第三节金坪1隧道工程地质说明

第三节金坪1隧道工程地质说明一、概述（一）、隧道施工图设计金坪1隧道属分离式短隧道，起讫里程ZK19+095～ZK19+235，长140m，净空宽×高为10.25×5m，灯光照明，自然通风。进出洞口设计底板标高分别为360.1m和354.12m。进出洞口均为端墙式。（二）、完成工作量本次勘察完成工作量见下表：金坪1隧道完成工程量一览表项目工程地质调绘工程地质钻探工程地质物探原位测试取样及实验岩样土样水样浅震地震高密度电法测井饱和样综合样单位Km2m/孔mm孔次组组组组数量0.50112.6/4550/3566/2二、自然地理气象、地形地貌水文隧道穿越区段处于玉山县怀玉乡金坪村境内，往南东距怀玉乡政府10.5Km。隧道区地处内陆亚热带湿润气候，气候温和，雨量充沛，光照充足，雨量充沛。降一般集中在4—6月份，多以暴雨的形式集中降水，年平均气温15.5-24.2℃，一月平均气温4.6-7.6℃，七月平均气温24.6-20.4℃，极端最低气温-8.2--10.9℃，极端最高气温39.8-41.8℃，年降雨量1124.6—2457.9mm，无霜期286天。雨量与温度在分布时空上有明显差异，并与地貌、地形高低有关，从平地到山地降水量随地势增高而增大的趋势。区内地表水系发育，水网密布，以怀玉山葛岭头为分水岭，属乐安江水系。乐安江发源于崇山峻岭的怀玉山脉西北部，本区支流经陇首－花桥－德兴－乐安江主流，由东向西流入鄱阳湖。区内地表径流变化的主要控制因素是降雨，特别是丰水期、枯水期与降雨量的多寡密切相关，乐安江径流年际变化较大，丰水年与枯水年交替频繁。丰水期多洪水，系暴雨所，多集中在5-8月份。隧道设置所在区域为中低山剥蚀丘陵地貌，海拔标高170～972.2m，相对高差802.2m。隧道穿越区段所处部位为山腰，海拔标高310～427m，洞身部位洞体最大埋深53m。穿越山脊一条，走向近SN，于ZK19+140部位与隧道轴线呈80°斜交。山体表面遍植杉、松等，灌木丛生，植被较发育，通视条件较差。微地貌以丘陵夹冲沟为特征，隧道区域地形起伏，切割强烈，常见“V”形沟谷，沟谷发育于进出洞口附近部位，洞身部位对应山体表面无明显沟谷。三、工程地质条件综合地质调绘、工程地质钻探、水文地质试验以及工程地质物探等成果，可对隧址区域地层岩性、地质构造、水文地质条件等工程地质条件介绍如下：（一）、地层岩性隧道沿线出露基岩地层为震旦系蓝田－皮圆村组砂岩（Z2lt-p）、燕山早期花岗岩（γ52）以及碎裂岩等，覆土层为第四系碎石土（Q）。1、第四系覆土层（Q）①、碎石土（Q2el＋dl）：进洞口方呈黄灰色，碎石成分为强风化砂岩，粉质粘土充填；出洞口方为强风化花岗岩，细－中砂土充填。棱状，粒径一般2～6cm，大者可达8～12cm，含量50～60%，浅部含植物根系及腐殖质。稍湿，稍密，[fa0]=360Kpa，主为残坡积成因。基本分布于隧道进出洞口附近山体表面，揭露层厚0.7～1.2m。2震旦系蓝田－皮圆村组砂岩（Z2lt-p）该套地层岩性主要为砂岩，分布于进洞口至ZK19＋145部位浅部， 岩层产状：进洞口部位220°/130°∠55°。为了有利于围岩工程地质评价，特根据揭露地层的风化程度，将其划分为强风化和中风化两带。中风化带又细分为较破碎中风化带和较完整中风化带。①、强风化带：主要为强风化砂岩,颜色随深度增加由灰黄色过渡到黄灰色。变余砂质结构，中厚层状构造。岩质软～较软，锤击声哑，裂隙发育～很发育，多张开，隙宽一般0.2～8mm，主以粘土质矿物充填，裂面普遍以铁锰质矿物渲染，结合差，岩体破碎～极破碎，岩芯主呈块状、碎块状，局部短柱状，采芯率60～65%,RQD一般为≤10，[fa0]=600Kpa。揭露层厚12.3～14.4m。②、中风化带：A、较破碎中风化带：主要穿越砂岩地层，浅灰～灰色，变余砂质结构，中厚层状构造。硅化明显，岩质较坚硬～坚硬，锤击声较脆，裂隙发育～较发育，多微张，主以绢云母、铁锰质矿物充填，结合较差，岩芯较破碎，主呈块状，短柱状，采取率78～80％，RQD＝30～48，fr＝50000－80000Kpa，。揭露层厚5.8～12.5m；B、较完整中风化带：主要穿越砂岩地层，浅灰～灰色，变余砂质结构，中厚层状构造。岩质坚硬，锤击声脆，局部裂隙较发育，多密闭，裂面多新鲜，岩芯较完整，主呈柱状，采取率85～92％，RQD＝72～77，fr＝85000Kpa，揭露层厚10.3～13.5m。3、燕山早期花岗岩（（γ52））燕山早期花岗岩，为金坪1隧道主要穿越岩体，分布于K19+170至出洞口部位。为了有利于围岩工程地质评价，特根据揭露地层的风化程度，将其分为强风化和中风化两带。其中中风化带又分为较破碎和较完整中风化带。①、强风化花岗岩：灰黄－浅灰色，中粗粒花岗结构，块状构造。岩质较软，裂隙发育，多张开，主以绢云母、绿泥石、高岭石及铁质矿物充填，结合差，岩芯破碎-极破碎，主呈块状、碎块状，局部短柱状，采芯率58-68％，RQD≤5。[fa0]=800Kpa，揭露厚度7.4m。②、中风化花岗岩：A、较破碎中风化花岗岩：浅灰色，灰黄色，中粗粒花岗结构，块状构造。岩质坚硬，裂隙发育-较发育，多微张，主以绢云母，次以绿泥石或铁质矿物充填，结合较差，岩芯较破碎，采芯率72-78％，RQD＝30-40，fr＝70000－80000Kpa,普遍发育于强风化带以下的中风化带浅部，揭露厚度7.0－9.8m。B、较完整中风化花岗岩：浅灰色，灰黄色，中粗粒花岗结构，块状构造。岩质坚硬，局部裂隙较发育，多密闭，裂面新鲜，结合较好－好，岩芯较完整，主呈柱状，采芯率93-94％，RQD＝86,fr＝70000－100000Kpa该层揭露厚度15.2－31.2m。4、碎裂岩：包括碎裂砂岩及碎裂花岗岩，分布于ZK19+145-ZK19+170部位的F7断层带中。黄色，灰黄色，裂隙发育～很发育，张开，铁染，岩体破碎～极破碎，碎块呈陵状，部分块径小至1～5cm，岩屑或粘土质矿物充填，结合差，[fa0]=380Kpa。（二）、地质构造据实地踏勘、物探探测、钻探揭露等勘察成果，发现隧址区段进洞口右侧地层发育F7断层。F7：位于ZK19+145-ZK19+170部位，走向近SE,与隧道轴线40°相交，倾向SW,倾角80－90°，规模较小，影响宽度8－12m，查明延伸长度300m，地表裸露，可见断层面，局部见擦痕、碎裂岩，局部含萤石。断层带为初勘钻孔ZK1、ZK2所揭露，带内岩体裂隙发育～很发育，节理倾角主呈75°～80°，多张开，主以绢云母、绿泥石、铁锰质矿物等充填，结合差－极差。断层为浅层地震探测所显示，Vp=1.42-1.85km/s。（三）、水文地质条件1、地表水：隧道穿越山体表面平时无积水及地表水流，只在进出洞口山下发育有小溪。小溪水汇入陇首河，再沿NW方向汇入乐安江。 地表水的补给主要为大气降水及地下水沿沟谷间的排泄。地表水质类型为SO4-NaCa型，侵蚀性CO2为4.84mg/L，矿化度为137.35mg/L，PH=7.2，中性，水质纯净，无毒、无腐蚀性。2、地下水：（1）、地层的含水性a、覆土层的含水性隧道区段覆土层基本为碎石土，厚度很薄，且位于强风化层之上。含水性弱。由于覆土层分布于山体表面，地势相对较高，缺乏有利的富存条件，故其一般不含水。b、基岩的含水性基岩岩性为砂岩及花岗岩。基岩的含水性主要取决于其裂隙（主要是风化裂隙）的发育程度。强风化带，基岩裂隙发育，壁距较宽（常可达5-10mm），但由于强风化带中粘土质矿物丰富，裂隙一般为粘土质或铁质矿物充填，故其含水性较弱，含水量较小；较破碎中风化带，基岩裂隙发育～较发育，多微张，且粘土质矿物充填程度低，故一般含水性较好，含水量较大；较完整中风化带，裂隙发育逐渐减弱，因此含水性弱，含水量小，而在微风化带，其性质近似于隔水层，不含水。由此可知，基岩的含水部位主要为强风化带及中风化带浅部。钻孔记录表明，钻孔明显漏水一般发生在强至中风化过渡带部位。（2）、地下水的类型根据含水层孔隙性不同，可将隧道区段地下水划分为孔隙水和裂隙水两类，而根据地下水的埋藏条件，又可将其划分为潜水和承压水。这里将以前一种划分为导向，以后一种划分为特征，对隧道区段地下水进行综合论述。①、孔隙水赋存于覆土层孔隙中，隧道区段主要贮存于碎石土中，含量很小，潜水，层状，无压。②、裂隙水赋存于岩体裂隙中，隧道区段按其成因可分为风化裂隙水和构造裂隙水(成岩裂隙水可忽略)。a、风化裂隙水：赋存于风化裂隙中，风化裂隙水埋藏在基岩风化裂隙中，主要赋存于强～中风化带浅部，发育深度15－38米左右。风化裂隙分布广泛，发育密集而均匀，可构成彼此连通的裂隙体系。因此风化裂隙水是隧道区段普遍而主要的地下水类型之一。风化裂隙水为潜水，层状，无压。揭露钻孔水位埋深10.88～25.6m。b、构造裂隙水:赋存于构造断裂带F7中，发育深度大，含量较丰富，受构造控制，呈带状，具承压性。（3）、地下水的补给、迳流、排泄和贮存①、地下水的补给隧道区段山体表面无山塘、水库等地表储水体，地下水的补给主要为大气降水。大气降水沿覆土层渗入地下，直接补给基岩裂隙水。②、地下水的迳流地下水的迳流主要受地形控制，其次受断层带控制，地形的控制直接表现为山脊的控制，其效果是地下水由地势较高的山脊向地势较低的沟谷运动，而断层带的控制主要表现为断层带走向的控制，其效果是地下水主要沿断层带走向运动。总体运动趋势是地下水沿穿越山脊为分水岭，分别向进、出洞口部位运动。③、地下水的排泄地下水的排泄形式主要有片状或裂隙泉形式。其排泄部位主要是进出洞口山下沟谷，地下水的排泄是沟谷中地表水流的主要补给源。④、地下水的贮存孔隙水的贮存，以孔隙为空间，以粘性土层为相对隔水底板，水位动态受气候影响变化明显；风化裂隙水的贮存以风化裂隙为空间，以微风化基岩为隔水底板，水位动态受气候影响变化较明显；构造裂隙水以构造裂隙为空间，以断裂带为贮存构造，发育深度大，水位动态受气候影响小。（4）、注水试验为了掌握隧道围岩的含（透）水性能，分段预测隧道围岩经常涌水量，特对 钻孔ZK1进行注水试验。该孔进行了分层注水和混合注水试验，即对强风化带、较破碎中风化带和较完整中风化带进行了分层试验。①、套管下至8.6m，隔离强风化层和碎石土层，试验段为整段（包括较破碎和较完整）中风化层：试验段长度L＝19.6m，钻孔半径r＝0.0455m水头高度S＝18.8m稳定注水流量Q＝156.42m3/d由于L/r＞4，选择公式K=求得整段中风化层渗透系数K＝0.456m/d。②、用水泥封填钻孔至23.5m，试验段为较破碎中风化层：试验段长度L＝14.9m，钻孔半径r＝0.0455m水头高度S＝18.5m稳定注水流量Q＝153.52m3/d由于L/r＞4，选择公式K=求得较破碎中风化层渗透系数K＝0.574m/d。根据双层结构公式K2＝（KL-K1L1）/L2求得较完整中风化层渗透系数K＝0.0833m/d。③、用水泥封填钻孔至8.6m，并起拔套管，试验段为强风化层：试验段长度L＝7.4m，钻孔半径r＝0.055m水头高度S＝17.3m稳定注水流量Q＝91.69m3/d由于L/r＞4，选择公式K=求得强风化层渗透系数K＝0.637m/d。（5）、隧道涌水量预测根据金坪1隧道ZK1注水试验结合附近地区水文地质成果对金坪1隧道各类围岩含透水性能列表如下：金坪1隧道各类围岩含透水性能表含（透）水岩性渗透系数K（m/d）备注碎石土0.282经验值（据陇首2）强风化花岗岩0.637实测较破碎中风化花岗岩0.574实测较完整中风化花岗岩0.083实测强风化砂岩0.528经验值（据陇首2）断层带F70.584经验值（据陇首2）考虑到隧道施工为逐段开挖，分段最大涌水量只在本段以外一定距离内其它分段未开挖时成立，否则实际涌水量将小于最大涌水量，因此，这里计算经常涌水量经常涌水量计算公式：q=HK(0.676-0.06K)其中：q——隧道单位长度经常涌水量（m3/d）k——渗透系数（m/d）H——含水层中原始静水位至隧道底板的距离（m） 金坪1隧道左线分段经常涌水量计算表左洞起讫里程L(m)H（m）K（m/d）q（m3/d.m）Q（m3/d）ZK19+095～ZK19+1202550.5281.7042.5ZK19+120～ZK19+14424250.5749.21221.0ZK19+144～ZK19+16925320.58411.98299.5ZK19+169～ZK19+1778280.57410.3182.5ZK19+177～ZK19+20023220.0831.2328.3ZK19+200～ZK19+2222250.5741.8440.5ZK19+222～ZK19+23513/0.637/5.0合计140719.3（6）、地下水水质类型地下水质类型为SO4-NaCa型，侵蚀性CO2为4.84mg/L，矿化度为137.35mg/L，PH=7.2。结果表明金坪1隧道地下水质为SO4－型，低矿化，侵蚀性CO2浓度低，中性，地下水对混凝土无腐蚀性。四、工程地质条件分析与评价（一）、施工地质条件1、物理力学指标的确定根据实测及取样试验，对本隧道各类岩性物理力学指标统计如下：①、碎石土：[fa0]＝360Kpa，Vpm＝0.65～0.85km/s；②、强风化带：[fa0]＝600～800Kpa，Vpm＝1.39～2.26km/s；③、较破碎中风化带：fr＝50000～80000Kpa，c＝4.3～4.9Mpa，φ＝40.3～41.2°，Ed＝6.62～9.73×104Mpa，μ＝0.18～0.19，Vpm＝2.3～2.8km/s，Vpr＝4.4～4.5km/s；④、较完整中风化带：fr＝60000～100000Kpa，c＝14.3～17.1Mpa，φ＝37.3～42.3°，Ed＝7.852～8.42×104Mpa，μ＝0.25～0.34，Vpm＝2.8～3.3km/s，Vpr＝4.42～6.12km/s；⑤、碎裂岩：[fa0]＝380Kpa，Vpm＝1.42～1.85km/s；2、围岩级别划分围岩级别划分是施工地质条件评价的重要手段，其划分依据有定性和定量两种。定性划分就是在现场对影响岩体质量的诸因素（如岩石的坚硬程度、裂隙发育程度、完整程度及岩体结构等）进行定性描述、鉴别、判断，或对主要因素作出评判、打分，同时常引入部分量化指标（如岩体质量指标RQD、弹性模量及泊松比等）进行综合分级；定量划分就是根据对岩体（或岩石）性质进行测试的数据（如岩体完整性系数Kv及岩石单轴饱和抗压强度fr等）经计算获得岩体基本质量指标BQ，必要时还根据围岩所处的各种地质条件进行修正，得出修正后的岩体基本质量指标[BQ]，并以BQ或[BQ]指标值进行分级。考虑到本次勘察的性质及隧道勘察设计规范要求，这里采用定性与定量相结合的方法。围岩基本质量指标BQ值应根据分级因素的定量指标fr值和Kv值按下式计算：BQ=90+3fr+250Kv使用上式时应遵守下列限制条件：①、当fr>90Kv+30时，应以fr=90KV+30和Kv代入计算BQ值；②、当Kv>0.04Fr+0.4时，应以Kv=0.04fr+0.4和fr代入计算BQ值。当围岩遇有地下水、软弱结构面、高初始应力时，BQ值还应修正，修正值[BQ]按下式计算：[BQ]=BQ-100（K1+K2+K3）式中：K1—地下水影响修正系数；K2—主要软弱结构面产状影响修正系数； K3—初始应力状态修正系数。K1、K2、K3可从《公路隧道设计规范》附录A中查表确定。说明：①、本分级执行标准为中华人民共和国行业标准《公路隧道设计规范（2004-07-09）》。围岩分级以定性和定量相结合为主要依据，以工程类比经验值为辅助依据。当根据岩体基本质量定性划分与[BQ]值确定的级别不一致时，坚决重新审查定性特征和定量指标计算参数的可靠性，并对它们重新观察、测试。②、当隧道围岩存在地下水、高初始应力、软弱结构面时，围岩级别作了相应的修正。③、当隧道开挖至两种或两种以上不同级别的围岩时，按其中最低级别作为该处围岩级别。具体各段围岩施工地质条件见《金坪1隧道施工地质条件说明表》。3、进出洞口条件①、地质条件进洞口穿越碎石土和强风化砂岩，碎石土厚0.7m，稍密，[fa0]＝360Kpa；强风化砂岩层厚12～14m，裂隙发育，岩体破碎，[fa0]＝600Kpa；出洞口穿强风化花岗岩，层厚5～6m，裂隙发育，岩体破碎，[fa0]＝600Kpa。隧道走向与主要节理走向交角较大，有利于洞口围岩稳定。②、地形条件金坪1隧道进洞口地貌及位置（插红旗处）金坪1隧道出洞口地貌及位置（插红旗处） 金坪1隧道F7断层碎裂岩金坪1隧道进洞口附近崩塌与落石现象进洞口处于坡体平直部位，基本呈正交型进洞，仰坡类型基本为直线型（稍凹），坡度50－60°，属陡坡。洞口山坡坡脚濒临小溪，受到沟谷中溪流水侵蚀；出洞口跨越省道，进洞型式为坡面斜交型，存在地形偏压。出洞口山体边坡32°，属陡坡，调查发现坡体基本稳定。洞口设置基本符合“早进洞，晚出洞”这一技术原则，有利于隧道稳定及自然环境的保护。进出洞口条件具体可见进出洞口综合解释成果图。（二）、地下水与隧道的关系地下水是影响隧道围岩稳定和施工安全的重要因素，地下水的强弱和特征将直接影响到对隧道的危害程度和形式。总的来说，孔隙水埋深浅，含量贫乏，对隧道安全影响小；风化裂隙水埋藏较浅，但其分布范围广泛，发育厚度较大，具有一定的储水量，当隧道施工开挖时，在其发育部位地下水迳流方向将会发生改变，而沿隧道洞体部位汇集，对隧道施工将产生降低围岩级别、增加支护和衬砌难度的直接影响。F7断层带构造裂隙水与隧道的关系最为密切，构造裂隙水发育较深（可穿越洞身），能充分汇集附近周边的地下水资源，储量较丰富，水力联系较强，且具承压性，因此当隧道施工至断裂带部位时，构造裂隙水将大大起到降低围岩级别，增加支护和衬砌难度的作用。断裂带部位岩体破碎，工程地质条件较差，常可产生突水、坍塌等恶劣不良地质现象，影响隧道工程设计。（三）、不良地质现象金坪1隧道不良地质现象主要在进洞口：进洞口强风化地层裂隙发育，岩体破碎，加之边坡坡度陡，仰坡表层已发生崩塌、落石现象。施工过程中应针对其不良地质条件采取相应防护措施，防止不良地质现象的产生。（四）新构造运动及地震 路线区域位于赣中南大面积稳定上升区，晚第三纪以来的新构造运动，本区以大面积间歇性上升为主，区内历史上多次发生微震，1918年2月12日地震，房屋摇撼惊人，约1分钟乃止，1921年2月的微震，1941年9月21日地震，屋瓦墻泥坠地，1987年会昌县地震，路线区由两次震撼，区内弱震较频繁，历史上尚没有强震记录，四川省汶川5.12八级大地震也未波及。因此，本路线区属于新构造运动相对稳定区域。根据“中国地震动峰值加速度区划图（江西部分）”，路线区地震动峰值加速度<0.05g，即地震基本烈度值小于Ⅵ度，隧道可采取简易设防。（五）、工程环境1、生态环境：隧道沿线植被发育，山下沟谷间地表水发育，当地农以稻、林以杉、副以砂、工以采矿及木器加工为主产业，生态平衡。2、社会环境：进洞口附近无居民，沟谷间亦无稻田，距出洞口以东140m为石灰亭，仅两户民居，沟谷间垦有少量稻田。往西北3000m为陇首，农工商全面发展，街道繁华，旅店点缀。玉竹酒家服务热情，厨艺精湛，条件优越，入住舒适，为休闲办公之良好场所。3、生活环境：隧道进出洞口附近为深切沟谷，怀玉乡－陇首－花桥省道绕隧道进出洞口通过。施工过程中机械营运将对所经村庄部分稻田造成损毁，机械营运和废渣排放，将对洞口附近沟溪造成一定程度的堵塞和污染，省道交通将受到一定影响。4、施工条件：由于怀玉乡－陇首－花桥省道绕隧道进出洞口通过，故交通较方便，但山路艰险曲折，应注意安全。除供水较方便外，弃渣排放、供电皆不方便，通讯信号很差。五、结论和建议（一）、结论通过施工图设计工程地质勘察，可对金坪1隧道作如下结论：1、隧址区地形较简单，仅单座山体；地层结构复杂，为砂岩和花岗岩接触部位；区域地质构造复杂，隧址区域断层发育；水文地质条件复杂。总之，隧道工程地质条件复杂。2、隧道洞体最大埋深53m，埋深浅。进洞口自然坡体陡峭，易产生崩塌、落石等不良地质现象，洞身至出洞口段存在地形偏压。3、进出洞口及洞口段、断层带部位围岩级别低，工程地质条件差，洞身中段部分围岩结构较完整，岩质坚硬，围岩级别较高，工程地质条件良好。4、地下水对混凝土无腐蚀。5、交通条件一般。6、隧道沿线无重要建筑及设施，隧道施工对周围环境影响较小。综合分析可知金坪1隧道适宜修建。（二）、建议1、注意对进出洞口及洞口段的施工防护，特别是进洞口。2、注意F7断层带对隧道安全稳定的影响。3、本区地震动峰值加速度小于0.05g,地震烈度小于Ⅵ，可提高一级设防。4、由于地层岩性的多样性，风化程度的差异性以及构造裂隙发育的多向异性，局部围岩分段分级将有偏颇，建议在施工阶段作进一步调整。