【《高速公路隧道围岩分级及隧道涌水量预测案例》6300字】

1绪论高速公路隧道围岩分级及隧道涌水量预测案例目录TOC\o"1-3"\h\u9821高速公路隧道围岩分级及隧道涌水量预测案例 163681.1土体工程地质特征 1241911.2岩体的工程地质特征 1267181.3设计参数取值建议 4255981.4隧道进、出口工程地质评价 6269021.5隧道洞身工程地质评价 7263261.6隧道涌水量预测 101.1土体工程地质特征隧址区土地表层零星错落分布的变质土体主要成分是变质坡积大的粉质土和粘土,夹有大量较多的变质碎石和其他强风化变质岩块,为中型砂质软土,属中等的基层压塑、中级粘土强度,工程的整体地质结构特性一般。1.2岩体的工程地质特征隧址出口区的岩体分布区域岩体主要成分有中性泥土唐盆震旦系中间三门滩组(d3s)石英砂岩和中性粉红质砂岩、泥土唐盆震旦系中间下坊大棚下山组(d3z)石英砂岩及中性石英风化砂岩和唐山震旦系中间下坊组(z1x)石英砂岩,隧道的内部进出口区域岩体主要成分有中性微风化石英砂岩,为极软岩,岩体不易破碎,洞身隧址区的内外围岩主要成分有中性微风化石英砂岩(相对于硬岩,岩体相对不易破碎)、微风化石英砂岩和中性石英风化砂岩(有相同类型为比较硬的风化砂岩,其地质结构比较完全)。根据钻孔揭露岩体的坚硬程度(饱和单轴极限抗压强度Rc)、完整程度(物探测井的岩体的完整性Kv),根据《公路隧道设计规范》(JTGD70-2004)第3.6.5条:围岩基本质量指标BQ值按式BQ=90+3Rc+250Kv计算,围岩地层基础含水质量指标经过修正后的值[bq]按式[bq]=bq-100(k1+k2+k3)公式进行系数计算,式为其中的系数k1、k2、k3分别指的是围岩地下水、主要软弱地质结构围岩表面的含水产状、初始水和应力作用状态等指标修正值的系数,Kv、Rc通过实验指标、综合分析的基础取值。极破碎的各类岩体及软质岩、岩层构造破碎带,其[bq]数值≤250,为ⅴ级围岩;较硬岩、岩体的破碎~较脆性,其[bq]的平均值250~350,为ⅳ级围岩;较坚固的石灰砂、岩体比较完整,其[BQ]值350~450,为Ⅲ级围岩。具体计算过程及结果详见下表。4.1禾丰隧道围岩分级表（左洞）起止桩号分段长度m围岩名称饱和抗压强度Rc（MPa）岩体完整性系数KV围岩基本质量指标BQ考虑影响因素修正系数确定围岩级别围岩基本质量指标修正值［BQ］物探测定岩体纵波速Vp（m/s）考虑影响因素状态或关系说明地下水K1主要软弱结构面跋初始应力状态KKZK74+908.22ZK75+010101.78强风化砂岩V<25013001600进洞口段ZK75+010ZK75+210200中风化砂岩33.10.45303.00.20.20V26328003100起止桩号分段长度m围岩名称饱和抗压强度Rc（MPa）岩体完整性系数KV围岩基本质量指标BQ考虑影响因素修正系数确定围岩级别围岩基本质量指标修正值[BQ]物探测定岩体纵波速Vp（m/s）考虑影响因素状态或关系说明地下水地主要软弱结构面跋初始应力状态K3ZK75+210中风化砂岩2500节理5033.10.27256.90.40.20V197裂隙ZK75+2602700密集ZK75+26030微风化砂岩48.10.31312.10.20.20IV2722800ZK75+2903100ZK75+290430微风化砂岩48.10.65379.40.10.20III3674100ZK75+7204300ZK75+720微风化砂岩2900节理4048.10.33317.50.20.20V278裂隙ZK75+7603100密集ZK75+760560微风化砂岩48.10.65397.40.10.20I3674100ZK76+3204400ZK76+320440微风化砂岩39.90.71386.10.10.20I3564100ZK76+7604300ZK76+760640中风化砂岩28.60.50300.90.20.20V2612800ZK77+4003200ZK77+400ZK77+480.8880.88强风化砂岩V<25013001600岀洞口段4.2禾丰隧道围岩分级表（右洞）起止桩号分段长度m围岩名称饱和抗压强度岩体完围岩基本质量考虑影响因素修正系数确定围围岩基本质量物探测定岩体考虑影响因素Rc(MPa)整性系数Kv指标BQ地下水K1主要软弱结构面跋初始应力状态K3岩级别指标修正值[BQ]纵波速Vp(m/s)状态或关系说明K74+924K75+030100强风化砂岩V<25013001600进洞口段K75+030180中风化砂岩33.10.45303.00.20.20V2632800K75+2103100K75+210中风化砂岩2500节理5033.10.27256.90.40.20V197裂隙K75+2602700密集K75+26030微风化砂岩48.10.31312.10.20.20V2722800K75+2903100K75+290450微风化砂岩48.10.65379.40.10.20I3674100K75+7404300K75+740微风化砂岩2900节理4048.10.33317.50.20.20V278裂隙K75+7803100密集K75+780530微风化砂岩48.10.65397.40.10.20I3674100K76+3104400K76+310470微风化砂岩39.90.71386.10.10.20I3564100K76+7804300K76+780620中风化砂岩28.60.50300.90.20.20V2612800K77+4003200K77+40089强风化V<2501300岀洞K77+489砂岩1600口段1.3设计参数取值建议场地中的岩石样直接截在岩芯中,原位试验采用标准的贯入试验、孔内声波试验等进行试验。样品的质量满足要求,原位测试和室内试验均依照相应的规范、法律和规程对其进行,各种同岩土体的相关数据都是依照规范的要求对其进行了数理分析,所以该样品在土工试验中的地基承载力的基本容许值应当根据土工试验及原位试验的成果,并且结合当地实际情况进行综合考虑而确定。正常的使用极限状态下所计算时需要的承载能力岩土身体参数宜选择平均值,承载能力的极限状态下所计算时需要的承载能力岩土参数宜选标准值。各岩土体的岩土参数建议取值详见下表。4.3隧道岩土体主要物理力学性质指标建议取值岩土体编号及名称含水量天然重度孔隙比塑性指数液性指数压缩系数压缩模量抗剪强度承载力基本容许值0.1〜020.1〜0..2粘聚力内摩擦角%kN/m3///MPa"1MPakPaOkPa11-22砂土状强风化砂岩(19.0)(30)(25)40011-23碎块状强风化砂岩(22.0)(35)(30)50011-24中风化砂岩26.70150011-25微风化砂岩27.30250011-14中风化粉砂岩(26.0)110012-35微风化石英砂岩(27.0)300012-22砂土状强风化砂岩(19.5)(30)(30)40012-23碎块状强风化砂岩(22.0)(35)(30)50012-24中风化砂岩26.30150012-25微风化砂岩26.70250012-35微风化石英砂岩27.30300014-12砂土状强风化砂岩(19.2)(30)(30)42014-13碎块状强风化砂岩(21.5)(35)(30)55014-14中风化砂岩26.50150014-15微风化砂岩27.602500节理裂隙密集带(24.5)800备注()为地区经验值。4.4隧道围岩主要设计参数建议值围岩级别围岩名称重度饱和抗压强度弹性抗力系数变形模量泊松比内摩擦角粘聚力计算摩擦角Y(kN/m3)Rc(MPa)K(MPa/m)E(GPa)卩(°)C(MPa)Oc(°)V碎块状强风化砂岩19.50/1601.500.40250.1045V11-14中风化粉砂岩21.0022.03504.000.32350.505511-24中风化砂岩28.612-24中风化砂岩33.114-14中风化砂岩33.111-25微风化砂岩24.0039.9100012.000.28451.0065围岩级别围岩名称重度饱和抗压强度弹性抗力系数变形模量泊松比内摩擦角粘聚力计算摩擦角Y(kN/m3)Rc(MPa)K(MPa/m)E(GPa)卩(°)C(MPa)Oc(°)11-35微风化石英砂岩45.812-25微风化砂岩48.112-35微风化石英砂岩53.214-15微风化砂岩44.9备注表中数据根据室内试验成果《公路隧道设计规范》(JTGD70-2004)附录A表A.0.4.1综合确定。1.4隧道进、出口工程地质评价1.4.1隧道宁都端洞口边坡稳定性评价进口侧的自然山坡斜率大约25~30°,围岩主要是强风化砂岩,其中围岩结构松散,围岩层级为ⅴ级。未被检测到的滑坡等不良的地质影响,坡体的现状总是比较稳定,进洞难度不大。勘察过程中洞口附近的地下水十分贫乏。开挖边坡、仰坡高度较大。隧道洞口设计中,必须边开挖边支护,坡率和支护方式严格按设计文件执行。1.4.2隧道定南端洞口边坡稳定性评价出口侧的自然山坡倾斜角约20~25°,围岩主要是强风化砂岩,其中围岩结构松散,围岩层级为ⅴ级。未被检测到的滑坡等不良的地质影响,坡体的现状总是比较稳定,进洞难度不大。开挖边坡、仰坡高度较大。隧道洞口设计中,必须边开挖边支护,坡率和支护方式严格按设计文件执行。1.5隧道洞身工程地质评价1.5.1左线隧道洞身工程地质评价隧道左侧沿线的主体围岩地质等级为ⅴ~ⅲ级,共被国家划分大约为10个地质围岩等级路段,围岩等级路段的隧道工程主体地质环境性能风险评价和技术建议评估内容主要如下:(1)、zk74+908.22~zk75+010段:全长101.78m,隧道总埋深约15m~60m,该段围岩为ⅴ级围岩,围岩主要由强风化砂岩~中风化沙岩,但中风化砂岩的顶板厚度相对较小,为极软岩~较坚硬岩,岩体破碎~较脆弱,松散。长期曝晒,隧道的仰坡、拱部和侧壁容易造成坍塌。(2)、zk75+010~zk75+210段:长200m,隧道两侧基坑内的底层围岩埋深约65m~120m,该段隧道围岩为ⅳ级变质围岩,围岩主要成分是由于中风层硬化的变质砂岩,为较坚硬的岩性,岩体相对破碎,呈断层镶嵌式的断层碎裂。长期向外暴露,隧道内的洞顶侧壁有时候可能会同时发生中等或~大的墙体崩溃,侧壁也就是有时候可能会同时发生一种局部性的运动失稳。(3)、zk75+210~zk75+260段:长50m,隧道埋深约120m~160m,为节理层的裂隙密集和岩性接触段,该段被称为ⅳ级围岩,围岩主要是微风化砂岩,为较坚韧的岩,岩体被破碎,并形成镶嵌式的碎裂。长期暴露,隧道洞顶有时可能会发生中~大的崩溃,侧壁也有时可能会发生局部性的失稳。(4)、zk75+260~zk75+290段:长30m,隧道总围岩埋深约160m~183m,该段隧道围岩为ⅳ级变质围岩,围岩主要性质是一种微风性融化变质砂岩,为较坚硬的变质岩层,岩体相对破碎,呈断层镶嵌式的断层碎裂。期间的暴露,隧道上或洞顶上也有一些可能同时发生中小或~大的山体坍塌,侧壁上也有一些可能同时发生的或局部的运动失稳。(5)、zk75+290~zk75+720段:隧道总长430m,隧道平均设计埋深约183m~315m,该段隧道范围内的岩石均类型为ⅲ级变质围岩,围岩主要由浅层微风化石灰砂岩岩层组成,为较硬岩,岩体较完整,呈块体状结构。长期曝晒,隧道洞顶可能会出现小~中高度的坍塌,侧壁较稳定。(6)、zk75+720~zk75+760段:长40m,隧道总埋深约313m,为节理层裂隙密集区,该段围岩主要采用微风化砂岩,为较硬岩,岩体相对较破碎,呈砖石形或碎裂。长期暴露,隧道洞顶有可能会随之出现中~大的崩溃,侧壁也有可能会随之出现一些局部性的失稳。(7)、zk75+760~zk76+320段:长560m,隧道平均埋深约194m~315m,该段范围岩石为ⅲ级围岩,围岩主要是微风化的砂岩,为较坚韧的岩石,岩体相对柔软。完整,呈块体状结构。长期曝晒,隧道洞顶可能会出现小~中高度的坍塌,侧壁基本稳定。(8)、zk76+320~zk76+760段:隧道总长440m,隧道平均设计埋深约80m~194m,该段隧道范围内的岩石为ⅲ级变质围岩,围岩主要物质是能在微风中融化的变质砂岩,为较坚韧的变质岩石,岩体比较完整,呈块体状结构。长期曝晒,隧道洞顶可能会出现小~中高度的坍塌,侧壁基本稳定。(9)、zk76+760~zk77+400段:全长640m,隧道总埋深约45m~80m,该段围岩为ⅳ级围岩,围岩主要成分为中风化砂岩,局部为低强度中风化砂岩和夹粉砂岩,为较柔弱的软岩~更硬岩,岩体相对较破碎,呈砖砌或断裂结构。长期暴露,隧道洞顶有时可能会发生中~大的崩溃,侧壁也有时可能会发生局部性的失稳。(10)、zk77+400~zk77+480.88段:长80.88m,隧道基坑埋深约10m~40m,该段围岩为ⅳ级风化砂岩,围岩主要是一种强~风化的中型砂岩,但是其中风化的砂岩顶板厚度较小,为极软岩~比较硬岩,岩体的破碎~比较脆性,松散结构。长期暴露,隧道仰坡、拱部和侧壁容易造成坍塌。1.5.2右线隧道洞身工程地质评价隧道工程右线的主体围岩地质等级为ⅴ~ⅲ级,共被国家划分大约为10个地质围岩等级路段,围岩等级路段的隧道工程主体地质环境性能风险评价和技术建议评估内容主要如下:(1)、k74+924~k75+030段:隧道长106m,隧道埋深约5m~50m,该段围岩为ⅴ级风化砂岩,围岩主要由强风化砂岩~中风化沙岩,但中风化砂岩顶板厚度较小,为极软岩~较坚硬岩,岩体的破碎~较脆性,松散结构。长期暴露,隧道仰坡、拱部及侧壁易坍塌。(2)、k75+030~k75+210段:长180m,隧道总设计埋深约45m~115m,该段隧道围岩主要成分属ⅳ级变质围岩,围岩主要成分是处于中风期硬化的变质砂岩,为较坚硬的岩性,岩体相对破碎,呈块状砖石堆砌或砾石断层式的碎裂。长期向外暴露,隧道内的洞顶侧壁有时候可能会同时发生中等或~大的墙体崩溃,侧壁也就是有时候可能会同时发生一种局部性的运动失稳。(3)、k75+210~k75+260段:长50m,隧道埋深约115m~150m,为节理层的裂隙密集和岩性接触段,该段被称为ⅳ级围岩,围岩主要是微风化砂岩,为较坚韧的石灰岩,岩体被破碎,呈砖块式的镶嵌断层结构。长期暴露,隧道洞顶有时可能会发生中~大的崩溃,侧壁也有时可能会发生局部性的失稳。(4)、k75+260~k75+290段:长30m,隧道总设计埋深约150m~172m,该段隧道围岩为ⅳ级微风围岩,围岩主要性质是指在微风中融化后的砂岩,为较坚硬岩,岩体相对破碎,呈条状砖石形的岩壁碎裂。长期向外暴露,隧道内的洞顶侧壁有时候可能会同时发生中等或~大的应力崩溃,侧壁也就是有时候可能会同时发生一些局部的应力失稳。(5)、k75+290~k75+740段:长450m,隧道平均设计埋深约172m~306m,该段的外围岩主要都是用于抵抗微风中融化的变质砂岩,为较坚韧的变质石灰岩,岩体比较完整,呈块体状结构。长期曝晒,隧道洞顶可能会出现小~中高度的坍塌,侧壁较稳定。(6)、k75+740~k75+780段:长40m,隧道埋深约300~306m,为节理层的裂隙密集地带,该段围岩主要是ⅳ级围岩,围岩主要是微风化砂岩,为较坚韧的岩石,岩体比较破碎,呈镶嵌式的碎裂结构。长期暴露,隧道洞顶有可能会随之出现中~大的崩溃,侧壁也有可能会随之出现一些局部性的失稳。(7)、k75+780~k76+310段:长530m,隧道内部基底岩层埋深约200m~305m,该段隧道范围内的岩石均类型为ⅲ级变质围岩,围岩主要由浅层微风化石灰砂岩岩层组成,为较硬岩,岩体较完整,呈块体状结构。长期曝晒,隧道洞顶可能会出现小~中高度的坍塌,侧壁基本稳定。(8)、k76+310~k76+780段:长470m,隧道平均设计埋深约80m~200m,该段隧道围岩主要由ⅲ级变质围岩板块组成,围岩主要由能在微风中融化的变质砂岩,为较坚韧的岩,岩体相对粗糙。完整,呈块体状结构。长期曝晒,隧道洞顶可能会出现小~中高度的坍塌,侧壁基本稳定。(9)、k76+780~k77+400段:长620m,隧道总设计埋深约35m~80m,该段隧道围岩为ⅳ级变质围岩,围岩主要结构成分为中性粉风化碱性砂岩,局部地区为中性粉风化碱性砂岩和变质夹杂性粉风化砂岩,为较柔弱的变质软岩岩或~更硬岩,岩体相对较破碎,呈典型砖石堆砌式的断层镶嵌式和断裂围岩结构。长期向外暴露,隧道内的洞顶有时甚至可能会长期发生中度或~大的墙体崩溃,侧壁也有时甚至可能会长期发生一些局部性的运动失稳。(10)、k77+400~k77+489段:长89m,隧道总埋深约8m~35m,该段围岩为ⅴ级围岩,围岩主要是由于强~中风化的砂岩,但是中风化的砂岩顶板厚度较小,为极软岩~比较坚硬岩,岩体的破碎~比较严重,松散结构。长期暴露,隧道仰坡、拱部及侧壁易坍塌1.6隧道涌水量预测1.6.1降水入渗法隧址集水区的底层地表水相对较不容易吸收发育,地下水难以补给主要原因是由于当地大气环境中的大量降水,其大气补给量的不断增加和水量减少主要原因是由于当地降水的流动强度、雨量和降水持续期、地形和水对地表的人工节水处理、裂隙等环境因素等的影响。故我们同时可以优先考虑直接采用《铁路工程水文地质勘察规程(tb10049-2004)》中所明确推荐的低洼河谷地带隧道降水模式进行隧道渗透深度预测,以便于对铁路隧道正常计算涌水量,计算公式说明如下:计算公式：Qs＝2.74×a×W×A式中：Qs—隧道正常涌水量为(m3/d)2.74—换算系数a—降水入渗系数取0.18W—多年平均降水量，本测区取1507mm。A—隧道汇水面积（汇水面积取3.30Km2）。正常涌水量Qs：2.74×0.18×1507×3.30＝2452.73(m3/d)1.6.2地下水动力法根据《铁路工程水文地质勘察规程》（TB10049-2004）地下水动力学法（谷德曼公式和佐藤邦明经验式）估算隧道最大涌水量和正常涌水量，其计算公式如下：最大涌水量Q0＝q0×L；谷德曼公式q0＝2πKH÷ln（4H÷d）正常的平均涌水量如下qs=q0×l;q0=q0-0.584×ε×k×r0佐藤邦明的潜水经验式中：L—隧道计算长度K—含水层渗透系数（m/d）（计算或经验值）h-h含有排水层中的静止出现水位至隧道等价圆中心之间的距离(m)d-1的隧道长度孔洞身径与断面直径等价的长度圆柱体直径(m)q0-0隧道的单位总长度最高涌水量(m3/d.m)Q0—最大涌水量（m3）qs-1隧道的长度单位毫米长度正常时的涌水量(m3/d.m)Qs—正常涌水量（m3）ε—试验系数，一般取12.80。根据钻孔水位恢复试验及注水试验结果，结合当地工程经验数据，依据上述公式对隧道的涌水量进行分段计算，计算结果见下表。4.5地下水动力法计算过程（左线）里程桩号LKHdq。Q0qsQsmm/dmmm3/d.mm3m3/d.mm3ZK74+908.22〜ZK75+010101.780.0262010.51.40142.010.3738.15ZK75+010〜ZK75+2102000.0105010.50.99198.190.60119.70ZK75+210〜ZK75+260500.02010010.53.32165.922.53126.68ZK75+260—ZK75+290300.00612010.51.1434.340.9127.27ZK75+290—ZK75+4201300.00618010.51.57203.891.33173.28ZK75+420—ZK75+7203000.00420010.51.14340.780.98293.69ZK75+720—ZK75+760400.01028010.53.71148.403.32132.70ZK75+760—ZK75+9602000.00422010.51.22244.961.07213.57ZK75+960—ZK76+2002400.00420010.51.14272.630.98234.95ZK76+200—ZK76+4602600.00415010.50.91235.760.75194.95ZK76+460—ZK76+7002400.0068010.50.84201.840.61145.33ZK76+700—ZK76+9002000.0064010.50.51101.380.2754.29ZK76+900—ZK77+4005000.0102510.50.61307.300.22111.