岩门界隧道工程地质勘察研究
岩门界隧道工程地质勘察研究
李军，王跃飞，吴有林
（湖南省交通规划勘察设计院，湖南长沙410008）
摘要：岩门界隧道为深埋特长隧道，在隧道勘察中做了大量工作，对围岩特征、地质构造、涌水量、围岩稳定性等均作出了准确的判断和预测，勘探方法和评价技术对其它隧道有较好的借鉴作用。
关键词：工程地质勘察；围岩类别；涌水量；围岩稳定性
1引言
岩门界隧道为常德至吉首高速公路上最大的控制工程，地质条件非常复杂。该隧道为一特长深埋隧道，左右洞平均长度为3745m。该隧道已于2005年10月10日贯通。
2主要勘察工作
勘察工作的主要内容如下：①遥感解译：对该地区的航片、TM图象等遥感资料进行了室内解译；②地质调绘：开展了工程地质、水文地质、资源地质、环境地质调绘，对主要溪流进行了分段测流，对长期观测点进行了1个水文年的观测；③物探：进行了地震勘探；④钻探；⑤孔内测试：在钻孔内进行了大量的测试，主要有抽水试验、压水试验等水文地质测试；⑥室内试验：进行了室内岩石物理力学试验。
3项目主要特点
3.1岩门界隧道选址是资源地质、环境地质工作的结果
岩门界隧道选址时存在过洗溪磷矿矿区方案与现已实施方案的比选。洗溪磷矿储量大，品位高，现隧址避开了对磷矿矿区的影响，最大限度的保护了资源，最大限度的地保护了环境。
3.2大量运用国内外先进的勘探设备与技术
①工程地质与水文地质调绘：运用手持GPS对地质点进行测量，使地质点测量高效、准确。针对隧道区大部分地方被红层覆盖的特点，采用了大幅增加调绘范围，运用红层覆盖界限追踪调查，查明被覆盖的围岩特性。运用甚低频电磁仪、氡气测量仪对可能存在构造且被覆盖的部位进行勘探，提高了调绘精度。
②物探：采用先进的GeoPen4801型48道数字地震仪进行了地震勘探。获取了各地层岩性的地震波信息，尤其是被红层覆盖的围岩特性。
③钻探：采用绳索取芯提高钻探效率及岩芯采取率。采用植物胶护壁，有效预防了钻遇断层破碎带时塌孔事故的发生。通过钻探，获取深部围岩、特别是被红层覆盖的深部围岩特性。
④水文测试及计算：通过隧道孔内压水试验取得的相关水文地质参数，综合考虑各种因素后，采用地下水动力学法分段对隧道涌水量进行预测估算，求出隧道总涌水量。
⑤资料处理：运用Dips软件进行节理统计分析，运用Unwedge软件对围岩稳定性进行评价，运用2D—σ有限元计算软件模拟隧道区岩体应力场的形成演化过程。
4工程地质条件
勘察区属低山地貌，隧道场地内地形起伏大，切割深，次级小冲沟较发育。地面高程215～220m，自然坡度40°～45°。
覆盖层主要为亚粘土、碎石、块石、总厚度一般为2.0~4.0m，局部厚度较大。基岩主要为白垩系上统钙泥质砂岩、钙质砂岩、钙质砾岩，震旦系及元古界硅质岩、变质砂岩、石英砂岩、砂质板岩为主。
隧道区穿过的地段位于“天硚山复式向斜”中，此复式向斜包含两个背斜和两个向斜，基岩为元古系板溪群五强溪组砂质板岩、含砾砂质板岩，向斜核部地表被白垩系砂岩覆盖。在隧道区域，隧道轴线与复式向斜轴向呈大角度相交，在核部岩石以韧性变形为主，存在脆性破坏（岩石较破碎，且导水性较好），但不强烈，两翼岩层较完整。从遥感影象图上看，离隧道吉首段洞口约200m处通过一断裂，呈线性负地形影象，断层三角面清晰可见，据调查，在隧道区及其附近，未见明显的断层迹象，且该断层倾向与隧道的延伸方向大体一致，断层未穿、切隧道场地以内，对隧道影响不大。
隧道区地下水主要为覆盖层中的孔隙水、基岩裂隙水。基岩裂隙水主要存在节理裂隙发育的洞口附近风化强烈的围岩和褶皱核部围岩中，水量稀少。
5主要工程地质评价
5.1洞口工程地质评价
岩层走向与线路呈大角度相交，倾向西北，对洞口左右侧边坡稳定有利，对仰坡稳定较不利。节理裂隙较发育，但倾角陡立，对洞口稳定影响不大。覆盖层、强风化层在仰坡、两侧边坡开挖后，容易散落，弱风化层岩石较完整。
根据洞口段的岩土特征，考虑到覆盖层及强风化层较厚，建议采用较缓的边坡坡比，建议洞口两侧边坡及仰坡的坡比采用1:1.00，并进行坡面防护。
5.2围岩工程地质评价
A洞口附近岩石风化带：这一地段岩石风化强烈，为强~弱风化岩，除区域性节理发育外，风化裂隙、卸荷裂隙发育，这些软弱结构面分布的规律性差。强风化岩，岩体多为碎石状松散结构，围岩稳定性较差，无支护时易产生坍塌及大变形，围岩纵波速度Vp=1.1-1.8km/s，围岩类别定为Ⅱ类。B弱风化岩，岩体为块石状镶嵌结构，稳定性较好，但无支护时，易产生洞顶坍塌或侧壁失稳，围岩纵波速度Vp=2.3-2.8km/s，围岩类别定为Ⅲ类。
B褶皱核部带：褶皱核部岩石以韧性变形为主，存在脆性破坏，岩体相对较破碎，导水性相对较好，浅埋段围岩类别定为Ⅲ类，山顶向斜核部围岩类别定为Ⅳ类。
C洞身微风化～新鲜岩石带：指上述两类以外的其它围岩，也就是指岩石微风化或新鲜，且受构造影响较弱的围岩，绝大部分围岩属这一类型。其软弱结构面主要为节理及层面。由于岩层走向大致与隧道轴线近于正交，且围岩为变质岩类，层间结合好，对围岩的稳定影响不大。围岩纵波速度Vp>3.2km/s，围岩类别定为Ⅳ类和Ⅴ类。
5.3水文地质评价
A涌水量预测
根据隧道压水试验取得的相关水文地质参数，综合考虑各种因素后，采用地下水动力学法对隧道涌水量进行预测估算。考虑隧道在长期排水的情况下，位于无限厚的潜水含水层中，按有限含水厚度计算涌水量，并且考虑各段的渗透系数的差异，分段预测。采用用于非完整井的柯斯嘉科夫公式计算左洞大致涌水量为3097m3/d，由于隧道的双洞相距仅40m左右，绝大部分位于上述计算的影响半径之内，故上述计算结果可近似代表隧道的总涌水量。
上述计算是对隧道总涌水量的估算，在隧道的不同地段，由于岩石裂隙的发育程度、渗透性、含水层厚度的不同，涌水量是不同的，也就是说，隧道涌水量并非平均分布。特别是在背斜核部岩体破碎的部位，与岩体较完整的地段相比，涌水量将有明显增大，甚至有一定程度突水的可能。
由于地下水的补给主要是靠大气降水，降水量随季节而变化，涌水量也将随时间的变化而变化。在无补给的情况下，计算表明，开挖后随着时间的增加，涌水量将逐渐减少，特别是在前90天内衰减很快。
B水文地质评价
常德端右洞进洞后约40m在下界溪下通过，隧道顶板埋深仅6m左右，由于地表水的渗入，很可能产生较大的涌水并出现冒顶事故，建议沿溪沟在一定范围内用砼封闭沟底。除此以外，隧道区地下水及地表水对隧道的施工及营运影响不大。据水质分析结果，该隧道区地下水对混凝土没有腐蚀性。
6施工验证情况
5.1对围岩类别划分的精度达到国内领先水平：一是施工证明复式向斜构造、围岩岩性、岩层产状、节理特征等均与勘察报告中的认识一致；二是围岩类别双洞变更长度为50余米，变更比例小于1%，在国内外特长隧道中非常罕见。
5.2对隧道涌水量的预测准确：勘察报告预测的总涌水量为3097m3/d，施工期间在隧道口实测最大涌水量为3390m3/d，相差不到10%。此后，涌水量变化也符合逐渐衰减的规律。
7结语
⑴施工证明，岩门界隧道勘察精度高，对围岩类别、地质构造、围岩稳定性、隧道涌水量等方面均作了较精确的判断，为隧道“围岩类别变更比例极低”、“零伤亡”和无塌方事故的奇迹作出了贡献。
⑵围岩稳定性分析、涌水量预测评价方法对其它隧道具有借鉴作用。
参考文献：
[1]刘义虎、张志龙，等.Unwedge程序在雪峰山隧道围岩块体稳定性分析中的应用[J].中南公路工程，2006，1：9-15.
[2].王跃飞、李军、黄辉，等.深埋特长雪峰山公路隧道工程地质勘察技术研究[J].中国地质灾害与防治学报，2008.12（4）：96-100.
作者简介：李军（1975-），男，工程师，从事交通行业岩土工程勘察与设计。
