隧道工程地质勘探思索

随着山区高速公路建设的加快，越来越多的山岭隧道需要修建。山岭隧道工程的实质是地质工程，其设计、施工、工期、造价无不受地质条件的制约。不了解地质、不关心地质将使隧道建设事倍功半。查明隧址区的地质条件是隧道建设的需要，也是隧道工程地质勘察工作的目的。

l工程概况

大广公路蒙冀界至承德段高速公路茅荆坝隧道．设计为双线隧道。左右线进洞口位于内蒙古自治区喀喇沁旗美林镇大店村南，出洞口位于河北省隆化县天义沟村北。该隧道设计为左右两条路线，隧道洞身平面由缓和曲线和直线组成．左线里程为一ZK2+316～ZK5+034，隧道全长6718m，洞净宽12．5m，洞净高5．0m．进口段洞底设计高程为1090．984m，地面高程为1091．907m，出口段洞底设计高程为957．048m，地面高程为965．353m，设计纵坡+2．072％，轴线方位角约42。；右线里程为一K2+311～K5+035，隧道全长6724m，洞净宽12．5m，洞净高5．0m。进口段洞底设计高程为1090．984m，地面高程为1092．526m．出口段洞底设计高程为956．584m，地面高程为964．163m，设计纵坡为+2．0908％。轴线方位角为42。。勘察共布设钻孔6个，累计进尺724．3m：重型动力触探试验l0次；岩石力学试验样20组：布设地震、电法测线各1条，共计长540m；声波测井4；fk，累计370m。并对隧址区进行了1：2000的工程地质补充调绘5．2km。

2隧址区自然条件

2．1地形、地貌

隧址区位于冀北山地区，属中低山区．地势总体中部(冀蒙界)高、两侧低，分别向南部盆地低山丘陵区与中北部河谷阶地区倾斜。区内地形崎岖不平，复杂多变，沟岭相问出现，隧址区为第四系全新统冲洪积(Q4州)碎石土和白垩系(K)凝灰岩局部花岗岩岩脉侵入。由于该类岩石抵御风化能力一般，山脊多成长条带状，山坡平均坡度多在24o以上；由于构造作用，悬崖峭壁较多。山沟多呈“V”或“U”字型谷，较大的沟谷深达100m～135m。区内山顶高程为1262m，山底高程为985m，高差达277m。茅荆坝隧道位于河北省承德市与内蒙古自治区赤峰市交界处，隧道进口处有省道$253．交通较便利，施_丁条件较好。

2．2气象

隧址区域地处暖温带向寒温带过渡地带。属半温润半干旱大陆性季风型气候，该区年均气温为9℃，一月平均气温为一8．7℃，七月平均气温为24．5；极端最低气温为一31．4℃．极端最高气温为39．4℃；年降雨量为500mm～650mm，降雨主要集中在6～8月，约占年降雨量的70％，主要表现为暴雨形式；该区年蒸发量为1838．7mm：年均日照为2800h～2900h；无霜期在l50d左右，区域最大冻土深度达1．5m。

3地质条件

3．1地质构造

隧道所在区域从大的范围来看属于冀北燕山中段，山脉走向大致为近东西向一北东东向，与区域构造线方向一致。近场区地形趋势大体是东北、西北高，西南部稍低。该区位于燕山断隆的东段，基底构造线方向受东西一北东东向复式褶皱构造控制，地质构造较为复杂，岩浆活动频繁，加之强烈的混合岩化作用影响，使原来面貌遭受了不同程度的改造。

3．2地震地质综合评价

公路所在区域位于地震活动水平较弱的华北地震构造区的北部边缘．根据河北省工程地震勘察研究院大广公路蒙冀界至承德段高速公路《工程场地地震安全性评价报告》，隧道区所在区域的地震动峰值加速度值为0．05g，设计地震分组为第二组，场区地震设防烈度为6度，隧道设防烈度为7度。总体上来说，该区域是一个地壳运动相对稳定的地区。

3．3水文地质评价

3．4

该区的地下水主要为基岩裂隙水，岩体含水量属于贫水区。本次勘察正逢枯水期，未见地下地层岩性根据工程地质测绘及钻探揭露，隧道区地层为第四系全新统冲洪积(Q)碎石土和白垩系(K)凝灰岩局部花岗岩岩脉侵人。

3．5不良地质特征与评价

隧址区总体地形起伏，未见滑坡，但隧道进…口开挖时易发生崩塌等不良地质现象。

3．6岩土工程地质评价

3．6．1隧址场地稳定性评价

隧址区未见断层，未发现区域性构造或大的断层，历史上也未发生过强震，表明场地具有较好的区域稳定性。

3．6．2围岩分级

3．6．2．1岩土层物理力学统计

岩土层物理力学统计如表l所示。

3．6．2．2围岩分级依据

根据围岩的完整性和坚硬性综合判断围岩特及岩体基本质量指标，现根据实测和试验数据综合分析如下：a)国蚩墼猩廑地渊时在进口进行节理测量和统计，计算岩石体积裂隙率=(9+6+4)／l×1×1=19(条／m)，对照与表得强风化凝灰岩的完整系数=0．35～0．55，取0．45，中风化取0．60，微风化取0．70，隧道出口走向节理玫瑰花图如图l所示：b)围岩的破碎程度根据与定性划分的岩体完整程度的对应关系，得出强风化凝灰岩为较破碎岩体，中风化为较完整岩体，微风化为较完整岩体：c)国堂坚猩廑根据尺与岩石坚硬程度的定性划分的关系，得出微风化～中风化凝灰岩为较坚硬岩、中风化～强风化为较软岩、强风化～全风化为软岩：d)确定单轴饱水抗压强度R值本次勘察对凝灰岩进行了单轴饱水抗压强度试验，强风化岩R=12．0MPa、中风化岩R=55．12MPa、微风化岩R=109．74MPa。

3．6．2.3围岩基本质量指标日p

根据围岩分级因素的定量指标尺值和K值，按下式计算：BQ=90+3R+250Kv使用上式时应遵守下列限制条件：当R>90K+30时，应以R=90K~+30和代人上式计算8Q值：当>0．04R+0．4时，应以K=0．04R+0．4和代入上式计算8Q值。8Q值计算结果如表2所示。

3．6．2．4围岩基本质量指标修正值的确定

围岩基本质量指标修正值的确定方法如下：a)地下水影响修正系数预计本隧道在进出口段会遇到地下水呈线状流出．局部可能有涌水现象。综合分析隧道涌水每延米约0．1m3／d左右，局部可能达0．3m3／d～0．6m3／d。对照地下水影响修正系数K1表，分别取0．25、0．2和0．15；b)结构面产状影响修正系数K：隧道区主要发育有三组节理．共同作用将岩体切割呈三角形或棱形柱体，需修正系数0．2，总计结构面产状影响修正系数K2=0．2；c)初始地应力状态影响修正系数K隧道两端均处于深切沟谷，初始地应力应有所释放．因而两端浅埋段初始地应力较低，据铁路隧道施工经验，本隧道最大埋深为320m左右，在隧道开挖施工过程中产生岩爆的可能性小，本隧道不对初始应力状态影响进行修正，但施工时仍有必要进行超前预报。

3．6．2．5修正后围岩质量指标[BQ】

采用公示[8Q]=BQ一100(K+K+K)进行修正，修正结果如表3所示。

3．6．2．6围岩级别划分

按围岩基本质量指标Q划分围岩表，得出强风化凝灰岩为Ⅳ～V级、中风化为Ⅲ～Ⅳ级、微风化及未风化为Ⅱ～Ⅲ级。对应隧道具体地段及围岩特征如表4所示。

3．6.3隧道出口边坡稳定性评价

隧道出口洞门位于山体斜坡．自然斜坡西倾。坡角为30。～35。，强风化基岩裸露，边坡整体稳定性尚好。由于发育三组节理，将岩体切割成块体，易造成边坡零星掉块，建议开挖时清除松动块体，保持边坡稳定。

3．6．4偏压分析

根据隧道走向，出口段与地形等高线斜交，偏压对隧道略有影响，建议设计时对隧道出口处进行验算以确定是否需要采取相应处理措施。

3．6．5有害气体评价

隧道通过段是凝灰岩体，不含有害气体的矿产，不会产生有毒气体和瓦斯逸出或爆炸的危险。

4结论与建议

4．1结合现场地质调绘、工程物探、声波测井及室内试验，综合分析隧道区各钻孔资料，可以看出隧道区地质条件良好，适宜修建隧道。

4．2根据河北省工程地震勘察研究院大广公路蒙冀界至承德段高速公路《工程场地地震安全性评价报告》．隧道区所在区域的地震动峰值加速度值为0．05g．设计地震分组为第二组，场区地震设防烈度为6度，隧道设防烈度为7度。

4．3该区的地下水主要为基岩裂隙水，岩体含水量少．属于贫水区。本次勘察正逢枯水期，未见地下水。

4．4隧道洞口处围岩类别为V级，无自稳能力；IV级围岩跨度5m以上时，此类围岩一般无白稳能力，开挖时应进行相应的支护处理；Ⅲ级围岩跨度为5m～10mH,~．有一定的自稳能力，局部会发牛块体位移及小、中塌方；Ⅱ级同岩跨度为10m～20m时，可基本稳定，局部发生掉块或小塌方。