木寨岭隧道地质分析及预防措施.doc

木寨岭隧道地质分析及预防措施摘 要：木寨岭隧道是我国目前在建的双洞单线分离式特长铁路隧道，长18460m，以工程艰巨、地质条件复杂为特点引起了岩土工程界的瞩目。根据已有的勘察和施工设计地质资料，详细介绍了木寨岭隧道的自然地理特征、水文地质条件特征和工程地质条件特征，并提出了一些工程措施建议。关键词：木寨岭隧道 地质分析 炭质板岩 预防措施1 自然地理特征1.1 地理位置与交通木寨岭隧道位于甘肃省定西市，起于漳县大草滩乡漳河西岸，地面高程为2549.88m；止于岷县梅川镇素子沟内杨家台村，地面高程为2390.94m，隧道洞身最大埋深约715m，最小埋深约30m。隧道通过大部分地区山势陡峻，人迹罕至，交通不便，仅前三里、牙扎湾、鹿扎等几个村寨和一个通讯塔有路可以到达。1.2 地形与地貌木寨岭隧道地形为秦岭高中山区，地面高程一般为2390m3214m，自然坡度大于50?埃倒壬钋谐省癡”字型，坡脚多斜坡堆积层、崩塌堆积层，沿线村庄多位于山梁、沟底等缓坡地带，泥石流灾害多发区。1.3 气象特征木寨岭隧道地区属温带半湿润气候与高寒湿润气候的过渡带上，气温低，无霜期短，降水量较为丰富。多年平均气温5.8，最低零下24.3（1972年2月9日），最热33.3（2000年7月25日），无霜期90120天，相对湿度在69%；多年平均降水量560.8mm，年最大降水量为709.3mm，日最大降水量为61.5mm，茶铺、梅川、中寨、堡子一带为少雨区，年降水量小于550mm。测区年内降水量主要集中于59月，期间的降水量占全年降水总量的78%以上。大雨（大于25mm/d）多年平均爆发次数为2.1次/年。多年平均蒸发量为1199.6mm，为降水量的2倍，最大冻土深度0.90m。2 工程地质特征2.1 地层岩性隧道工程区地层条件复杂，按时代由新到老分别包括了第四系、第三系、二叠系、石炭系、泥盆系等不同时代的地层。其中第四系全新统人工填筑细角砾土、粘质黄土、砂质黄土、细角砾土及上更新统砂质黄土、粗角（圆）砾土、碎石土；第三系主要分布于大坪、马扎湾、马家沟、素子沟附近，不连续出露，分别不整于石炭系、二叠系之上，岩性以砾岩、泥岩夹砂岩为主；二叠系广泛分布与大坪村至隧道终点素子沟之间，以f12断层与石炭系地层分界，主要以二叠系下统的板岩为主，砂岩及炭质板岩多呈互层或夹层分布、石炭系中统砂岩夹板岩、石炭系下统主要在酒店子-大坪村一带连续出露，以f2区域断裂与泥盆系地层分界，主要为石炭系下统砂岩、灰岩、板岩，上统砂岩；泥盆系隧道进口至小沟段出露，岩性为泥盆系上统大草滩群紫红色粉砂岩及浅灰色薄一细粒质石英砂岩夹少量紫红色粉砂岩，局部夹紫红色泥岩及浅灰色板岩。2.2 地质构造线路行走于秦岭褶皱系的礼县柞水冒地槽褶皱带及南秦岭冒地槽褶皱带中，地质构造极为复杂，类型多样。区域内断裂构造发育，其展布与区域构造线基本一致，以近东西和北西西向为主，破碎带表现形式多为破碎带、揉皱带及不整合接触带。与本段线路有关的主要褶皱与断裂构造为大草滩复背斜，线路以大角度穿过。褶皱特征：轴线呈nwwew向的“s”形展布，长200余公里，宽20-40km，核部为上泥盆统、两翼为石炭系、二叠系地层，其翼角为50-70?埃讲嗟纳瞎派缂盎髌凇嗌狡诨谘姨逯校狭压乖旆喜阍诘孛采弦话惚硐治喜阊隆肟凇拗濉麓砺涞忍卣鹘厦飨浴?与本段线路有关的断裂主要为美武-新寺断裂带f2，发育于上述大草滩复背斜南翼，走向n65-80w，断层面以北倾为主，倾角30?70?埃古蕴卣飨灾蛭鞔矶啥嗵踅叫械亩喜闶槌伞？煞治礁鼋洗蟮亩狭汛淳频曜樱笃罕蔽飨虻难古猿宥狭押屠嫌椎辏氛夜档谋蔽飨蚧喂乖欤卸喜憬抢摇顾檠遥狭汛杏惺龀涮睢枚畏拇渭抖喜阌衒9、f10、f11、f12 、f13、f14 、f15、f16，这些断裂大多数被第四系物质覆盖，但地貌上比较明显，结合观测点及可控源音频大地电磁法物探成果，对各断层形态及特征列于表1。2.3 不良地质木寨岭隧道通过区域不良地质发育，主要包括滑坡、泥石流、岩堆，高地应力炭质板岩等，现分述如下：(1)滑坡隧道大坪斜井滑坡：位于ck176030东侧的沟谷左岸，为一岩质古滑坡，平面形态呈典型的“簸箕形”，前缘抵达沟床，滑坡体长700m，平均宽360m，滑坡体由石炭系板岩沟成，滑坡体厚约30m，上部以515m左右的碎石土沟成，下部相对完整。该滑坡系构造成因，由f12断层形成的构造滑坡，滑坡体位于该断层北侧，南侧缘为该断层的破碎带。该滑坡形成时间较早，现状无变形迹象，处于稳定状态。线路以隧道的形式从滑坡后缘西侧约100m处通过，不受该滑坡的影响。隧道大战沟斜井上游滑坡：位于ck186070东侧的大战沟沟谷右岸，为一岩质滑坡，滑床由二叠系板岩夹砂岩沟成，滑体由板岩及砂岩角砾组成，估计厚度约20m，平面形态呈“簸箕形”，滑体中后部形成平台地形，前缘陡峭。滑坡体长210m，平均宽250m。该滑坡现状无变形迹象，处于稳定状态。线路以隧道的形式从滑坡西侧缘通过，埋深320m左右，不受该滑坡的影响。(2)泥石流隧道进口坡面泥石流：位于进口端ck171590ck172+190处，为漳河西岸坡面泥石流，洪积碎石富积，厚度小于5m，逢雨季活动频繁，线路从ck171+800处进洞，受泥石流影响较大。鹿扎泥石流：位于ck183950ck184+280处，即华丽湾、卧牛坪湾与麻子沟等4条支沟泥石流的排泄区，泥石流洪积物较为丰富，以碎石土为主，厚度大于5m。线路以隧道形式从沟道下方穿过，不受该处泥石流的影响。大战沟泥石流：位于ck186265ck186350处，即大战沟泥石流上游形成区，沟道内洪积碎石土较少，上游沟域山体植被较好，岩体风化较弱，坡面松散物较薄，主要危害沟口地带。线路以隧道形式从沟道下方穿过，不受该处泥石流的影响。(3)岩堆线路ck175+880ck175+970段发育一岩堆不良地质，该岩堆受f11、f12断层影响，为断层形成基岩陡坎崩落堆积而成，厚3m7m，基本为原岩堆积物。线路以隧道形式从岩堆下方穿过，不受影响。(4)高地应力炭质板岩根据木寨岭隧道通过的断裂、褶皱构造走向（n55?啊?0?癢）分析，区域地应力方向应该为n30?啊?0?癊，在勘测期间在杀人沟内布置并实施了深孔钻探，孔深330m，在295m、315m分别进行了地应力测试，成功定向一次，测得地应力方向n34?癊，最大水平主应力24.95mpa和27.16mpa，属高应力区。隧道洞身通过地区，大部分是以软质板岩为主，夹及软岩炭质板岩，该岩石属于膨胀性软岩，岩体层理发育，富含裂隙水，遇水易软化，围岩稳定性较差，极易产生大变形和局部易垮塌。2.4 特殊岩土隧道洞身表层局部覆盖第四系上更新统风积粘质黄土，场地类型为自重湿陷场地，湿陷等级为级自重，湿陷性土层厚度5m15 m，对隧道没有影响。3 水文地质特征3.1 地下水类型隧道通过地区地下水的形成受地形地貌，岩性、构造、植被、气温等多种因素控制和影响，特别是在构造作用下，断层破碎带，褶皱带，节理密集带、岩性接触带，以及在灰岩带溶蚀发育区为地下水的贮存运移创造了良好的内部条件。本区地下水类型主要为：(1)第四系孔隙潜水；(2)构造裂隙水；(3)层间裂隙水；(4)灰岩岩溶水等。3.2 地下水补给、迳流、排泄条件隧道区地下水属于典型的渗入径流型循环系统，地下水的补给来源主要为大气降水、雪融水及地表沟水。隧道区沟谷发育，这些沟谷一般都分别构成一个小的、相对独立的地下水循环系统，山脊、各支沟的分水岭地段为各流域地下水的补给区，各系统之间没有或仅有微弱的水力联系。由于斜坡地形使大气降水、雪融水很快以片流、泉水形式向地表排泄；枯水期地表水虽然也向地下水补给，但由于地表水径流量有限，对地下水的补给量不会太大。3.3 富水性分区及涌水量预测3.3.1 富水性分区及评价根据水文地质调查，地表泉水流量大小，以及岩性和构造，水文地质计算，同时考虑勘测时受季节因素的影响，将隧址区地下富水性分为两个区。(1)基岩裂隙中等富水区（i）主要分布在隧道北侧大坪村石咀沟一带、隧道南侧的南水沟沟谷、富水性界线与灰岩岩性界线、断层边界线近于一致。该中等富水区单位正常涌水量为964.71025.4m3/dkm。隧道洞身断层、软硬岩、灰岩的溶蚀裂隙及岩性分解段为地下水的主要富水区，岩体的节理裂隙发育，连通性较好，是隧道开挖过程中可能产生涌水的主要通道，因此在隧道施工过程中，应做好地质超前预报工作，加强排水设施及防治水措施。(2)基岩裂隙水贫水区(ii1)1区：主要分布在特长隧道的进口端、小沟、大战沟一带。本区泉水流量712m3/d。受构造影响，基岩的节理裂隙较为发育、岩体较破碎。计算地下径流模数293.6372.4 m3/dkm2，单位正常涌水量为769.0835.3m3/dkm。ii2区：分布在隧道中段。砂岩、板岩、砾岩节理、裂隙不发育较发育，地下水不发育。但是隧道从河谷底部通过或隧道埋深较小地段地下水较发育，计算该段的地下径流模数79.495.97m3/dkm2，单位正常涌水量547.4744.8m3/dkm。隧道富水性具体分区列于表1。3.3.2 隧道涌水量预测根据水文地质富水性分区及单位涌水量计算，隧道分段涌水量计算结果以及地层构造发育情况，预测结果如表1。4 木寨岭隧道工程措施建议根据对木寨岭隧道的自然地理特征、工程地质条件和水文地质条件的详细分析和研究，对该隧道提出了一下工程措施：(1)隧道洞身通过炭质板岩区，岩体层理发育，岩体较软，遇水易软化，稳定性较差，局部易垮塌，施工中应科学控制药量，严禁放大炮，短进尺，勤支护，加强衬砌，及时输排地下水。炭质板岩区可能有瓦斯外溢，应采取措施监测瓦斯浓度，注意施工通风。(2)进口段隧道通过泥石流区，坡面应做好开挖挡护，并且避免雨季施工，在洞口处应注意做好排水、排洪工程，给泥石流留够通道。(3)出口段处于基岩裸露区域，风化不均，较破碎，容易造成崩塌掉块，施工中应采取预加固措施，注意排水，并短进尺开挖。(4)cyk172+761cyk172+953段为浅埋段，埋深30m左右，应注意渗水、漏水，加强支护、排水措施。(5)在预计的时代变化带，岩性变化带，断层破碎带等位置，应加强预报，短进尺，勤支护，加强排水、衬砌，防止掉块，注意工程安全。(6)加强施工质量管理，特别注意衬砌外侧要回填密实，防止出现空洞，以免产生冻害。(7)根据测井资料分析，测井附近地层水位深度变化不大，含水量不大；洞身附近，围岩波速值变小，证明该段岩层破碎，施工时注意坍塌、掉块及防水。(8)在富水区、断层破碎带或松软岩层地带，通过打超前钻孔勘察并进行综合分析，已预测出工作面前方含水量很大或岩层破碎，隧道难以通过或容易发生事故时，可以采取对工作面进行预注浆的措施，以达到排水、堵水或围岩加固的目的。为保证木寨岭隧道施工的顺利进行，设计单位成立了驻现场木寨岭隧道动态设计队，由隧道、地质等专业人员为主，负责隧道的动态设计、超前地质预报及配合施工工作。根据现场地质条件和施工情况，及时进行地质编录和超前地质预报，划定围岩级别、支护参数和衬砌结构，分段由设计、监理、建设单位共同签署的动态设计通知单（