龙贯山隧道隧道工程地质调查报告

成都至自贡至泸州高速公路A5合同段成都至自贡至泸州高速公路A5合同段龙贯山隧道工程地质调绘说明1.概况1.1工程概况成都至自贡至泸州高速公路是《四川省高速公路网布局规划》(2008年3月)中成都引入线成都至赤水公路的有机组成部分，路线位于四川盆地西南部，总体呈北西—南东走向，起于成都市东南接建成的绕城高速公路，经仁寿、连界、威远、自贡东（大山铺）、瓦市、富顺东、童寺、石洞至分水岭接成渝环线渝宜高速公路，路线长约263.89公里。本项目勘察设计A5合同段，起点位于本隧道进口，接第A4合同段终点，终点位于江阳区分水岭北碾子山，接泸（州）赤（水）公路，并与合（江）纳（溪）高速公路交叉。路线长度约48.9km。本项目技术标准为采用双向四车道高速公路标准，设计速度80km/h。路基宽度为24.5m，桥涵与路基同宽，隧道建筑限界（宽×高10.25×5.0米），设计洪水频率：特大桥为1/300，其它桥涵及路基为1/100，地震动峰值加速度0.05g。其余指标按《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）的规定与要求执行。龙贯山隧道为本合同段主要控制性工程，为一分离式越岭隧道，初步设计初拟两个隧址方案K线与E2线，隧道布设情况见表1。表1龙关山隧道布置表隧道方案起讫桩号隧道长度（m）最大埋深（m）K线左线ZK213+653.59～ZK216+3602706.22188.4右线K213+659～K216+3502691185.3E2线左线E2ZK213+840～E2ZK215+6751835175.7右线E2K213+850～E2K215+6951845168.31.2工作目的与任务在工程可行研究的基础上，对隧道区进行了1：1万、1：2000工程地质调查测绘，初步查明隧道区工程地质、水文地质条件与主要工程地质问题，为隧址方案的选择及勘探点、线布置提供了初步依据。其主要任务为：（1）收集、分析、研究已有地质资料，通过工程调绘初步掌握隧道工程地质条件及水文地质条件，了解隧道围岩级别。综合分析隧道围岩和洞口边坡稳定性。（2）初步查明隧道处的区域地质构造、查明断层的产状、性质、类型及断层破碎带的宽度和影响范围。对隧道穿越可能性作出评价。（3）对隧道穿越进行工程地质调绘，初步查明隧道通过地带的自然地理概况、地形、地貌与构造、岩性等工程地质条件。2.自然地理2.1气象、水文隧道区属亚热带湿润气候区，年平均气温17.5～18.0℃，最冷月(一月)年平均气温7℃左右，最热月(七月)平均温度27.5℃，年较差(最热月与最冷月平均气温之差)约为20.5℃，极端最高气温可达40℃，极端最低气温可达零下1℃左右。年平均降水量1117.8mm，年平均最大降水量1464.5mm，年平均最小降水量664.2mm，降雨量主要集中在6～8月，占全年降水量的47%，该季节暴雨发生频率在56％以上。项目所在区瞬间风速≥17米／秒，1、10～12月出现大风的概率小，春秋季多为寒潮大风，风向偏北，风力大，持续时间长，范围较广，夏季多为雷雨大风，这种雷雨引起的局部大风,常伴有冰雹，一般出现在下午和晚上，影响范围小，持续时间短，风力大。隧道区属于沱江水系，隧道穿越分水岭南北两侧隧道轴线右侧约1Km分别分布有东风水库与胜利水库。2.2地形、地貌隧道区位为构造剥蚀的深切丘陵地貌，隧道轴线通过地段的地面高程K线338.8～529.6m，相对高差约190m，E2线305～484m，相对高差约180m。地形呈“箱状”，两侧横坡陡，山顶呈坪状，山坡呈直坡或凹坡，坡角在30～45°左右。冲沟发育，沟谷多为“V”形，隧道区主要沟谷基本呈北西～南东向，次级沟谷及两侧基本向南北方向延伸，组成众多的羽状沟谷水系。山体起伏较大，沟谷宽度不等，一般沟谷下游可达50-100米，-6-中交公路规划设计院有限公司 成都至自贡至泸州高速公路A5合同段上游较为窄小，山体基岩出露，山坡植被发育。3.隧道工程地质条件3.1地层隧道范围内涉及的主要地层为：第四系全新统残坡积层（Q4el+dl）、侏罗系中下统自流井组、下统珍珠冲组与三叠系须家河组。3.1.1第四系（Q）隧道区第四系地层主要为全新统残坡积层（Q4el+dl）层，分布于丘陵缓坡地带，为棕黄、棕红色的含砾粉质黏土，顶部富含植物根茎，缓坡上含粉砂质泥岩碎石，厚度0～4m。3.1.2侏罗系（J）（1）侏罗系中下统自流井组（J1-2Z）分布于梯子崖背斜西翼天洋坪断层上盘，岩性为紫红色质纯泥岩、砂质泥岩夹黄绿色质纯、致密坚硬石英细砂岩及泥灰岩或介壳灰岩。中上部灰岩（大安寨灰岩）夹层较多，岩相、厚度不稳定且多含泥质。下部灰岩（东岳庙灰岩）质纯厚5～20m，总厚402米。（2）侏罗系下统珍珠冲组（J1Z）分布于梯子崖背斜西翼天洋坪断层上盘，岩性为紫红、黄绿色泥岩夹1～4层灰白色粉至细粒石英砂岩。厚度71.6~135m。3.1.3三叠系（T）隧道区出露三叠系上统须家河组（T3xj），为梯子崖背斜核部及隧道洞身主要地层，分布于隧道洞身及进出口段，为一套沼泽相含煤砂页岩沉积岩，岩性为灰黄、灰白色厚层中粒长石石英砂岩及灰、灰黑色页岩夹煤层。总厚514～617m。3.2地质构造3.2.1区域地质构造隧道区在区域地质构造上处于新华夏构造体系川东褶带，主要由北东、北北东向褶皱及走向逆断层等压性、压扭性结构面组成。另有由东西向、北东向、北西向节理或断层等组成的张性、扭性、扭压性配套成分。3.2.2隧道区主要地质构造隧道区主要地质构造为梯子崖背斜，K线隧道轴线穿越背斜核部，E2线位于背斜西翼。背斜西翼发育有天洋坪断层与大垇场断层等两条断层与隧道轴线相交。（1）梯子崖背斜为一狭长不对称梳状或箱状背斜，背斜轴向北25°东，核部及东翼地层为三叠系上统须家河组（T3xj），西翼地层为侏罗系下统珍珠冲组（J1Z）与中下统自流井组（J1-2Z）。两翼倾角20~30°，南东翼稍陡、局部倾角可达60°，西翼被断层破坏。K线隧道轴线于K215+450穿越背斜轴部，隧道轴线与背斜轴线55~65°大角度相交。E2线位于背斜西翼，隧道轴线未穿越背斜轴。（2）天洋坪断层位于梯子崖背斜梯子崖背斜西翼，断层走向北45°东，倾向北西，倾角30~63°，为一压扭性逆断层，上盘地层为侏罗系中下统自流井组（J1-2Z），下盘为三叠系上统须家河组（T3xj）。隧道轴线K线于K213+860、E2线于E2K+950分别与断层轴线近于垂直相交。（3）大垇场断层位于梯子崖背斜北西翼，断层走向北45~65°东，倾向北西，倾角27~63°，为一压扭性逆断层，上下盘地层均为三叠系上统须家河组（T3xj）。T3xj地层覆于T1-22、J2s地层之上。隧道轴线K线于K214+775、E2线于E2K214+990分别与断层轴线近于垂直相交。3.2.3岩体结构（1）岩体结构面隧道区梯子崖背斜北西翼地层产状较平缓，倾角5~25°，背斜东南翼地层产状较陡，倾角35~45°。进出口及构造影响带，岩石风化强烈，构造裂隙一般不发育，但强风化带裂隙较为发育，各地层一般发育有两组，其特征见表2。表2岩体结构面特征表地层岩层产状节理产状量测地点第一组第二组J1-2Z301º∠11º124º∠44º185º∠74º侧沟J1Z325º∠5º105º∠52º163º∠77º侧沟T3xj（1）315º∠25º115º∠61º215º∠86º隧道进口T3xj（2）135º∠44º125º∠23º210º∠54º石堰沟-6-中交公路规划设计院有限公司 成都至自贡至泸州高速公路A5合同段T3xj（3）151º∠85141º∠29º222º∠65º马屁岩节理裂隙面受区域构造影响产生扭曲变形，岩石节理体积数一般2～10条／m3，强风化或受构造影响带岩石10～15条／m3，裂隙频率大者达20-30条／m3，裂隙连通情况较好，多为张口，仅少许被泥质充填。洞身岩体节理裂隙不甚发育。（2）岩体结构类型隧道进出口及地表岩石风化作用较为强烈，以物理风化为主，泥岩和页岩强风化层一般深5～10米，最深可达20米。砂岩强风化层一般深1～5米，最深可达10米。中风化层一般深10～20米，局部大于30米。由于受风化及构造作用的影响，洞体埋深不同，岩体结构也不同。有碎石状压碎结构,碎石状镶嵌结构，角砾、碎石状结构及块石状结构。3.2.4地震根据1∶400万《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001)，隧道区地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35s，根据《公路工程抗震设计规范》,本隧道设计建议提高一级采取抗震措施进行设防。3.3不良地质3.3.1滑坡K线隧道进口上方发育一小型滑坡（李家沟滑坡），滑坡体属T3xj地层，滑坡外形呈圈椅状，滑坡高约20m，宽约16m，厚1—2m，方量约300m3，为一牵引式岩质滑坡，不稳定，由于修房开挖坡脚引起。对隧道洞口及边坡影响较大。3.3.2煤层及采空区与隧道有关的现采煤矿包括古佛煤矿、瓦子煤矿与废弃煤矿白杨湾煤矿。可采煤层均为三叠系上统须家河组（T3xj），该组地层可分为六个岩性段：2、4、6段为厚层块状长石石英砂岩段，1、3、5段为页岩煤系段，煤层厚30～60厘米。除此3个现采煤矿外，由于该区域采煤历史久远、煤窑星落棋布，历史原因，这些煤窑采煤是无序的，且无档案记录，部分煤窑早已废弃。下阶段除委托相关勘查单位对该区域内废弃煤井和采空区进行专项调查外，加强调查与勘探，查明隧道范围采空区的分布情况及其对工程的影响。（1）古佛煤矿位于K线隧道进口东北约4Km古佛镇，据隧道直线距离约4Km，年产5～6万吨，矿井工作人员约300人。煤矿建于上世纪50年代，约于1958年开始出煤，现采的煤层2层，单层层0.2m厚左右，中层间夹0.2～0.4m砂岩。通过调查，该煤矿正常通风情况下井下瓦斯含量为0.45左右；煤矿曾经出现过冒顶事故，未发生瓦斯及透水事故；矿井从古佛镇向东北、西南两方向延伸，其中向西南方向延伸约3Km，现采空边界已达土地坳公路东侧，已临近隧道进口洞外路线，距K线隧道进口约1Km。古佛矿区边界涵盖K线隧道进口及洞外路线范围，现煤矿已暂停向拟建项目方向开采，路线及隧道进口段暂无概况采空区分布，但压覆该矿区矿产资源。（2）白杨湾煤矿（废矿）位于K线龙贯山隧道进口右侧约150m处，文革时发生事故废弃，已停采约30余年。通过调查，概况因当年发生严重透水事故死亡约18人而停采，无高瓦斯灾害，原有矿井主要开采方向为远离隧道方向，向地下延伸约百米，故该矿对隧道影响较小。但由于概况废弃多年，原开采情况无历史记录可查，同时据调查，在龙贯山山腰等部位另有多处废弃矿井，具体开采深度与采空区情况已难以获得准确资料，隧道勘察设计应进行专项调查，并加强勘探，查明隧道范围采空区分布范围。（3）瓦子煤矿瓦子煤矿又名磨子沟煤矿，位于推荐线龙贯山隧道出口东北约300m。该煤矿于上世纪70年代开始开采，主要是T3xj5煤层，共5层，平均厚度50cm，顶底板较好，瓦斯含量约0.1，层间距27m左右。瓦子煤矿主井标高309m，为先平硐后斜井方式，平硐长约400m，斜井深约300m，坡度为28～30°，整体开采标高+400m～－300m。K线K215+900至隧道出口均位于其矿区范围，隧道洞身标高位于煤矿开采范围。据调查该煤矿2008年接到本项目建设通知后在隧道及路线涉及范围已停采，隧道压覆的矿区范围暂无采空区分布。建议在完成本煤矿的压矿评估报告同时，加强勘探，查明开采范围及其对工程的影响。4.水文地质条件地下水的赋存与分布，主要受地质构造、地貌、岩性、气候等条件的控制，根据赋存条件和水理特征，隧道区主要分布基岩裂隙水，且以红层砂、泥岩风化带孔隙裂隙水为主。-6-中交公路规划设计院有限公司 成都至自贡至泸州高速公路A5合同段隧道区地下水类型包括红层砂、泥岩风化带风化裂隙水、构造裂隙水、碎屑类裂隙孔隙水。4.1红层砂、泥岩风化带风化裂隙水为隧道区主要的地下水类型，主要埋藏于侏罗、三叠系砂、泥岩浅层风化带中的裂隙潜水，风化裂隙水分布与地形关系密切，一般存在于丘间山地，分布分散，相互缺乏密切联系，仅于沟谷间以脉络相连通，隧道区地形较陡，地下水赋存条件较差，风化裂隙水导水裂隙因岩性而异。基岩裂隙水一般较贫乏，且富水性极不均匀，泉水流量一般在0.05升/秒以下，单孔涌水量在100吨/日。基岩裂隙水主要由大气降水补给，迳流条件受地形条件限制，一般在沟谷洼地中就地补给，由高向低运动，于砂岩坎下、山脚坡麓以泉的形式排泄。地表分水岭为地下水的分水岭。基岩裂隙水水化学类型为重碳酸钙型、重碳酸钙钠型水，矿化度0.3～0.5克/升。4.2构造裂隙水以构造裂隙为其主要载体的构造裂隙水，主要赋存在梯子崖背斜轴部的三叠系上统须家河组（T3xj）三叠系上统须家河组（T3xj）砂岩中。裂隙多以沿背斜轴线分布的张裂隙为主，裂隙密度通常较小，张开度较大，倾角较陡，向下延伸较长。裂隙沿着层理方向切穿整个砂岩层，并与其层面裂隙贯通，有利于大气降水的渗入与地下水的储集。形成多层砂岩含水层。同时隧道穿越的天洋坪与大垇场断层破碎带及其影响带，岩体破碎，节理发育，为构造裂隙水提供了储存和运移的空间，形成脉状构造裂隙充水带。4.3碎屑类裂隙孔隙水（承压水）含水岩组主要为梯子崖两翼上三叠统须家河组（T3xj）砂岩，储集空间以砂岩孔隙及其层面裂隙为主，砂岩上下均有泥岩作为隔水层，涌水多在砂岩底部。第一、三、五段透水性弱，相对隔水；第二、四、六段透水性强，含地下水，尤其是第四段富水性最好，且补给丰富。岩石孔隙度一般10～28，平面渗透率大于垂直渗透率，水动力特征不明显，在地下较深部位可形成区域性的地下水，具有一定的承压性。该类水无确定的区域分布，含水层主要分布于背斜两翼，通常与构造裂隙水相伴生。水质以HCO3－Na型或HCO3－Ca型为主。5.隧道围岩分段工程地质特征（1）K线K213+659～K213+980、E2线E2K213+850～E2K214+050，隧道进口及天洋坪断层影响段，断层上盘为上三叠统须家河组（T3xj），处于隧道进口，岩性以强风化灰黄、厚层中粒长石石英砂岩及灰、灰黑色页岩夹煤层为主，断层下盘为侏罗系中下统自流井组（J1-2Z），岩性为强～中风化紫红色质纯泥岩、砂质泥岩夹黄绿色质石英细砂岩及泥灰岩或介壳灰岩，受断层影响，岩体风化破碎，节理裂隙发育，页岩、泥岩为软弱岩层，易形成软弱结构面，地下水为构造裂隙水，发育2组节理，一般10～15条／m3，围岩Ⅴ级。（2）K线K213+980～K214+700、E2线E2K214+050～E2K214+950，地层为侏罗系下统珍珠冲组（J1Z），岩性为紫红、黄绿色泥岩夹1～4层灰白色粉至细粒石英砂岩。三叠系上统须家河组（T3xj），岩性为灰黄、灰白色厚层中粒长石石英砂岩及灰、灰黑色页岩夹煤层，围岩中风化～微风化，岩体较完整，发育2组节理，一般2～7条／m3，泥岩、页岩、煤层构成软弱围岩，地下水以基岩裂隙水为主，水量贫乏，围岩Ⅳ级。（3）K线K214+700～K214+850、E2线E2K214+950～E2K215+100，隧道通过大垇场断层及其影响段，断层破碎带宽度20～35m，影响范围80～100m。围岩为三叠系上统须家河组（T3xj），岩性为灰黄、灰白色厚层中粒长石石英砂岩及灰、灰黑色页岩夹煤层，受断层影响岩体风化破碎，节理裂隙发育，页岩、煤层为软弱岩层，易形成软弱结构面，地下水为构造裂隙水，地下水赋存条件较好，围岩Ⅴ级。（4）K线K214+850～K215+400、E2线E2K215+100～E2K215+570，围岩为三叠系上统须家河组（T3xj），岩性为中风化～微风化灰黄、灰白色厚层中粒长石石英砂岩及灰、灰黑色页岩夹煤层，岩体较完整，发育2组节理，一般2～5条／m3，泥岩、页岩、煤层构成软弱围岩，地下水以基岩裂隙水为主，水量贫乏，围岩Ⅳ级。（5）K线K215+400～K215+500，隧道穿越梯子崖背斜核部，围岩为三叠系上统须家河组（T3xj），岩性为灰黄、灰白色厚层中粒长石石英砂岩及灰、灰黑色页岩夹煤层，受构造影响，岩层挤压扭曲变形较强，岩层产状突变，岩体较为破碎，为构造块裂隙水主要分布带，围岩Ⅴ级。（6）K线K215+500～K216+150，围岩为三叠系上统须家河组（T3xj），岩性为中风化～微风化灰黄、灰白色厚层中粒长石石英砂岩及灰、灰黑色页岩夹煤层，岩体较完整，发育2组节理，一般2～5条／m3，泥岩、页岩、煤层构成软弱围岩，地下水以基岩裂隙水为主，水量贫乏，围岩Ⅳ级。（7）K线K216+150～K216+360、E2线E2K215+570～-6-中交公路规划设计院有限公司 成都至自贡至泸州高速公路A5合同段E2K215+690，隧道出口浅埋段，围岩为三叠系上统须家河组（T3xj），岩性为灰黄、灰白色厚层中粒长石石英砂岩及灰、灰黑色页岩夹煤层，岩石强风化，岩体破碎，节理裂隙发育，页岩、泥岩为软弱岩层，易形成软弱结构面，发育2组节理，一般7～12条／m3，围岩Ⅴ级。6.隧道工程地质评价6.1区域稳定性评价隧道区内地层受挤压作用明显，构造体系属于梯子崖背斜，隧道轴线以大于50°穿越两条压扭性断裂，隧道轴线方向与构造线以大角度相交，并与初始应力场的最大水平主应力方向近于平行或小角度斜交，区域地质稳定性良好。6.2隧道进出口稳定性隧道进、出口位于深切沟谷斜坡，洞口段地形陡峭，进口坡角约35～45°，出口坡角约25～35°，洞口与地形等高线近于垂直，成洞条件较好。进、出口地层均为三叠系上统须家河组（T3xj）砂岩及灰、灰黑色页岩夹煤层，进口岩层产状315º∠25º，出口岩层产状135～151°∠44～85°，岩石强风化，节理裂隙发育，岩体破碎，页岩、泥岩为软弱岩层，洞口开挖时易产生崩落、崩塌，应予以防护。K线隧道进口上方发育一小型滑坡，对隧道洞口稳定性有一定影响，隧道开挖前应予以清除或治理。6.3隧道洞身稳定性评价隧道通过地段地层出露区包括侏罗系中下统自流井组、下统珍珠冲组与三叠系须家河组，地貌为深切丘陵，地形起伏较大，隧道进出口及洞身穿越梯子崖背斜与两条压扭性断裂影响段，岩体强风化，结构破碎，为Ⅴ级围岩，其余段落以Ⅳ级围岩为主。隧道围岩中页岩、泥岩、煤层夹层为软弱岩层，易于软化，降低岩石强度，形成软弱结构面，并使结构面抗剪强度降低，岩体易于沿结构面变形和破坏，产生掉块或滑移。6.4水文地质评价隧道通过段主要为有基岩裂隙水，一般水量贫乏，不排除局部段落沿节理裂隙渗水的可能性，开挖时可能会有少量地下水，预计从背斜核部、断层及其影响带之间会有地下水涌出，洞身可能发生涌水与渗漏水，应及时支护，并注意防水措施。-6-中交公路规划设计院有限公司 成都至自贡至泸州高速公路A5合同段-6-中交公路规划设计院有限公司成都至自贡至泸州高速公路A5合同段-6-中交公路规划设计院有限公司