状态等，同时对本隧道分别进行了物探电法和机动钻孔勘探等相关工作，以及钻孔中进行动力触探试验工作，并现场采集土、水、石样品进行有关室内试验。定测工作充分发挥各种勘探手段的作用，以期相互补充、相互验证，并取得了较为齐全、准确的物理力学指标。三、完成的勘察工作量根据任务要求，我院于2009年4月22日至2009年7月5日对新汪家山隧道进行了定测阶段的相关工作，完成实物工作量（含可利用初测工作量）和勘探点信息见下表1、表2。完成实物工作量汇总表 表1工 作 项 目单 位数 量备注工程地质带状测绘Km 3.93大面积地质测绘Km215.2物探高密度电法Km345DK9+010+355DK9+010+355DK9+010+355工程地质钻探陆上m/孔5/195.6原位测试标准贯入试验次1基岩风化层动力触探试验次46土工试验原状土样组1岩样组3饱和单轴抗压组1干燥单轴抗压组1天然单轴抗压组3水样试验侵蚀性分析组3定测机动钻孔概况 表2序号勘察点名称位 置孔口标高(m)孔深(m)1Jz-091-汪1DK9+025左6m102.3419.42Jz-091-汪1-1DK9+075.78左8m106.2726.63Jz-091-汪2DK9+180左6m128.7439.44Jz-091-汪3DK10+026右6m168.9673.25Jz-091-汪3-1DK10+225左6m133.2337四、自然地理概况 （一）地形地貌隧道区地貌单元属于低山区，隧道横穿紫和寺山脉余脉，所经之地大部分地势较险，植被繁密，沟谷较发育。坡面自然坡度4050，局部自然坡度达到5060，植被及其发育，主要为灌木、松木等，隧道范围内的最大标高为270.4m，最小标高为96m，最大相对高差为174m左右。（二）气象特征隧址区春季阴雨多，初夏雨量集中，全年平均气温在1517之间，最热月（七月）平均气温为32.5，极端最高气温43，最冷月（一月）平均气温为6.8，最低气温零下3左右。最大风速可达20米/秒。境内年均气温16.7度，全年无霜期282天，元月气温最低，极端最低气温-11.2，七月气温最高，极端最高气温43.6。46月为雨季，78月高温多暴雨，澧水流域多暴雨。平均降雨量1540毫米，年最大降雨量2092.42353.2mm。单日最大降雨量176.8192.5mm。年均蒸发量10001400mm，蒸发量大多数月份低于降雨量，仅78月大于降雨量。五、地震动参数根据1:400万中国地震动参数区划图(GB18306-2001)，隧址地震动峰值加速度0.05g，地震动反应谱特征周期值为0.35s，地震基本设计烈度为度。六、工程地质特征（一）地层岩性隧道穿越的地层比较复杂，由新至老分述如下：1、第四系残坡崩积（Qel+dl+col）粉质黏土、块石土、角砾土隧道进口段表层覆盖层分别为粉质粘土、块石土、角砾土等，其中隧道进口段表层粉质粘土，褐黄色，硬塑，底部含有20%左右角砾，分布为山前较平缓的区域，厚度2.9m，块石土，褐红色棕红色，松散稍密，稍湿，夹块石，块石主要为红色砂岩，块径大小不一，最大达到11.5m，一般为250cm，块石含量较多，厚度35m。隧道出口为深厚的堆积体，堆积体的成分为角砾土和块石土，其中DK9+910DK10+200段为山前堆积体（岩堆），为块石土夹粉质粘土，块石土由红色砂岩块石夹粉质粘土组成，厚度达到28.7m，而DK10+200+350段为厚层的角砾土夹粉质粘土，黄褐色褐红色,稍密，潮湿，主要由粉质黏土组成及角砾组成,角砾母岩为细砂岩,含量约为25%30%,砾径0.10.3cm,磨圆度差,岩芯呈砂,土柱状,均匀性差,遇水较易松散.，厚度达到26.3m。2、志留系上统纱帽群（S3sh）砂质页岩夹粉砂岩：分布在隧道的进口至DK9+233段，砂质页岩夹粉砂岩，局部夹页岩，强风化，粉砂岩岩芯以块状、碎块状为主，少量短柱状，岩质较软，锤击易碎，局部夹有0.52m厚的页岩，绿色，页理发育，岩质极软，岩性呈薄片状。砂质页岩为灰黄色，强风化，薄层状，节理裂隙发育，岩性呈碎块状、块状，少量短柱状，岩质较软，锤击易碎。岩层产状为120170356，节理主要有两组：4085，间距0.30.5m/条，延伸大于1.0m；23027，间距为1020cm。3、泥盆系中统云台观群（D2yn）石英砂岩局部夹页岩与粉砂岩：分布于隧道DK9+233+935段，处于隧道洞身中段。砂岩为灰白色紫红色，砂质结构，中层厚层状，层厚0.11.1m，岩石在山顶裸露，强弱风化，可见条带状石英脉，岩石较硬，锤击回弹、震手，不易击碎。产状为1351608087，节理裂隙较发育，主要有两组：23087，31019。4、二叠系下统（P1）炭质灰岩与灰岩该层分布在隧道DK9+935DK10+220段。灰岩:灰白色,弱风化,隐晶质结构,薄中厚层状构造,岩质较坚硬,节理裂隙发育,岩芯破碎,呈块状,块径37cm,局部见短柱状,节长10cm。炭质灰岩:灰黑色,弱风化,隐晶质结构,薄中厚层状构造,节理裂隙发育,方解石脉充填,岩芯较破碎,多呈块状,局部呈短柱状,节长1025cm。灰岩内溶洞较发育，无充填或全充填。其中该层中部穿越一条断层，断层内为受强烈挤压的灰岩组成，岩质软，断层倾角80。5、二叠系下统（P2）炭质页岩、页岩夹砂岩与灰岩该层分布在隧道DK9+935DK10+220段。其中炭质页岩，黑色，页理不明显，岩芯大部分为碎块状，扁柱状，少量为短柱状，砂状及稀糊状。 砂岩，褐黄色，含泥质，粉砂质结构，薄层状，岩芯大部分呈碎块状，少量短柱状，土状，节理发育。页岩，黄褐色，褐黄色，薄层状，砂岩含泥质较多，粉砂质结构，质软，手能掰断。灰岩:灰白色,弱风化,隐晶质结构,薄中厚层状构造,岩质较坚硬,节理裂隙发育,岩芯破碎,呈块状,块径37cm,局部见短柱状,节长10cm。炭质灰岩:灰黑色,弱风化,隐晶质结构,薄中厚层状构造,节理裂隙发育,方解石脉充填,岩芯较破碎,多呈块状,局部呈短柱状,节长1025cm。灰岩内溶洞较发育，无充填或全充填。6、三叠系下统大冶组（T1dy）灰岩夹泥灰岩： 分布在隧道出口段。灰岩:青灰色夹灰白色，弱风化，隐晶质结构,薄中厚层状构造,岩石致密坚硬，岩质较坚硬,敲击声清脆，溶蚀裂隙等岩溶现象较发育。受构造挤压作用影响，岩层节理裂隙较发育，岩层层面呈扭曲形，产状为3158613188。（二）地质构造隧道段区域构造属于燕山期褶皱的龙阳湾倒转向斜，龙阳湾倒转向斜北接花山坪倒转背斜。该向斜轴向约近东西，两端圈闭，呈一长50Km宽10Km左右的短轴向斜，东端受自东向西的力挤压，有些变形，并可见轴部略有分叉。核部为大片白垩系红层覆盖；两翼由三叠系志留系地层组成。南翼宽缓，以530角北倾；北翼向南倒转，以5080角北倾；向斜核部近北翼处受喜山期的冷水街逆断层F1及其次生断层F2、F3的破坏，冷水街逆断层呈NEE走向，倾向NWW，倾角4560左右，断层破碎带宽约55m左右，断层上盘为龙阳湾倒转向斜的北翼，下盘为龙阳湾倒转向斜的核部，挤压构造使得北翼岩层向北挤压以大于75角南倾而近直立。冷水街逆断层的次生断层F2宽约6m，F3宽度约35m，其它性质不明。新汪家山隧道几乎横穿龙阳湾倒转向斜的北翼，北翼地层自北向南依次发布：志留系上统纱帽群（S3sh）页岩夹粉砂岩页岩、泥盆系中统云台观群（D2yn）石英砂岩与页岩、二叠系上统灰岩夹页岩、二叠系中统页岩、三叠系下统大冶组（T1dy）灰岩等。受构造作用，节理裂隙发育，岩层破碎，二叠系、三叠系的灰岩岩溶发育，发布溶蚀裂隙和充填型溶洞。（三）不良地质及特殊岩土1、隧道进出口的堆积体隧道穿越的山体岩石强度变化比较大，中部为强度较大的石英砂岩，进口段为强度较小的粉砂岩、砂质页岩，出口段夹有强度较差的炭质页岩等岩层，上体呈现中间陡峭、两侧坡下较缓现象，且中部石英砂岩结构面产状陡立，经剥蚀脱落堆积于坡下，形成不同厚度的堆积体。隧道进口处堆积体厚度4m左右，主要有砂岩块石夹粉质粘土组成，其中块石在坡面散落呈孤石状，易受水流冲刷滚落，隧道需要采取防护措施。隧道出口段为深厚的堆积层，厚度达到28.7m，分布范围为DK9+925DK10+340段，成分比较复杂，上部为砂岩块石夹土，下部为角砾土，角砾成分为强风化泥灰岩、页岩等。根据调查分析该堆积体目前处于稳定状态，钻孔未揭露明显的滑动面。该堆积体对隧道的主要影响有：由于堆积体厚度大，出口段（DK10+160+342）隧道开挖的顶面处于堆积体或堆积体与岩石交界面上，堆积体比较松散，隧道开挖后容易出现塌顶、突水突泥等现象；受到隧道开挖的扰动，局部堆积体可能出现失稳的现象，在地表坡面上发生滑坡、溜塌等现象。2、隧道出口的岩溶隧道DK9+920DK10+350段主要岩性为灰岩，受构造作用的影响，灰岩比较破碎，灰岩的岩溶较发育，岩溶主要以溶蚀裂隙、溶洞等形式发育，并发育有串珠状的溶洞。隧道开挖容易引起突水、突泥、地表塌陷、环境水文地质问题等多种地质灾害。根据对既有隧道的调查发现，既有隧道出口段在开挖过程中曾多次发生塌顶、突泥等现象，并引发地表塌陷，并对周边地下地表水的影响较大。既有隧道开挖施工过程中，在DK10+014右侧215.9m（1#）、DK10+075右侧278.6m（2#）、DK10+146.5右侧233.9m(3#)、DK10+217.4m右侧203.3m(4#)等处分布发生了地表塌陷，塌陷的面积为十几几十平方米，塌陷深度1米至35m左右，而且既有隧道建成后，出口段渗水严重。据当地村名反映，在既有隧道开挖后，当地的水环境发生了一些变化，主要表现为：原来沿山谷发育的溪流的水流量减少、水塘干枯等现象。与既有隧道类似，新汪家山隧道在开挖施工和施工后存在着同样问题，隧道开挖后应做好地质超前预报以及其他防范措施。3、人工洞穴在隧道DK10+210+240段的右侧为6070年代开挖的人工洞穴，据了解为挖取灰岩烧石灰所用，洞穴的大小估计为5m左右，目前已回填，旁边为开挖的弃渣，面积约4000平米，高度510m，根据调查，弃渣堆积处原为一岩溶洼地，弃渣将该洼地填平，但是弃渣堆积又围成一个凹地，雨季易积水，沿洞穴和岩溶通道进入隧道，造成隧道内涌水量的增大。七、水文地质特征(一) 地下水类型及含水岩组的划分该隧道位于剥蚀中低山区，地下水类型分为第四系孔隙潜水和基岩裂隙水以及岩溶裂隙水，其中：孔隙潜水埋藏浅，赋存于上部第四系坡残积土层中，含水量小，受大气降水及坳沟中季节性地表水补给，其动态变化大。在隧道表层覆盖层中分布。基岩风化裂隙水埋藏于砂岩、页岩等裂隙中，一般不发育，但是受地形以及构造等影响，局部较发育，主要分布在隧道的DK9+028+920段。DK9+920DK10+350段主要为岩溶裂隙水，地下水主要沿溶洞、溶蚀裂隙等流通进入隧道，容易造成隧道突水、突泥等现象。(二) 地下水的补给和排泄隧道的地下水的补给主要来源于大气降水的补给。地下水的排泄主要通过山谷溪流、坡脚溪流凹地等处排泄。隧道岩溶区的水位变化比较大，例如对Jz-091-汪3的观察发现，在干旱期间的地下水位为24m左右，但是下雨后地下水位立即升高到4.8m，过2天后又恢复到24m左右，地下水接受补给和排泄的速度非常快。 (三) 涌水量的预测 涌水量的预测根据含水岩组分别予以计算。根据该隧道含水岩组的划分，分别划分为两段：DK9+020DK9+500段为基岩裂隙水进行计算；DK9+920DK10+350段按照岩溶裂隙水进行计算。其中DK9+500+920段为地下水极不发育段，不予计算。1、隧道水文地质特征及涌水量计算方法的选用根据测绘资料及既有类似隧道施工情况，隧道发生小规模涌水地段主要集中在构造带附近及地表水发育，基岩裂隙密集强风化带以及岩溶发育段。对隧道涌水量采用降水入渗法计算，其计算结果较符合实际。降水入渗法的计算公式：Q=2.74XF式中：Q：隧道通过含水体地段的正常涌水量（m3d）：降水入渗系数（根据区域水文地质资料，参照经验值分析，DK9+020DK9+500段为裂隙发育软弱岩，取0.15，DK9+920DK10+350岩溶较发育灰岩取，取0.3）X：年平均降雨量（采用澧水流域30年来平均降雨量1540mm；最大降雨量采用澧水流域30年来最大降雨量2353.2mm）F：隧道集水面积（km2）（根据分水岭线及隧道埋深确定，见下图） 新汪家山隧道正常及最大涌水量计算表（降雨入渗法） 表7隧道位置隧道长度降水入渗系数年平均降雨量年最大降雨量集水面积正常涌水量最大涌水量单位洞长最大涌水量FQ1QmX(mm)X(mm)km2m3/dm3/dDK9+020DK9+5004800.1515402353.20.11673 112 0.23 DK9+920DK10+3504100.315402353.20.2022563910.95 隧道出口段汇水面积计算示意图 图1隧道出口段汇水面积计算示意图 图1 图2 隧道出口段岩溶发育区接受大气降水较快，雨季隧道的涌水量较大，灰岩内可能发育有贯通的岩溶通道，以及断层破碎带等，接受隧道外较远区域的地下水，隧道易发生突水、突泥的现象，施工中应加强超前预报以及支护措施。 (四) 环境水对混凝土等建筑材料的侵蚀性定测分别对汪家山隧道进出口段钻孔Jz-091-汪1-1和汪3-1采取地下水，根据室内试验检测表明，该隧道地下水均无侵蚀性，化学环境等级为H1、碳化环境等级为T2。 由于隧道穿越地层岩性比较复杂，依次在施工中在开挖到不同地层岩性时应继续采取水样化验，评价地下水的侵蚀性。八、隧道工程地质条件及建议工程措施（一） 岩土施工工程分级及力学参数建议值(2)7-2，黏土夹碎砾石，Qel+dl褐黄色，硬塑，0=180Kpa，级；(12)8-1，块石土，Qel+dl褐黄色，潮湿、松散，0=180Kpa，级；(20)3，泥质粉砂岩夹砂质页岩、页岩，S3sh，强风化，0=300Kpa，级；(20)2，泥质粉砂岩夹砂质页岩、页岩，S3sh，弱风化，0=400Kpa，级；(21)2，炭质页岩夹砂岩、页岩，弱风化，0=400Kpa，级；(25)3，石英砂岩夹砂质页岩，紫红色，强风化，0=500Kpa，级；(25)2，石英砂岩夹砂质页岩，D2yn，紫红色，弱风化，0=1000Kpa，级；(35)2，灰岩，灰白色，弱风化，0=800Kpa，级；(34)2，灰岩夹炭质灰岩，灰白色、灰黄色，弱风化，0=800Kpa，级；（二） 隧道围岩分级及工程地质与水文地质描述见后表（三） 隧道进出口工程地质条件隧道进口上覆为Qel+dl粉质粘土含角砾，硬塑，厚度2.9m，下伏为强风化砂质页岩，岩石软弱破碎。隧道出口上部为Qel+dl角砾土，稍密，潮湿，厚度1.52m。下伏为Tid灰岩，弱风化，岩石较破碎。出口段DK10+340+345右侧为人工开挖的水塘，宽10m左右，长5m，深2m（村名挖灰岩烧石灰所用），考虑到出口开挖对堆积体的稳定性不利，建议将出口向大里程方向移动。进口仰边坡坡率：土层1：1.5，强风化岩层1：1，控制高度为8m出口段边仰坡坡率：土层1：1.5，弱风化灰岩1：0.5，控制高度为10m。九、设计及施工中注意事项1、隧道进口表层分布有孤石，应采取防护措施，防止孤石滚落对铁路产生危害；2、进口段为志留系的砂质页岩夹粉砂岩，岩石软弱破碎，施工中应及时支护，防止掉快等现象；3、进口段距离既有隧道和路堑边坡最短距离只有22m，爆破开挖应控制炸药量，并对既有设备实施监测，防止爆破破坏既有设备；4、DK9+925DK10+350段主要岩性为灰岩，并夹有性质较差的炭质页岩、页岩等岩性，受构造作用，岩溶较发育，开挖时应首先进行地质超前预报，探明溶洞等岩溶现象以及地下水的发育情况，并采取措施，防止隧道发生突水突泥等灾害；5、隧道洞身的石英砂岩埋设为210m左右，夹有页岩的软质岩，一般情况下不发生岩爆的现象，但不排除有岩爆的可能性，应注意防范措施。6、DK10+160+350段隧道洞身顶部或上部处于堆积土层与灰岩交界面，堆积体较松散，工程性质比较差，比较容易发生塌顶等现象，建议开挖前对该段土石界面进行注浆加固处理；7、DK10+210+240右侧为弃渣围成的凹地，雨季易积水，积水通过已开挖的裸露灰岩岩溶通道直接进入隧道，加大隧道的涌水量，建议将填筑的弃渣挖开，保持凹地的水流通畅，并对该处的人工洞穴进行注浆加固。8、建议将出口里程向大里程外移，有利于上部堆积体的稳定。十、附图新汪家山隧道工程地质图序号起讫里程长度（m）围岩分级洞身工程地质特征水文地质特征起点里程终点里程1DK9+025.00DK9+145.00135表层为块石土和粉质粘土含砾石，粉质粘土含砾石为褐黄色，硬塑，厚度2.9m，块石土褐黄、红褐色,稍湿，稍密，夹块石，块石主要由强风化砂岩孤石组成，厚度38.5m。下伏为S3sh细砂岩、粉砂岩和砂质页岩互层，强风化，节理裂隙发育，岩石软弱破碎。岩层产状为1201703560，节理主要有两组：4085，间距0.30.5m/条，延伸大于1.0m；23027，间距为1020cm。地下水不发育，主要第四系孔隙水和基岩裂隙水， 预测本段正常涌水量为73m3/d，最大涌水量为112m3/d，洞身单位长度最大涌水量Q00.23m3/d，隧道内有渗水现象发生。出口段隧道顶部处于土石交界面，易造成坍塌冒顶。2DK9+145.00DK9+185.00253DK9+185.00DK9+215.00304DK9+215.00DK9+225.00105DK9+225.00DK9+260.00356DK9+260.00DK9+270.00107DK9+270.00DK9+305.0035D2yn页岩局部夹砂岩及石英砂岩局部夹页岩，中层厚层状，产状为1351608087，弱风化，充填条带状石英脉，受构造影响节理裂隙较发育，主要有两组：23087，31019。岩体呈碎块石状镶嵌结构。 地下水不发育，局部有少量基岩裂隙水。8DK9+305.00DK9+310.0059DK9+310.00DK9+390.008010DK9+390.00DK9+395.00511DK9+395.00DK9+455.006012DK9+455.00DK9+460.00513DK9+460.00DK9+510.005014DK9+510.00DK9+815.0030515DK9+815.00DK9+830.001516DK9+830.00DK9+875.004517DK9+875.00DK9+890.001518DK9+890.00DK9+930.004019DK9+930.00DK9+945.0015受冷水街压性断裂影响而产生的断层破碎带，断层性质不明。根据既有线震探资料分析，该断裂宽约35m，弹性波速V1500m/s。构造破碎带易造成坍塌冒顶，隧道内极易发生突水、突泥等现象。预测正常涌水量为256m3/d，最大涌水量为391m3/d，洞身单位长度最大涌水量Q00.95m3/d。20DK9+945.00DK9+985.004021DK9+985.00DK9+990.00522DK9+990.00DK10+005.0015 P1灰岩和炭质灰岩，夹泥灰岩，局部基岩受构造影响有硅化现象，薄中厚层状构造,弱风化,节理裂隙发育,岩溶裂隙发育，局部发育串珠状溶洞。受冷水街压性断裂影响而产生规模小的断层破碎带，破碎带附近岩溶发育，断层性质不明。根据既有线震探资料分析，该断裂宽约6m，弹性波速V1500m/s。地下水较发育，为岩溶裂隙水与断层裂隙水。岩溶易造成坍塌冒顶，隧道内易发生突水、突泥等现象，应对岩溶做地质超前预报，并做好防范措施。预测正常涌水量为256m3/d，最大涌水量为391m3/d，洞身单位长度最大涌水量Q00.95m3/d。23DK10+005.00DK10+010.00524DK10+010.000DK10+040.003025DK10+040.00DK10+055.0015上部为el+colQ碎石土，松散稍密，主要由黏土及碎石组成，其中局部夹有淤泥质土，呈软塑状，厚约20m；