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竹山隧道

竹山隧道工程地质勘察报告

一、前言

1.1工程概况

拟建竹山隧道位于谷城至竹溪高速公路第25合同段，是一座分离式隧道。

隧道洞轴线走向方位角约296°。

左幅隧道起讫里程桩号为ZK156+460～ZK157+430，长970m，最大埋深136m；右幅隧道起讫里程桩号为YK156+460～YK157+425，长965m，最大埋深145m。

左右幅进出洞口洞门型式均拟采用削竹式。

1.2勘察方法及完成的勘探工作量

隧址工程地质施工图勘察采用了钻探、物探、工程地质调绘及室内岩土试验等综合勘察方法。

根据设计要求，施工图勘察在隧址进出口布置钻孔6个， 利用滑坡孔1个、挖探2个、深路堑孔2个；布置物探剖面测线10条，以测定隧址围岩弹性纵波速，探测山体有无断层异常带，并配合钻孔划分隧道土石及风化带界线；工程地质调绘采用1：

2000地形图为底图，重点对不良地质体和地层分界线展开调查和测绘，并绘制工程地质平面图。

勘察日期为2010年01月18日～2010年01月31日。

完成实物工作量见表1-1。

1.3工程地质施工图勘察质量控制

本次勘察从外业施工到内业资料整理，均以现行公路行业相关规范、《谷竹高速公路工程地质勘察实施细则》、《工程地质详勘勘察大纲》和设计要求为依据进行质量管理；管理程序上贯彻执行中交二公院QHSE质量健康安全环保体系的各项规定；勘察质量经项目部自检，公司组织检查和院总工办验收勘察质量合格，能够满足设计要求，可用于施工图勘察设计。

二、工程地质条件

2.1地理位置及交通条件

隧址所在地跨越竹山县城关镇莲花村和潘口乡悬鼓洲村，隧道进、出口均有乡村公路经过，路宽约2.5m，交通条件较为便利。

2.2气象、水文

2.2.1气象

隧道所处区域为亚热带季风气候区，气候温和，四季分明，光热充足，雨量充沛，春夏雨热同步，秋冬阳光互补，气温多年均值摄氏9~16℃，极端气温最高43.4℃，极端最低气温-17.6℃。

日照时间长，年平均日照1890小时，严寒期短、无霜期长，年无霜期一般在230天左右。

本区降水多集中在夏季，冬季雨量最少，年平均雨量920毫米左右，年最大为1750毫米，年最小为470毫米。

本区风向六、七月份多为东南风，其余月份多为北风或偏北风，年平均风速1.5～2.1米/秒，最大风速为27米/秒，最大风力可达九级。

总的气候条件对项目建设影响不大，但受海拔高度、坡向等地形地貌因素影响，区内山地小气候具多样性，夏季灾害性天气较多，常有干旱、暴雨-强降雨出现，其中暴雨-强降雨，可引发山体滑坡、崩塌等地质灾害，这是设计施工时应引起注意的。

2.2.2水文

隧道进洞口坡脚下沟谷中见地表溪流，水量小，基本可忽略。

离进洞口约300m处发育一水塘，直径约30m，水深约2.0m。

出洞口下方边坡谷地中可见裂隙水流，流量较小。

根据水文点观察，结合地形地貌，岩性和构造条件判断：

地下水不甚发育，主要以裂隙水为主，钻孔未揭露到地下水位。

地下水的补给主要靠大气降雨补给，雨季期间地下水的排泄方式主要通过裂隙水、泉等方式向坡脚排泄。

完成实物工作量表表1-1

项目

单位

数量

附注

测量

勘探点坐标测量

点/次

6/12

钻孔，放点6次，收点6次

工程地质调绘

比例尺1:

2000

km2

0.41

半仪器法，路中线两侧各200m范围

钻探

钻孔

m/孔

146.9/6

机械钻探，泥浆护壁,全取芯

取样

原位测试

原状土样

个

/

扰动土试样

个

8

岩石试样

组

60

动探（SPT）

次

8

标贯试验

次

/

室内

试验

土的物理性试验

组

2

筛分法

个

7

岩石密度试验

个

5

岩石饱和抗压试验

组

5

钻孔地下水位观测

孔/次

6/12

初见水位6次、静止水位6次

物探

震探测线

Km/排

2.76/24

2.3地形地貌

隧道区属构造剥蚀侵蚀低山地貌，海拔高程一般约为317~460m，拟建隧道近似垂向穿越一座山体，沿线地形整体起伏较大。

隧道进洞口所在斜坡坡角约25～35º，坡面植被发育，基岩多处出露，坡脚为一沟谷。

出洞口所在斜坡坡角约15～20º，出洞口下方冲沟内见多级人工梯田，为水稻地。

进出洞口坡面植被茂密。

隧道进口上方ZK156+600～ZK156+910段与竹山隧道进口古滑坡H5相交，隧道出口上方ZK157+160～ZK157+360段与竹山隧道出口古滑坡H6线位相交，两滑坡周边地貌呈圈椅状。

2.4地层岩性

根据地质调绘及钻探、物探等勘察手段得出，隧址区地层为碎石土及强风化、弱风化绢云母片岩，岩性特征见表2-1。

2.5地质构造

根据区域地质资料，合同段内区域断层、褶皱构造发育。

由于受多期构造作用的影响剥蚀严重。

区域性的断裂为竹山断裂（F1），呈北西向展布，为北大巴山褶皱束和武当山复背斜的分界断裂，北西延至陕西安康，区内长约130km，倾向北东，倾角20～70°。

断裂带内发育挤压片理和构造透镜体，区域上沿断裂可见断层崖、断层三角面等断层地貌，但隧址区未见该断裂出露。

据物探揭露，F19断层于ZK156+780、YK156+780处与线位相交，倾向约300°，倾角约40～70°。

断层破碎带宽约50m，岩体极破碎。

F20断层于ZK157+040、YK157+100处与线位相交，倾向约280°，倾角约55～85°。

断层破碎带宽约60m，岩体极破碎。

隧道岩层倾向沿线变化不大，岩性为绢云母片岩，进洞口地层产状为347º∠30º、洞身为10º∠32º、出洞口为2º∠31º，岩层倾角逐渐变缓。

地层岩性特征表表2-1

系

统、组

符号

成因

层号

岩性特征

揭露最大厚度（m）

第

四

系

全

新

统

Q4

dl+el

①

碎石土:

褐黄色，稍密～中密，稍湿，碎石成份为绢云母片岩，含量约55%，粘性土充填。

6.5

寒武系中下统、志留系下统梅子垭组

∈2-3、S1m

区域变质岩

②

强风化绢云母片岩

灰绿色、浅灰色，母岩结构大部分已被破坏，构造不清晰，节理裂隙极发育，岩体极破碎，矿物成份大多已变异，岩芯多呈砂砾状，少量碎石状，原岩遇水极软化，属软质岩。

17.6

③

中风化绢云母片岩

灰色、灰绿色，变晶结构、片状构造，主要矿物为绢云母、长石、石英等，岩面微显绢丝光泽，节理裂隙发育，岩芯多呈碎石、碎块状及薄饼状，少量短柱状、柱状，岩体极破碎～破碎。

RQD值0%～43%。

26.7

2.6地震烈度

根据国家《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）中抗震设计基本要求附录A的规定，该地区抗震设防基本烈度为Ⅶ度。

设计基本地震加速度值为0.10g。

设计地震分组为第二组，设计特征周期为0.25s。

按照公路工程抗震设计规范并结合本区区域构造条件相对较差的特点，高速公路隧道应提高1度设防。

三、岩土体工程地质特征及围岩等级划分

3.1土体的工程地质特征

第①层，碎石土：

该层于隧道沿线表层分布，一般厚度较薄，局部沟谷处稍厚，工程地质性质较差。

第②层，强风化绢云母片岩：

于隧道上，厚度较大，于进洞口较厚，为软质岩，岩体极破碎，岩体工程地质性质一般。

第③层，中风化绢云母片岩：

该层为主要的隧道围岩，岩体极破碎～破碎，为软质岩，岩体工程地质性质较好。

3.2隧道围岩分级

本隧道围岩分级采用现行《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004），以BQ/[BQ]值为标准进行分级，同时结合地质调绘、岩土体试验、震探提供的围岩弹性纵波速等对围岩进行分级并综合评价。

隧道单轴抗压试验成果见表3-1。

岩石试验统计表表3-1

岩石名称

统计指标

饱和极限抗压强度

（MP）

弱风化

绢云母片岩

样本数

5

最大值

26.5

最小值

12.5

平均值

18.2

3.3设计参数取值建议

为满足隧道设计需要，结合本隧道围岩工程地质条件特征，根据《公路隧道设计规范》（JTJD70-2004），本区岩体饱和抗压强度实测指标采取统计平均值，并对围岩基本之质量指标修正，得出主要设计参数见表3-2～3-3所列。

竹山隧道左线围岩级别划分表表3-1

起讫

桩号

分段

长度

m

围岩

名称

饱和

抗压

强度

Rc

MPa

岩体

完整

系数

Kv

围岩

基本

质量

指标

[BQ]

确定

围岩

级别

岩体

纵波速

Vp

m/s

影响因素状态

或关系说明

ZK156+460～ZK156+660

200

碎石土、强风化绢云母片岩

12.5

0.18

＜250

Ⅴ

400～4520

雨淋状出水

岩体极破碎

ZK156+660～ZK156+722

62

弱风化绢云母片岩

18.2

0.59

293/[253]

Ⅳ

4060～4630

点滴状出水

岩体较破碎

K1=0.2,K2=0.2

ZK156+722～ZK156+778

56

强风化绢云母片岩

12.5

0.33

＜250

Ⅴ

2730～3320

雨淋状出水

岩体极破碎

ZK156+778～ZK156+820

42

弱风化绢云母片岩

18.2

0.59

293/[253]

Ⅳ

4060～4630

点滴状出水

岩体较破碎

K1=0.2,K2=0.2

ZK156+820～

ZK157+000

180

弱风化绢云母片岩

26.5

0.82

376/[356]

Ⅲ

4060～4630

点滴状出水

岩体较完整

K1=0.1,K2=0.1

ZK157+000～

ZK157+037

37

弱风化绢云母片岩

18.2

0.59

293/[253]

Ⅳ

4060～4630

点滴状出水

岩体较破碎

K1=0.2,K2=0.2

ZK157+037～

ZK157+092

55

强风化绢云母片岩

12.5

0.33

＜250

Ⅴ

2900～3200

雨淋状出水

岩体极破碎

ZK157+092～

ZK157+140

48

弱风化绢云母片岩

18.2

0.59

293/[253]

Ⅳ

4060～4630

点滴状出水

岩体较破碎

K1=0.2,K2=0.2

ZK157+140～

ZK157+240

100

弱风化绢云母片岩

26.5

0.82

376/[356]

Ⅲ

4060～4630

点滴状出水

岩体较完整

K1=0.1,K2=0.1

ZK157+240～

ZK157+404

164

弱风化绢云母片岩

18.2

0.59

293/[253]

Ⅳ

4060～4630

点滴状出水

岩体较破碎

K1=0.2,K2=0.2

ZK157+404～

ZK157+430

26

强风化绢云母片岩

16.6

0.30

＜250

Ⅴ

1160～2850

雨淋状出水

岩体极破碎

竹山隧道右线围岩级别划分表表3-2

起讫

桩号

分段

长度

m

围岩

名称

饱和

抗压

强度

Rc

MPa

岩体

完整

系数

Kv

围岩

基本

质量

指标

[BQ]

确定

围岩

级别

岩体

纵波速

Vp

m/s

影响因素状态

或关系说明

YK156+460～YK156+680

220

碎石土、强风化绢云母片岩

12.5

0.18

＜250

Ⅴ

500～4870

雨淋状出水

岩体极破碎

YK156+680～YK156+768

88

弱风化绢云母片岩

18.2

0.59

293/[253]

Ⅳ

4150～4870

点滴状出水

岩体较破碎

K1=0.2,K2=0.2

YK156+768～YK156+822

54

强风化绢云母片岩

12.5

0.33

＜250

Ⅴ

2860～3450

雨淋状出水

岩体极破碎

YK156+822～YK156+860

38

弱风化绢云母片岩

18.2

0.59

293/[253]

Ⅳ

4150～4870

点滴状出水

岩体较破碎

K1=0.2,K2=0.2

YK156+860～

YK157+044

184

弱风化绢云母片岩

26.5

0.82

376/[356]

Ⅲ

4150～4870

点滴状出水

岩体较完整

K1=0.1,K2=0.1

YK157+044～

YK157+082

38

弱风化绢云母片岩

18.2

0.59

293/[253]

Ⅳ

4150～4870

点滴状出水

岩体较破碎

K1=0.2,K2=0.2

YK157+082～

YK157+144

62

强风化绢云母片岩

12.5

0.33

＜250

Ⅴ

2650～3370

雨淋状出水

岩体极破碎

YK157+144～

YK157+180

36

弱风化绢云母片岩

18.2

0.59

293/[253]

Ⅳ

4150～4870

点滴状出水

岩体较破碎

K1=0.2,K2=0.2

YK157+180～

YK157+260

80

弱风化绢云母片岩

26.5

0.82

376/[356]

Ⅲ

4150～4870

点滴状出水

岩体较完整

K1=0.1,K2=0.1

YK157+260～

YK157+380

120

弱风化绢云母片岩

18.6

0.64

305/[265]

Ⅳ

4150～4870

点滴状出水

岩体较破碎

K1=0.2,K2=0.2

YK157+380～

YK157+425

45

强风化绢云母片岩

14.7

0.33

＜250

Ⅴ

1130～2970

雨淋状出水

岩体极破碎

四、隧道进、出口工程地质评价

4.1隧道进、出洞口斜坡稳定性评价

隧道进洞口所在斜坡坡角为32～46º，坡向为111°，岩层产状347º∠30º，坡向和岩层倾向组合关系为逆向坡，有利于边坡稳定。

出露基岩节理裂隙极发育，主要发育两组节理：

J1，312º∠65º，结构面闭合，延伸长度2～4m，密度2条/m，面平直光滑；J2，22º∠68º，张开1～3cm，延伸长度1～2m，密度3条/m，结构面起伏粗糙。

由图1可看出节理面J1、J2与坡向的组合关系为顺向坡或横向坡，有利于边坡稳定。

综上所述，岩体结构面与坡向的组合关系有利于边坡稳定。

进洞口仰坡岩层多为稍～中密状碎石土和强风化片岩，结构松散且节理裂隙极发育，成洞条件较差。

洞口削坡处理不当易诱发新的浅层滑坡、崩塌不良地质现象。

根据钻探、物探和地表地质调查，进洞口上方约200m发育有“ZK156+700竹山古滑坡H5”，与线位交于ZK156+600～ZK156+910段。

该滑坡为古滑坡，目前古滑坡自然山体未见明显的变形破坏特征，自然山体处于极限平衡状态。

H5滑坡平面纵长约450m，横宽处约140～170m。

后缘高程469m左右，前缘高程327m左右，地形高差102m，主滑方向约88°。

经稳定性验算推测滑体主要为强风化绢云母片岩，由于受断层F19构造影响，岩体极破碎且岩质较软，平均厚约25.4m，体积约169万立方米，属大型滑坡。

图1隧道出口结构面节理赤平投影图2隧道出口结构面节理赤平投影

隧道出洞口所在斜坡坡角为约22～36º，坡向为300°，岩层产状2º∠31º，坡向和岩层倾向组合关系为大角度相交顺向坡，较不利于边坡稳定。

出露基岩节理裂隙极发育，主要发育两组节理：

J1，220º∠42º，结构面微张，延伸长度2～3m，密度2条/m；J2，270º∠85º，张开3～5cm，密度3条/m，结构面较粗糙。

由图2可看出，节理面J1与坡向的组合关系为横向坡，有利于边坡稳定；节理面J2与坡向的组合关系为顺向坡，不利于边坡稳定。

综上所述，岩体结构面与坡向的组合关系较不利于边坡稳定。

据钻探、物探勘测，出洞口边坡覆盖层、强风化层厚约4～10m，结构较松散，开挖后自稳性差；下伏弱风化层岩体工程地质性质较好，开挖后自稳性相对较好。

根据地质调绘及物探勘察，出洞口上方约50m发育有“竹山隧道出口滑坡H6”，与线位交于ZK157+160～ZK157+360段。

该滑坡目前自然山体未见明显的变形破坏特征，自然山体处于极限平衡状态。

该滑坡主滑方向与隧道走向夹角约30º，由于该段隧道埋藏较深，滑坡H6对隧道开挖影响较小。

进出洞口地层主要为强风化片岩层，洞口仰坡挖方量较小，可直接剥除，两侧边坡开挖时应从上方减载削坡，削坡后的边坡坡率：

残积层可采用1：

1.5，强风化地层可采用1：

1，宜采用浆砌片石防护。

4.2洞口位置选择

进口位置主要为逆向坡，仰坡地层主要为强风化层，部分为碎石土，岩体节理裂隙极发育，成洞条件较差，但往大桩号方向受ZK156+700竹山古滑坡H5的影响程度增大，故现拟设计隧道进洞口位置基本合理。

隧道出口仰坡主要为强风化层，部分为碎石土，节理裂隙极发育，岩体片理发育，工程地质性质和围岩自稳能力较差。

现设计出洞口处于与线位近于垂向相交的冲沟沟口，易成为地表汇水的排水通道，同时也给隧道排水造成一定的不便，但如果提高隧道底板设计标高，隧道围岩受竹山隧道出口滑坡H6的影响程度又增加，故建议出洞口位置采用现设计方案，并对隧道出洞口边坡采取良好的截排水措施及加强隧道排水措施。

～K97+060\着形五、隧道洞身工程地质评价

本隧道方案共划分11个围岩段，围岩级别Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ。

各围岩段工程地质评价及工程建议如下：

（1）ZK156+460～ZK156+660、ZK157+404～ZK157+430、YK156+460～YK156+680、YK157+380～YK157+425段：

该段Ⅴ级围岩，地层主要为强风化绢云母片岩，岩体极破碎，工程地质性质较差，围岩自稳能力较差，拱顶易坍塌。

雨季或强降雨时洞内地下水出水状态为淋雨或滴水状出水。

可采用台阶法开挖，辅以管棚超前支护，采用新奥法施工。

（2）ZK156+722～ZK156+778、ZK157+037～ZK157+092、YK156+768～YK156+822、YK157+082～YK157+144段：

该段Ⅴ级围岩，地层主要为强风化绢云母片岩，岩体极破碎，工程地质性质差，洞内一般点滴状出水，雨季或强降雨时洞内有淋雨状出水。

建议采用台阶法开挖，新奥法施工。

（3）ZK156+660～ZK156+722、ZK156+778～ZK156+820、ZK157+000～ZK157+037、ZK157+092～ZK157+140、ZK157+240～ZK157+404、YK156+680～YK156+768、YK156+822～YK156+860、YK157+044～YK157+082、YK157+144～YK157+180、YK157+260～YK157+380段：

该段Ⅳ级围岩，地层主要为弱风化绢云母片岩，岩体较破碎。

洞内一般点滴状出水，雨季或强降雨时洞内有淋雨状出水。

建议采用台阶法开挖，新奥法施工。

（4）ZK156+820～ZK157+000、ZK157+140～ZK157+240、YK156+860～YK157+044、YK157+180～YK157+260段：

该段为Ⅲ级围岩，地层主要为弱风化绢云母片岩，岩体较完整，工程地质性质较好。

洞内一般点滴状出水。

建议采用台阶法开挖，新奥法施工。

六、不良地质

根据钻探、物探和地表地质调查，本隧道不良地质现象发育，于进出洞口共发育两个较大的古滑坡。

6.1进洞口不良地质

进洞口上方约200m发育有“ZK156+700竹山古滑坡H5”，与线位交于ZK156+600～ZK156+910段。

该滑坡为古滑坡，目前古滑坡自然山体未见明显的变形破坏特征，自然山体处于极限平衡状态。

H5滑坡在空间上呈圈椅状，平面纵长约450m，横宽处约140～170m。

后缘高程469m左右，前缘高程327m左右，地形高差102m，主滑方向约88°。

经稳定性验算推测滑体主要为强风化绢云母片岩，由于受断层F19构造影响，岩体极破碎且质较软，平均厚约25.4m，体积约169万立方米，属大型滑坡。

滑坡体上多为人工种植的庄稼及杂草，仅后缘松树发育较茂盛。

目前坡体两侧及坡顶灌木林立，无“醉汉林”，也未见明显的活动迹象。

该滑坡目前在天然状态下处于基本稳定状态；在自重+暴雨（饱和状态）条件下处于欠稳定状态，对高速公路有潜在的安全隐患。

建议施工中尽量不要扰动H5滑坡坡脚，并对滑体进行清表处理，对滑坡周边及隧道进洞口边坡采取完善的截排水措施。

该滑坡的详细资料见“ZK156+700竹山古滑坡”工程地质勘察报告。

6.2出洞口不良地质

据钻探、物探勘测，出洞口边坡覆盖层、强风化层厚约4～10m，结构较松散，开挖后自稳性差；下伏弱风化层岩体工程地质性质较好，开挖后自稳性相对较好。

根据地质调绘及物探勘察，出洞口上方约50m发育有“竹山隧道出口古滑坡H6”，与线位交于ZK157+160～ZK157+360段。

该滑坡目前自然山体未见明显的变形破坏特征，自然山体处于极限平衡状态。

该滑坡前后缘横宽约90～110m，纵长约180m，据物探推测，坡体松散～稍密状碎石土厚约4～6m，易跨塌；强风化层厚约4～12m，节理裂隙极发育，岩质偏软，自稳性也较差；下伏弱风化层自稳性较好。

由于隧道围岩顶板上部弱风化层埋深约20～50m，故滑坡对隧道洞身围岩段开挖后的稳定性影响较小。

该滑坡主滑方向与隧道走向夹角约30º，失稳后堆积于隧道右方的沟谷中，滑坡土方不会直接对隧道出洞口造成冲刷、淹埋影响，建议施工中尽量不要扰动H6滑坡的坡脚，同时对滑坡周边及隧道出洞口边坡采取完善的截排水措施。

七、隧道涌水量预测

该隧道为中隧道，根据地表调查，地下水未见出露。

隧道区主要接受大气降雨的垂直补给，总体水量较丰富。

地下水主要接受大气降雨的垂直补给，按照隧道涌水量分类标准（参见新版《铁路工程地质手册》），进出口Ⅴ级围岩范围内，由于岩体极破碎，雨水会沿裂隙下渗，出现淋雨状，当岩体较完整时，出水状态属于渗滴涌水。

本次涌水量估算方法采取极限状态下（多年日最大降水量）降水入渗法：

Q=a×F×P

式中:

Q—涌水量，m3/d

α—降水渗入系数：

根据本区情况，取α=0.25

W—年降水量,取1750mm

A—隧道通过含水体的地下集水面积（Km2），根据1：

2000地形图量测

左、右幅隧道涌水量预测如表6—1所示。

按照隧道涌水量分类标准（参见新版《铁路工程地质手册》），当涌水量〈100m3/d时，属渗滴涌水,当涌水量>100m3/d时,属小涌水，因此，本隧道洞身段涌水量接近100m3/d，有可能发生小涌水，说明地下水对隧道洞身有一定的影响。

隧道涌水量预测表6-1

起讫桩号

ZK156+460～ZK156+580

YK156+460～YK156+580

ZK156+580～ZK157+040

YK156+580～YK157+060

ZK157+040～ZK157+430

YK157+060～YK157+425

长度

左幅120m右幅120m

左幅460m、右幅460m

左幅390m、右幅365m

参数选用

a=25%、P=1750mm

a=25%、P=1750mm

a=25%、P=1750mm

汇水面积

F=6502m2

F=78800m2

F=57100m2

涌水量

估算

7.8/（m3／d）