沪蓉国道主干线湖北省宜昌至恩施公路白氏坪榔坪段详勘扁担垭隧道工程地质勘察说明书精品文档10页.docx
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沪蓉国道主干线湖北省宜昌至恩施公路
白氏坪～榔坪段扁担垭隧道详细工程地质勘察说明书
1前言
扁担垭隧道进口位于宜昌市长阳县高家堰镇流溪村，出口位于高家堰镇车沟村，设计为分离式隧道，呈近东西向展布，右幅全长3360m（YK42+588～YK45+948）,纵向坡比2.48%，左幅全长3334m（ZK42+638～ZK45+972），纵向坡比2.48%，最大埋深约643m。
受湖北省交通规划设计院的委托,长江委三峡勘测研究院于2003年9月-2004年3月采用钻探、地调、物探、原位测试、室内试验等手段对夹活岩隧道进行了工程地质详细勘察工作，具体完成的勘察工作量见表1-1。
表1-1扁担垭隧道实物工作量统计一览表
项目
单位
工作量
备注
地质调绘
Km2
2.38
1:
2000
地质测绘
Km2
0.20
1:
500
钻探
m/孔
1212.04/11
取样
组
212
标准贯入试验
次
N63.5自由落锤
动力触探试验
次
18
N63.5自由落锤
压水试验
段
34
水位观测
孔次
11
声波测试
m/孔
460.6
大地电磁
米
8740
轴线
电测深法
米
400
横剖
地震勘探
米
710
轴线
面波勘探
点
5
通过本次勘察，基本查明了隧道的工程地质条件与不良地质问题，综合所有勘察成果对隧道进行了围岩分类与工程地质评价。
所提夹活岩隧道工程地质勘察成果可以作为隧道设计的地质依据。
2工程地质条件
2.1地形地貌
隧道穿越流溪和丹水干流分水岭，地处构造溶蚀～侵蚀低山地区，地面标高355～995m之间，最大相对切割深度640m。
隧道进口位于流溪河源头左岸，地形上表现为高陡边坡，植被较发育；出口段为沿溪右岸坡，地形坡度较陡。
2.2地质构造
隧道区位于长阳复背斜次级背斜核部偏北翼，隧道轴线与背斜轴线近乎一致，进口段岩层倾向330°～350°，倾角30°～40°；出口段岩层倾向5°～20°，倾角30°～45°，由于隧道轴线成弧形弯曲，其与岩层走向夹角变化较大。
据地调、物探等工作揭示，扁担垭隧道洞身段共发育3条规模较大的断层，依次位于桩号ZK42+865.20（YK42+907.80）、ZK44+033.50（YK44+017.30）、ZK45+577.30（YK45+605），此3条断层性状大体一致，走向NE，倾向NW，倾角70～80°，为正断层。
隧道沿线发育的裂隙主要由三组：
①NNE组，裂隙走向NNE，倾向NW，倾角75°～80°，长度一般大于60m，沿其在地表一般形成溶槽；②NNW组，裂隙走向NNW，倾向NE，倾角80°左右，长度一般40～60m，沿其见有溶蚀现象；③EW向组，走向近东西，倾向N，倾角80°左右，该组裂隙一般短小，大多呈闭合状，偶而沿其见有溶蚀现象。
2.3地层岩性
根据地质调绘、物探、钻探资料，隧道区主要出露第四系，寒武系下统石龙洞组、天河板组、石牌组、水井沱组、岩家河组，震旦系上统灯影组地层。
现按由新至老顺序对各地层特征分述如下：
2.3.1 第四系覆盖层
残坡积（Qel+dl）层：
主要分布于山体表层，厚度一般小于0.5m，局部坎脚有堆积较厚，主要为黄褐色碎石土，碎石成分以灰岩，白云岩为主，另有少量砂岩等。
碎石一般呈棱角状-次棱角状，块径一般为5-8cm；碎块石之间充填物为粘土，结构松散。
推荐极限摩阻力τi=30kPa，承载力〔σ0〕＝120kPa。
崩坡积（Qcol+dl）层：
主要分布于隧道进口边坡上，厚5.0～15.0m，为碎块石夹土，其中碎石成分为灰岩及白云岩，砾径一般3～6cm；土为粉质粘土。
碎石土整体结构较为松散。
2.3.2 基岩
石龙洞组（∈1sl）：
灰色厚层灰岩夹少量泥质条带灰岩。
表层强风化带厚3～6m，溶蚀风化较强烈，地表溶沟、溶槽发育，岩体完整性差；上部弱风化带厚4.35～8.50m，溶蚀风化较弱，除局部沿层面、裂隙等结构面溶蚀较强烈外，岩体较完整，岩石强度较高；下部微新岩体，岩石新鲜，岩体完整，强度高。
天河板组（∈1t）：
灰色薄层至中厚层泥质条带灰岩夹少量钙质页岩。
表层强风化带厚3.00～6.00m，溶蚀风化较强烈，地表溶沟、溶槽发育，完整性差；上部弱风化带厚4.00～10.00m，溶蚀风化较弱，除局部沿层面、裂隙等结构面溶蚀较强烈外，岩体较完整，岩石强度较高；上部微新岩体，岩石新鲜，岩体完整，强度高。
石牌组（∈1sh）：
灰绿色粉砂质页岩夹粉细砂岩，西段夹少量灰岩。
表层强风化带厚约10.00m，风化较强烈，岩体中节理、裂隙结构面发育，完整性较差；上部弱风化带厚10.00～20.00m，风化较弱，岩体较完整；下部微风化带岩石新鲜，岩体完整，强度较高。
水井沱组（∈1s）：
下段为灰黑色炭质页岩、硅质页岩；中段为灰黑色炭质灰岩夹炭质页岩；上段为灰黑色炭质灰岩。
表层强风化带厚10.00～20.00m，风化较强烈，岩体中节理、裂隙结构面发育，完整性较差；上部弱风化带厚10.00～30.00m，风化较弱，岩体较完整，岩石强度较高；下部微新岩体岩石新鲜，岩体完整，强度高。
岩家河组（∈1y）：
黑色炭质页岩与薄层白云岩互层。
上部强风化带厚5～10m，风化较强烈，岩体完整性较差，岩性软弱；下部弱风化带厚5～10m，风化较弱，岩体较完整，岩性较软弱。
灯影组（Z2dn）：
灰白色中厚至巨厚层白云岩，局部夹隧石条带。
表层强风化带厚5～7m，风化较强烈，岩体中节理、裂隙结构面发育，完整性较差；上部弱风化带厚5～10m，风化较弱，岩体较完整；下部微新岩体岩石新鲜，岩体完整，强度高。
2.4岩溶
隧道在桩号K44＋700至K45＋600的洞室围岩为石排族组砂、页岩，其余洞段洞室围岩为碳酸盐类岩石。
碳酸盐岩受构造破坏后，均有不同程度的溶蚀，就其岩层特性看，水井沱组（∈1s）下段以炭质页岩为主，为非可溶岩体，上段为炭质灰岩，为弱岩溶化岩体；天河板组（∈1t）、石龙洞组（∈1sl）层厚质纯，岩溶较为发育，地表多有溶沟溶槽分布。
由小口径钻探可以看出，BDYY5孔在高程480.05～480.55m段见一粘土充填的岩溶洞穴，其余主要是沿裂隙及层面形成的溶隙及溶蚀孔洞。
2.5水文地质条件
2.5.1地表水
扁担垭隧道穿越流溪和丹水之间的分水岭，山体地面冲沟较发育。
其中丹水为一山间常年性河流，宽约30～40m，水量随季节变化很大，调查表明其最高洪水位要远低于隧道出口高程，对隧道建设没有影响。
流溪为丹水次级支流，流量受降水影响明显。
2.5.2地下水
⑴岩层的透水性
隧道围岩按其渗透性可分为三大类：
①隔水层，石牌组粉砂质页岩、石龙洞组近顶部页岩；②弱岩溶、弱透水层，包括上峰尖组含泥质白云岩、泥质白云岩、天河板组泥质条带灰岩和水井沱组炭质灰岩；③强岩溶、强透水层，包括红溪组平善坝组灰岩、三游洞组白云岩、黑石沟组灰岩和石龙洞组白云质灰岩。
⑵地下水类型
区内地下水主要有：
①孔隙水、基岩隙水和岩溶洞隙水三类。
其中孔隙水主要分布于第四系覆盖层中，接收大气补给后，向地势低洼或沿基岩裂隙向下排泄。
该类地下水对洞室涌水无直接影响；②基岩裂隙水主要赋存于弱岩溶、弱透水岩层的层面、裂隙等结构面中。
在隧道围岩中，由于深部岩体新鲜完整，结构面多呈闭合状态，此类地下水水量小，洞室开挖过程中一般表现为渗、滴水现象；③岩溶洞、隙水主要赋存于强岩溶、强透水岩层和断层破碎带中，由于地下岩溶管道系统连通性多较好，故水量大，是形成洞室突水涌泥的主要原因。
⑶地下水的补、径、排条件
由于石牌组（∈1sh）页岩隔水岩体的分布：
隧道区被分为两个水文地质单元：
一是天沟板（∈1t）至三游洞组（∈3sh）潜水含水系统；一是水井沱组（∈1s）弱承压含水系统。
潜水含水系统接受大气降水补给后，以地下径流的形式排向丹水，地下水循环强烈，并形成风洞地下暗河系统，由于该地下暗河系统与隧道斜交，隧道施工时有可能因揭露该暗河系统而形成较强的突水、涌泥现象。
弱承压含水系统接受大气降水补给后，以地下径流的方式排向丹水。
根据区域岩溶水文地质条件分析，不存在外围地下水补给所产生的强烈涌水。
2.5.3地表水、地下水水化学特征
地表水为HCO3-Ca型，PH值，呈弱碱性，总硬度为8.7德国度，属微硬水，固形物（矿化度）为161.1mg/L，侵性CO2为mg/L，SO4含量约16.2%（mg/L）。
地下水水型为HCO3-Ca：
Mg型，PH值，呈弱碱性，总硬度为8.7德国度，属微硬水，固形物（矿化度）为161.1mg/L，侵性CO2为mg/L，SO4含量约16.2%（mg/L）。
根据规范提供的水质侵蚀性评价标准，上述水质对混凝土及钢构无侵蚀性。
2.6隧道涌水量预测
2.6.1水文地质试验及水文地质参数选取
（1）钻孔地下水位
夹活岩隧道钻孔稳定地下水位统计算表2－1。
表2－1钻孔稳定地下水位统计
钻孔编号
桩号
水位埋深（m）
水位高程（m）
水位分层
水位距洞室底板距离（m）
BDY6
YK43+160（Y20m）
95.16
632
∈1s
238
BDY7
YK44+887.8（Y3.96m）
98.98
678
∈1t～∈1sl
240
BDY8
YK45+366.3（Z11m）
99.33
560
∈1t～∈1sl
112
BDY9
YK45+900（Y8m）
453.64
∈1t～∈1sl
BDY12
YK45+740（Z8m）
450.05
∈1t～∈1sl
（2）水文地质试验
本隧道洞段在6、7、8、12四个孔中共做压水试验46段，根据上述试验结果，结合隧道区地层的岩溶水文地质特征，并类比其它工程，求得各地层渗透水数K值见表。
统计分析成果见表2－2。
表2－2压水试验成果统计
岩性
钻孔编号
压水试验成果（Lu）
ω范围（L/min.m.m）
渗透系数K（m/d）
∈1sl
BDY7
17.7、18.4
0.17～0.18
1.6
∈1t
BDY7
24.9、12.9、30.0、29.8
0.13～0.30
1.0
∈1sh
BDY7
29.6、29.8、31.8、26.8、12.1、7.5、7.6
0.0～0.32
0
∈1sh
8.1、0、0、0、0、0
BDY8
1.1、1.7、2.5、1.3、2.8
构造岩
2.6.2涌水量计算
⑴地下径流模数法
Q=M·ΣF=10691.208m3/d=0.124m3/s
Q～隧道通过含水地段的正常涌水量（m3/d）
M～平均地下径流模数（m3/d·km2）采用《区域水文地质普查报告》，相应值为2699.8m3/d·km2
F～隧道通过含水体地段的集水面积3.1×1.2=3.96km2
⑵水均衡法
Q=
Q～隧道涌水量（m3/d）
F～集水面积（km2），取3.1×1.2=3.96km2
A～降雨量（mm）
α～大气降水渗入系数，本隧道综合考虑取0.4
T～渗流时间，降水入渗至洞室的时间，一般取2
①A取多年月最大降水量的日均降水量20.97mm
Q1=
=16608.24m3/d=0.192m3/s
②A取多年平均降水量的日均降水量1838.16/360=5.1mm
Q2=
=4039.20m3/d=0.047m3/s
⑶地下水动力学计算方法
采用隧道工程地质问题分析与评价推荐的计算公式进行单位长度隧道正常涌水量计算
q0=
式中，q0～单位长度隧道正常涌水量（m3/d）
K～渗透系数（m/d）
H1～从隧道底板算起含水层厚度（m）
R～影响半径（m），R=2H1
r～隧道半径（m），取4.9m
θ=α+
，取2.35
计算所采用的地质概化模型见图2-1，计算结果见表2-3。
图2-1隧道涌水地质模型概化图
2.6.3隧道涌水量预测评价
上述三种计算方法中，第⑴、⑵种为概化计算，第⑶种为解析计算。
地下径流模数法和水均衡法中②的计算结果，反映的是区域性岩溶水文地质条件下的“平均”稳定涌水量，水均衡法中①的计算结果反映的是丰水期最大涌水量，计算结果表明隧道正常涌水量为4039.20m3/d（0.047m3/s）～10691.208m3/d（0.124m3/s）。
最大涌水量为16608.24m3/d（0.192m3/s）。
解析计算结果反映的是正常情况下区域水文地质条件下的隧洞涌水量，不仅包含有降水入渗产生的涌水量，也包括地下径流形成的涌水量。
因此大于仅考虑降水入渗水均衡法的涌水量。
计算结果表明，隧洞正常涌水量为39052.8m3/d（0.452m3/s）。
表2-3扁担垭隧洞涌水量计算表
工点名称
起止桩号
长度
岩性
水位距底板距离H
深透系数K（m/d）
θ
单位长度涌水量q0（m3/d）
分段涌水量Q0（m3/d）
平均值m3/s
m
左
洞
ZK42+649.1～ZK42+668.7
19.6
强卸荷带
10
1
2.356
9.42
184.70
0.452
ZK42+668.7～ZK43+182.0
513.3
Z2dn
50
0.5
2.356
13.03
6687.01
ZK43+182.0～ZK43+340.1
141
∈1y
120
0.3
2.356
15.27
2152.78
ZK43+323.0～ZK44+734
1411
∈1s
220
0.1
2.356
8.77
12381.12
ZK44+734～ZK45+604.7
870.7
∈1sh
240
0
2.356
0.00
0.00
ZK45+604.7～ZK45+774.9
170.2
∈1t
100
0.8
2.356
32.68
5562.34
ZK45+774.9～ZK45+954.0
179.1
∈1sl
80
1.6
2.356
52.19
9346.35
ZK45+954～ZK45+975
21
强卸荷带
15
1.6
2.356
17.01
357.18
0.452
小计
3325.9
36671.48
右
洞
YK42+604.6～YK42+614.5
9.9
强卸荷带
10
1
2.356
9.42
93.29
YK42+614.5～YK43+209.7
529.5
Z2dn
100
0.5
2.356
21.27
11264.09
YK43+209.7～YK43+370.8
128
∈1y
120
0.3
2.356
15.27
1954.29
YK43+370.8～YK44+573.7
1301.7
∈1s
240
0.1
2.356
9.37
12196.99
YK44+573.7～YK45+600.1
1026.4
∈1sh
240
0
2.356
0.00
0.00
YK45+600.1～YK45+746.9
112.9
∈1t
120
0.8
2.356
37.48
4231.51
YK45+746.9～YK45+931.3
218.3
∈1sl
80
1.6
2.356
52.19
11392.00
YK45+931.3～YK45+945.0
13.7
强卸荷带
15
1.6
2.356
17.01
233.02
小计
3340.4
41365.19
2.7地震及区域稳定性
根据中国地震局《沪蓉线宜昌-恩施高速公路工程场地地震安全性评价报告》，隧道区隶属我国大陆地震活动较弱的华中地震区江汉地震带内的秭归-渔洋关地震亚带，该带地震活动微弱，历史上无中强地震记载，地震基本烈度为Ⅵ度，该隧道属重要工程，抗震设计时应按Ⅶ度设防。
2.8不良地质现象
隧道区主要不良地质现象有石牌组砂页岩和水井沱组炭质页岩等软成洞问题、震旦系灯影灰岩成洞问题及强岩溶洞段岩层中突水涌泥问题。
以左洞为例，对上述不良地质问题分别加以叙述。
软岩成洞问题：
桩号K43+300～K44+000段洞室围岩为水井沱组炭质页岩，桩号K44+720～K45+640段洞室围岩为石牌组砂页岩，这些岩石强度低，存在软岩成洞问题，在不利结构面组合切割作用下极易发生塌方等不良地质现象。
脆性岩体成洞问题：
进口至K43+200段洞室围岩为震旦系灯影灰岩，该岩体劈理及微裂隙极为发育，存在脆性岩成洞问题
岩溶突水涌泥问题：
桩号K45+640～K46+000段洞室围岩为天河板及石龙洞组白云质灰岩，该套地层属强岩溶化岩体，特别是强透水岩层和隔水岩层的接触面部位岩溶极其发育，施工中可能会出现突水涌泥现象。
3隧道围岩类别分段划分及工程特性
根据隧道围岩分类标准［《公路隧道设计规范》（JTJ026-90）］，综合物探、钻探资料及地调成果，本隧道围岩主要为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类，少量Ⅱ类。
具体分类分段情况及围岩性质见表3-1。
表3-1扁担垭隧道围岩类别分段一览表
幅
别
里程桩号
围岩
类别
长度（m）
工程地质条件
水文地质
右
幅
YK42+600.00
～
YK42+604.60
Ⅱ
16.60
坡积碎石土（粉质土夹块石）含孔隙水，土体结构疏松，易崩塌，成洞条件差，宜挖除。
孔隙水
YK42+604.60
～
YK42+614.50
Ⅲ
9.90
灯影组（Z2dn）灰白色中厚至巨厚层白云岩，偶夹隧石条带。
微细裂隙发育，风化较强烈，岩石较破碎，围岩稳定性较差。
岩溶虽不发育，但离地表较近，地表水易渗入地下，对围岩稳定和施工均不利。
以裂隙水为主
YK42+614.50
～
YK43+144.00
Ⅴ
529.50
灯影组（Z2dn）灰白色中厚至巨厚层白云岩，偶夹隧石条带。
岩质坚硬，性略脆，见微细裂隙，岩溶不发育，围岩稳定性好，但在桩号YK42+907.80有小断层发育，断层带内岩石破碎，且有地下水活动，对围岩稳定和施工有一定影响。
岩溶不发育，以裂隙水为主。
YK43+144.00
～
YK43+272.00
Ⅲ
128.00
岩家河组（∈1y）黑色炭质页岩与薄层白云岩互层，因炭质页岩夹层存在，围岩稳定性较差。
以裂隙水为主。
YK43+272.00
～
YK44+573.70
Ⅳ
1301.70
水井沱组（∈1s），东段为灰黑色炭质页岩、硅质页岩；中段为灰黑色炭质灰岩夹炭质页岩；西段为灰黑色炭质灰岩。
页岩岩质略软，灰岩较坚硬。
岩体较完整，围岩稳定性较好。
在桩号 YK44+017.30有F2断层通过，断层带岩石破碎，是地下水的活动通道，对围岩稳定及施工有一定的影响。
岩溶不发育，以裂隙水为主。
YK44+573.70
～
YK45+600.10
Ⅳ
1026.40
石牌组（∈1sh）灰绿色粉砂质页岩夹粉细砂岩，西段夹少量灰岩，岩质尚较坚硬，岩体较完整，地下水含量少，围岩稳定性较好，
以裂隙水为主
YK45+600.10
～
YK45+713.00
Ⅳ
112.90
天河板组（∈1t）灰色薄层至中厚层泥质条带灰岩夹少量钙质页岩，岩质较坚硬，岩体较完整，岩溶发育较微弱，围岩稳定性较好。
东端有F3断层通过，断层带岩石破碎，断层带及附近岩溶发育，除含丰富的地下水外，岩溶洞穴内有粘土充填，对围岩稳定和施工均有不利影响。
断层带附近岩溶发育，以裂隙水和岩溶水为主
YK45+713.00
～
YK45+931.30
Ⅴ
218.30
石龙洞组（∈1sl）灰色厚层灰岩夹少量泥质条带灰岩，岩质坚硬，围岩稳定性好，但灰岩岩溶发育，其间含丰富的地下水，岩溶洞穴内有粘土充填，对围岩稳定和施工均有不利影响。
岩溶发育，如遇溶洞，可能发生突水涌泥现象。
YK45+931.30
～
YK45+945.00
Ⅲ
13.70
石龙洞组（∈1sl）灰色厚层灰岩夹少量泥质条带灰岩，岩质坚硬，近地表风化溶蚀较强烈，风化卸荷裂隙发育，形成较多溶沟、溶槽，其间充填大量粘土夹碎石，雨后大量地表水下渗，对围岩稳定和施工有较大影响。
岩溶发育，如遇溶洞，可能发生突水涌泥现象。
左
幅
ZK42+645.00
～
ZK42+649.10
Ⅱ
4.10
坡积粉质土夹碎石（碎石土）含孔隙水，土体结构疏松，易崩塌，成洞条件差，宜挖除。
孔隙水
ZK42+649.10
～
ZK42+668.70
Ⅲ
19.60
灯影组（Z2dn）灰白色中厚至巨厚层白云岩，局部夹隧石条带。
性略脆，微细裂隙发育，风化较强烈，围岩稳定性较差。
岩溶虽不发育，但离地表较近，地表水易渗入地下，对施工不利。
以裂隙水为主
ZK42+668.70
～
ZK43+182.00
Ⅴ
513.30
灯影组（Z2dn）灰白色中厚至巨厚层白云岩，局部夹隧石条带。
岩质坚硬，性略脆，见微细裂隙，地下水活动不强，围岩稳定性好，但在桩号ZK42+865.20有小断层发育，断层带内岩石破碎，影响围岩稳定，也是地下水活动的通道，对施工有一定影响。
岩溶不发育，以裂隙水为主。
ZK43+182.00
～
ZK43+323.00
Ⅲ
141.00
岩家河组（∈1y）黑色炭质页岩与薄层白云岩互层，岩体较完整，因层薄且含炭质，围岩稳定性较差。
岩溶不发育，以裂隙水为主。
ZK43+323.00
～
ZK44+734.00
Ⅳ
1411.00
水井沱组（∈1s），东段为灰黑色炭质页岩、硅质页岩；中段为灰黑色炭质灰岩夹炭质页岩；西段为灰黑色炭质灰岩。
页岩岩质略软，灰岩较坚硬。
岩体较完整，围岩稳定性较好。
在桩号ZK44+033.50有F2断层通过，断层带岩石破碎，且富含地下水，是地下水的活动通道，对围岩稳定及施工有一定的影响。
岩溶不发育，以裂隙水为主。
ZK44+734.00
～
ZK45+604.70
Ⅳ
870.70
石牌组（∈1sh）灰绿色粉砂质页岩夹粉细砂岩，西段夹少量灰岩，岩质尚较坚硬，岩体较完整，围岩稳定性较好，在桩号ZK45+577.30有F3断层通过，断层带岩石破碎，是地下水的活动通道，对围岩稳定及施工有一定影响。
以裂隙水为主
ZK45+604.70
～
ZK45+774.90
Ⅳ
170.20
天河板组（∈1t）灰色薄层至中厚层泥质条带灰岩夹少量钙质页岩，岩质较坚硬，岩体较完整，岩溶发育较微弱，围岩稳定性较好。
以裂隙水为主
ZK45+774.90
～
ZK45+954.00
Ⅴ
179.10
石龙洞组（∈1sl）灰色厚层灰岩夹少量泥质条带灰岩，岩质坚硬，岩溶发育，地下水丰富，围岩稳定性好。
但岩溶洞穴中地地下水及充填的粘土会给围岩稳定和施工带来不良影响。
岩溶发育，如遇溶洞，可能发生突水涌泥现象。
ZK45+954.00
～
ZK45+975.00
Ⅲ
21.00
石龙洞组（∈1sl）灰色厚层灰岩，近地表因卸荷裂隙发育，地表溶蚀强烈，形成较多溶沟、溶槽，其中充填大量粘土夹碎石，加之雨后
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