德安隧道工程地质勘察说明.doc

云南省干线公路网一般干线公路8619网安定至普洱（团结）公路工程（文东至团结段）5合同两阶段施工图设计德安隧道（K100+215～K100+675）工程地质勘察说明1前言1.1工程概况安定至普洱（团结）公路工程（文东至团结段）项目区位于普洱市景东县、镇沅县和宁洱县境内，项目南接国道213线，北通国道214线，是贯穿云南省西南地区，沟通南北的一条主要交通干线，也是连接大理州、普洱市、西双版纳及通向南亚各国最便捷的公路通道，其地位十分重要。拟建德安隧道，设计为整体式隧道，起点桩号K100+215，止点桩号K100+675，隧道长460m；属于短隧道,隧道最大埋深79.5931m，隧道所在地段高程为1290.17～1373.3m之间，地形陡峭，地形坡度变化很大，相对高差最大83.13m。1.2勘察目的、方法设备本次勘察按照部颁《公路工程地质勘察规范》（JTGC20－2011）、《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）中的相关要求和本院技术主管部门下发的技术要求及批准的勘察大纲执行。本次勘察目的：详细查明隧道所在区域的地形、地貌、工程地质特征、水文地质条件及不良地质现象，并做出评价。查明隧道的地质、地震情况、进出口的环境地质条件，对隧道进行围岩分级并做出评价，为施工图设计提供详细的工程地质资料。根据隧道区工程特征、地形地貌及施工条件，次勘察采用工程地质调查、钻探、原位测试（钻孔波速等）、物探、简易水文试验、室内试验等方法进行。1）工程地质测绘1:2000隧道轴线工程地质测绘：以实地测绘和调查访问为主，圈定和划分不同地层及岩土体界线；分析地层、地质构造的空间分布及其产状，测绘中特别注意了节理裂隙的统计调查及与隧道的关系。2）钻探：选用机动灵活、场地适应性强的XY—150型钻机。硬质合金钻头，回转钻进，全断面取芯。采用钢管跟管护壁，确保钻探、取样、原位测试工作的质量。3）原位测试动力触探：用于碎石类土及全-强风化岩石。利用所获取指标评价地基土力学性能及碎石类土的密实度。4）室内试验：获取地基岩、土物理力学指标及场地土、地下水的腐蚀性分析成果，为场区地基土的岩土工程评价提供重要依据。5）物探本次勘察物探工作主要采用高密度电法，采用专业电法反演软件系统处理，将现场采集的数据输入到电脑，根据现场记录的班报按里程桩号依次连接，并转换成本软件处理格式。其处理流程如下：数据连接→格式转换→地形数据编辑→剔除畸变点→设置反演参数→二维反演生成INV文件→选定色标生成BMP图片→加图框、标示里程生成CAD图→结合地质资料及地形条件进行地质解释。1.3起讫时间、完成工作量地质勘察项目组于2016年5月20日组织人员进行现场踏勘，2016年6月4日外业结束外业勘探工作，历时15天。完成的工作量见表1。表1工作量汇总表 序号项目单位详勘完成工作量备注1钻探进尺m116.4/3孔补勘2断面测量m5003地质调绘km20.241:20004高密度电法m5505岩样试验组/件51.4执行技术标准、规范、规程及资料1.4.1主要技术标准1）《公路工程地质勘察规范》（JTGC20-2011）；2）《公路路基设计规范》（JTGD30-2015）3）《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）4）《公路工程技术标准》（JTGB01-2014）5）《公路工程抗震设计规范》（JTGB02-2013）6）《公路土工试验规程》（JTGE40-2007）7）《公路工程岩石试验规程》（JTGE41-2005）8）《公路工程集料试验规程》（JTGE42-2005）9）《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）1.4.2参照技术标准1）《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）(2009版)2）《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）3）《工程地质钻探规程》（DZ/T0017-91）4）《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2013）5）《膨胀土地区建筑技术规范》GB50112-20131.4.3本报告参考引用资料1.云南省交通规划设计研究院2011年8月编制的《安定至普洱（团结）工程可行性研究报告》。2.本项目的《地质灾害危险性评估报告》、《文物保护意见书》、《环境影响报告书》《水土保持方案可行性研究报告》。3.《中华人民共和国区域地质调查报告（1:20万）》（景东幅），云南省地质局，1977年；4.《中华人民共和国区域水文地质调查报告（1:20万）》（景东幅），云南省地质局区域地质调查队八分队，1980年；5.《中华人民共和国区域地质调查报告（1:20万）》（新平幅），云南省地质局，1970年；6.《中华人民共和国区域水文地质调查报告（1:20万）》（新平幅），云南省地质局水文地质工程地质队，1976月；7.《中华人民共和国区域地质调查报告（1:20万）》（景谷幅），云南省地质矿产据，1981年；8.《中华人民共和国区域水文地质调查报告（1:20万）》（景谷幅），云南省地质局水文地质工程地质队，1980年4月；9.《中华人民共和国区域地质调查报告（1:20万）》（墨江幅），云南省地质局，1973年；10.《中华人民共和国区域水文地质调查报告（1:20万）》（墨江幅），中国人民解放军○○九三三部队，1978年11.《工程地质手册》（第四版）。1.5质量控制本次勘察过程中除严格执行国家及行业现行有关规范、规程外，还严格按照 院内质量管理体系文件（质量手册及质量体系程序文件）的相关要求进行。钻孔实行单孔设计验收评定方式，对不符合要求的钻孔给予报废处理，并责令返工，确保勘察第一手资料的准确性及可靠性；所提交的勘察资料（包括图、表及文字报告）实行三级校审制度，确保勘察资料质量达到优良。2工程地质条件2.1地形、地貌隧道区位于德安乡上曼控村西南方向约200米，隧道起点桩号K100+215，止点桩号K100+675，隧道长460m，构造侵蚀中切割高中山地貌区，地形起伏较大，隧道附近省道S222边坡一侧部分地段有基岩出露。地形坡度较陡，一般坡度20～40°，多林木（松树）和灌木，隧道所在地段高程为1290.37～1373.3m之间，地形坡度变化很大，相对高差最大82.93m，隧道进口段为省道S222，交通便利。2.2水文、气象项目区水系发育，水资源较丰富，据相关资料表明：拟建路线通过区段区域上属干湿分明的亚热带气候，地势起伏较大，垂直分带明显，有“十里不同天”、“山高一丈大不一样”之谚语。海拔1400m以上为温带气候，年降雨量在1500mm以上，冬季有降雪；其下为亚热带气候，干、雨季分明，蒸发量大于降雨量。宁洱县全县面积的91.6%处于北回归线以南，属南亚热带山地季风气候，兼有热带、中亚热带、南温带等气候。年平均气温18.2℃，最热月（6月）平均气温22℃，最冷月（1月）平均气温12℃，无霜期334天，年均降雨量1414.9mm，5至10月为雨季。另据墨江幅区域水文报告结果表明：该区域年平均气温19℃，最高42.3℃，最低-0.2℃。雨量充沛，干、湿季分明，平均年降雨量1350mm，多集中在6～10月份，约占全年降雨量的80%。年平均蒸发量1768mm，11月～次年5月为旱季，气候封干燥多风。海拔800m以下的把边江河谷地带气候炎热，常年无冬，年平均气温在20℃以上，年平均蒸发量2575mm，属热带气候。2.3地质构造2.3.1区域构造项目区位于较活动的滇西准地槽，地质构造较为复杂，褶皱及断层极为发育，主要受古城断层和新露头褶皱影响，古城断层（F15）横穿隧道洞身段，受构造影响极大。（1）新露头褶皱该褶皱位于恩乐西部，由那来山背斜（27）、小四代向斜（28）和下邦麻背斜（29）组成，其中小四代向斜被白虎山斜断层和那打横断层所破坏，构造形态不明显。该褶皱轴近南北向，长约10公里，褶皱幅度展布约9公里，分布与侏罗系红层中，背斜核部为中侏罗和平乡组、坝注路组，岩层倾角30°～40°，向斜槽部为下白垩统曼岗组，倾角在40°～60°，背斜较向斜宽展。（2）古城断层（F15）出露于新抚街、梅子街和文化街一线，项目区内长约70公里，其走向近南北，平面闪个比较平直，倾向东，倾角70～80°，为高角度正断层，断层北段主要产于侏罗系地层中，南段主要切割白垩系和上第三系地层。沿断层带无论地层的缺失，构造岩的发育和分布，以及地貌上的特征都十分明显。构造岩为深灰、黄褐色，角砾尖棱角状，立交5—20cm不等，较坚硬，出露宽0.6～1米。2.3.2隧址构造古城断层斜穿隧道洞身段，对隧道影响很大。2.4地层岩性 隧道区域地层为第四系冲洪积（Q4al+pl）含砾粉质粘土层、上第三系中新统（N1）泥岩、泥质粉砂岩、砾岩。现分述如下：2.4.1第四系冲洪积层（Q4al+pl）（1）含砾粉质粘土（单元层代号为①）：黄褐色，暗紫色，硬塑状，承载力基本容许值250kPa，摩阻力标准值70kPa。分布不连续、不均匀，工程地质性质一般，隧道进口段、出口段、洞身均分布。2.4.2上第三系中新统（N1）地层（2）泥岩（单元层代号为②）：灰黄色，半成岩，成岩性差，遇水易软化，局部夹泥质粉砂岩，承载力基本容许值250kPa，摩阻力标准值80kPa，岩质较软，工程地质性质一般。（3）泥质粉砂岩（单元层代号为③）：灰黄色，半成岩，成岩性差，遇水易软化，承载力基本容许值300kPa，摩阻力标准值100kPa，岩质较软，工程地质性质一般。（4）砾岩（单元层代号为④）：暗红色，灰色，中密，成份以砂质泥岩、砂岩为主，泥质胶结，胶结差，成岩差，承载力基本容许值450kPa，摩阻力标准值160kPa。各土层的空间展布详见“德安隧道工程地质纵断面图”及相关图件。2.4.2岩土体物理力学指标岩石物理力学指标建议值见表2。表2隧道区岩层的岩石试验成果统计表岩性状态天然密度(g/cm3)饱和抗压强度（MP）内聚力(kP)内摩擦角(°)完整性系数ＫＶ动弹性模量Ed(MP)动剪切模量Gd(MP)含砾粉质粘土硬塑2.0922.720.3泥岩半成岩8.430.25泥质粉砂岩半成岩8.430.25砾岩中密2.488.551.3241.40.25砾岩2.5025.6600.30.3（注：依据试验资料及工程地质手册第四版）2.4.3物探成果第四系覆盖层厚2～8.0米，电阻率值较低，一般小于100欧姆米（Ω.m），受断层影响，岩体极破碎，第三系泥岩、泥质粉砂岩视阻率一般小于100欧姆米（Ω.m），局部砾岩视阻率大于500欧姆米（Ω.m）；异常区多推测为富水区，具体可参考“德安隧道高密度电法剖面图”。2.5水文地质2.5.1地表水隧道进口段位于省道S222一侧，附近发育一条北西－东南向冲沟，沟内无水，出口段位于一东西向冲沟坡面上。隧道进出口均没有发现地表水体，调绘时未发现附近有泉点出露。2.5.2地下水（1）地下水类型及埋藏条件隧道区地下水为第四系孔隙水类型及基岩裂隙水。第四系孔隙水赋存于第四系松散土体中，多以潜水形式出现，水量甚微。（2）地下水的补给、径流、排泄基岩裂隙水赋存于第三系（N1）地层，砾岩、泥岩和泥质粉砂岩中，该类地层成岩性差，以泥质胶结为主，多闭塞、连通性差，富水性较弱～中等，地下水动态变化较大，水量受季节影响明显。接受大气降水、地表水补给，沿沟谷切割处排泄。2.5.3隧道涌水量预测2.5.3.1大气降水渗入法隧道处于弱含水层岩层内，地下水的赋存 于松散孔隙、风化裂隙及基岩裂隙内，其补给源主要为大气降雨，故采用入渗法计算，预测隧道涌水量。根据大气降水渗入法计算隧道涌水量：据《铁路工程地质手册》其计算的公式为：Q=2.74α·W·AA=L·B式中：Q—隧道涌水量（m3／d）；α—为降水入渗系数；W—区域多年年降雨量（mm）；A—隧道通过含水体的地下集水面积（km²）；L—隧道通过含水体地段的长度（km）；B—L长度内对隧道两侧的影响宽度（km）。本区多年平均降水量1500mm，此次用大气降雨渗入法计算结果如表3。表3隧道降水渗入法预测隧道涌水一览表里程桩号含水岩组降雨入渗系数α长度L(km)影响宽度B（km）涌水量Q（m3/d）德安隧道K100+215～K100+300砾岩0.20.0851.5104.805K100+300～K100+540砾岩0.20.242.0394.56K100+540～K100+675砾岩0.20.1351.5166.45合计665.82降水量W：据多年气象资料，隧址区域内年平均降雨量为732mm。入渗系数α：根据隧道区的地形地貌特征，含水层接受降雨入渗的方式，结合区域水文地质资料，隧道地段降雨入渗系数选用0.2。集水段面积A：按降雨过程在不同地貌单元和含水岩组中大气降水入渗的差异，确定计算单元，块段面积在在1:2000地形图上分别量得。通过以上对隧道涌水量进行计算预测，大气降水渗入法预测单幅正常涌水量为665.82m3／d，鉴于其涌水量与气候密切相关，区域降水量的增加或雨季降大暴雨等原因，取其2倍（2×665.82m3／d=1331.64m3／d）作为最大涌水量考虑。此次隧道涌水量预测值与实际值仍有一定误差，究其原因：一是计算原始数据(渗透系数、影响半径等)难以准确选定；二是计算公式有一定的局限性。所以今后还需要作更深入的研究工作。综上所述，隧道围岩富水程度建议按中等富水区(段)考虑，隧道在雨季开挖或通过含水体破碎带时，不排除发生突水可能，建议设置相应排水、导水措施。2.5.4水质分析本合同段内地表水不发育，钻孔揭露地下水其实埋藏较深，主要依据其余路段实验成果进行鉴别，其验结果详见下表3.4-1。水中各主要离子含量统计表表3.4-1取水样点水中各离子含量（mg/L）游离CO2（mg/L）侵蚀CO2（mg/L）总矿化度pH值Cl-SO42-HCO3-Ca2+Mg2+K++Na+速南河7.376.08149.2723.7316.341.993.720.0542.647.55恩乐江7.3711.61149.2726.6616.824.33.720.0578.647.56蛮糯河7.374.1999.5120.3912.672.563.720.0439.767.52清水河7.376.8112.7827.8412.193.830.00.0572.397.52蛮海河7.378.5139.3225.9317.014.013.720.0585.667.51河西河7.378.26165.8526.7717.834.390.00.0530.927.54根据表上表中试验结果综合判定：地下水及地表水对混凝土结构具微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中钢筋具微腐蚀性，可用做工程用水。2.6地震及区域稳定性（1）隧道区属构造侵蚀中切割高中山地貌区，地形起伏相对较大，岩体极破碎，隧道区划分为对建筑抗震不利地段。（2）隧道区抗震设防烈度为7（Ⅶ）度，设计基本地震加速度值为0.15g，地震动反应谱特征周期为0.45s，场地类别为Ⅱ类。2.7不良地质隧道区无滑坡、崩塌、泥石流等不良地质作用发育；场地较稳定，可以建设。3岩土体工程地质特征及隧道围岩级别划分 3.1岩土体工程地质特征3.1.1土体的工程地质特征含砾粉质粘土(Q4al+pl)：黄褐色，暗紫色，硬塑状，含少许砂岩、砂质泥岩角砾承载力基本容许值250kPa，摩阻力标准值70kPa.主要分布在隧道进出口洞门附近及隧道洞身均有分布。3.1.2岩体的工程地质特征泥岩(N1)：灰黄色，半成岩，成岩性差，遇水易软化，局部夹泥质粉砂岩，承载力基本容许值250kPa，摩阻力标准值80kPa。泥质粉砂岩(N1)：灰黄色，半成岩，成岩性差，遇水易软化，局部夹泥岩，承载力基本容许值300kPa，摩阻力标准值100kPa。砾岩：暗红色，灰色，中密，成份以砂质泥岩、砂岩为主，泥质胶结，胶结差，成岩差，半成岩，承载力基本容许值450kPa，摩阻力标准值160kPa。3.2隧道围岩级别分级3.2.1围岩基本质量指标综合钻探、地质调绘、类比资料、试验资料结果，确定BQ值如下：泥岩：Rc=8.43Mpa，Kv=0.25；Rc＜90Kv+30，Kv＜0.04Rc+0.4，BQ=90+3Rc+250Kv=177.79。泥质粉砂岩：Rc=8.43Mpa，Kv=0.25；Rc＜90Kv+30，Kv＜0.04Rc+0.4，BQ=90+3Rc+250Kv=177.79。砾岩：Rc=8.55Mpa，Kv=0.25；Rc＜90Kv+30，Kv＜0.04Rc+0.4，BQ=90+3Rc+250Kv=178.15。砾岩：Rc=25.6Mpa，Kv=0.3；Rc＜90Kv+30，Kv＜0.04Rc+0.4，BQ=90+3Rc+250Kv=241.8。3.2.2围岩分级综合围岩厚度、结构特征、风化程度等因素及资料类比，围岩分级及评价如下。（1）K100+215～K100+675段，段长460m。隧道围岩岩性主要以暗红色，灰色，砾岩为主，局部夹薄层泥岩、砂质泥岩，地层复杂多变且岩质较软，遇水易软化，成岩性差，半成岩，受古城断层（F15）影响剧烈，岩体极破碎，围岩易坍，施工中拱部无支护或处理不及时会出现大规模坍塌，地下水以松散裂隙水和基岩裂隙水为主，涌水量较大，富水性中等，对隧道施工影响较大。隧道进出口端仰（俯）坡坡度较大，围岩稳定性差，建议做明洞处理,加强衬砌结构，及时支护；雨季施工容易发生突水现象，建议做好地下水监测与预报工作，加强地下水的疏导排泄。围岩基本质量指标BQ=178.15，围岩基本质量指标修正值[BQ]＝124，围岩电阻率值一般小于100Ω.m，建议按Ⅴ2级围岩支护。3.3围岩级别及设计参数取值建议幅位起讫桩号分段长度围岩级别r(kN/m3)κ(MPa/m)E(GPa)泊松比μΦ(°)C（MPa）Rc(MPa)KvBQ德安隧道K100+215～K100+675460Ⅴ217.418020.241.41.328.550.25178.15注：γ—岩体重度；κ—弹性抗力系数；E—弹性模量；μ—泊松比；φ—内摩擦角；C—粘聚力；Rc—岩石单轴饱和抗压强度；Kv—岩体完整系数；BQ—围岩基本质量指标。4隧道进出口工程地质评价4.1隧道进洞口边（仰）坡稳定性评价隧道进口端仰坡较陡，坡度大约20°~38°，经地质调绘及钻探揭露上部为薄层含砾粉质粘土，厚1~3米左右，下伏基岩为第三系N1砾岩局部夹薄层泥岩、泥质粉砂岩，受附近古城断层（F15）影响岩体破碎，层间结合力差。据地质调查， 岩层中层理发育，层理L1产状为60°∠46°，为评价该深挖路堑段岩质边坡进行了赤平投影分析。为评价该深挖路堑段岩质边坡进行了赤平投影分析（见图4.1-1）。边坡面与岩层面赤平投影图（4.1-1）编号结构面名称倾向倾角坡面P边坡31235L1层理面6046组合交棱线倾向倾角P—L135826进口端坡面与岩层面赤平投影图边坡坡面p与层理面L1走向小角度相交，即岩层走向与路线方向基本一致，坡面与层理面呈逆坡向，边坡属稳定状态，但是砾岩、泥岩、泥质砂岩属于软岩，雨季遇水会软化可能会失稳。建议加强洞门边坡防护和地表排水设计,尤其雨季施工容易发生突水现象，建议做好地下水监测与预报工作，加强地下水的疏导排措。施工中拱部无支护或处理不及时会出现大规模坍塌，洞口段建议做明洞处理,建议加强衬砌结构，及时支护。4.2隧道出洞口边坡稳定性评价隧道出口端俯坡坡度较陡，大约28°~45°，经地质调绘及钻探揭露上部为薄层含砾粉质粘土，厚1~8米左右，，下伏基岩为第三系N1砾岩局部夹薄层泥岩、泥质粉砂岩，受附近古城断层（F15）影响岩体破碎，层间结合力差。据地质调查，岩层中层理发育，层理L1产状为24°∠56°，为评价该深挖路堑段岩质边坡进行了赤平投影分析。为评价该深挖路堑段岩质边坡进行了赤平投影分析（见图4.1-2）边坡面与岩层面赤平投影图（4.1-2）编号结构面名称倾向倾角坡面P边坡17542L1层理面2456组合交棱线倾向倾角P—L110316出口端坡面与岩层面赤平投影图边坡坡面p与层理面L1走向小角度相交，即岩层走向与路线方向基本一致，坡面与层理面呈逆坡向，边坡属稳定状态，但是砾岩、泥岩、泥质砂岩属于软岩，雨季遇水会软化可能会失稳。建议加强洞门边坡防护和地表排水设计,尤其雨季施工容易发生突水现象，建议做好地下水监测与预报工作，加强地下水的疏导排措。施工中拱部无支护或处理不及时会出现大规模坍塌，洞口段建议做明洞处理,建议加强衬砌结构，及时支护。5隧道施工对环境影响评价德安隧道进口端位于德安乡上曼控村西南方向约200米，地表为山林（松树）。与村落相距较近，隧道开挖对当地饮用水影响不大。隧道弃渣场可选择隧道进口端公路东侧低洼地段，该段上部为耕植土，不良地质不发育，隧道弃渣集中堆放，并经压实处理。6结论及建议（ 1）经过本次勘察，基本查明了隧道区的工程地质条件及水文地质条件，满足施工图设计阶段的要求，同时满足《公路工程地质勘察规范》及《公路隧道设计规范》等相关规范的要求，所提供的勘察资料可用于施工使用。（2）隧道区未见有地质构造发育的迹象，无崩塌、泥石流等不良地质作用不发育，场地总体稳定，可以建设。（3）隧道区围岩以砾岩为主，局部夹薄层泥岩，泥质粉砂岩；根据地质调查、钻探及物探成果综合分析后，确定了围岩基石质量指标，对隧道围岩进行了较合理的分级。（4）进出洞口仰坡稳定性差，岩土层成洞性差，建议做明洞处理。（5）隧道地层渗透性水腐蚀性等级微。（6）隧道区抗震设防烈度为7（Ⅶ）度，设计基本地震加速度值为0.15g，地震动反应谱特征周期为0.45s，场地类别为Ⅱ类。（7）古城断层（F15)横斜穿隧道，与隧道洞身段小角度相交，对隧道影响很大。（8）隧道区围岩以第三系（N1）砾岩为主，局部夹薄层泥岩，粉砂岩，成岩性差，半成岩；根据地质调查、钻探揭露及物探解译成果综合分析后，对该隧道围岩分级，划分为Ⅴ2级围岩。6.2建议（1）隧道进出口段为浅埋段，岩体破碎以及坡度较陡且上覆残坡积土层较厚，洞口开挖易产生垮塌及冒顶，应加强地质超前预报，建议做明洞处理；（2）隧道开挖过程中应及时跟进支护，加强对地下水的检测,由于雨季降水量较大下渗较强，同时加强隧道防水措施以及疏导排措施施工中拱部无支护或处理不及时会出现大规模坍塌，建议加强衬砌结构及时支护,合理安排施工进度以及施工措施。（3）隧道进口端洞门左侧发育一小型坍滑体，勘察期间处于稳定状态，建议隧道洞门开挖前做好防护工作，直接清除坍滑体。（4）隧道开挖应当避开雨季进行施工，洞门处做明洞处理，避开雨季施工做到安全运营。（5）隧道临近上曼控村，施工应该做到文明施工，夜间不宜施工，和当地居民和谐相处。