1.0工程概况
玉三高速公路玉屏至青溪段八仙岩隧道位于玉屏县平溪镇,为双幅式隧道,左幅为K15+690~K16+360米段,长670米;右幅为K15+680~K16+410米段,长730米。
本次隧道勘察是根据《公路工程地质勘察规范》及贵州省交院总工室所提供的《国道主干线玉屏至凯里高速公路工点工程地质勘察技术指导书》(施工图阶段)的技术要求,查明隧道进出口覆盖层及基岩风化情况,岩石完整性及成洞条件,划分洞身围岩类别,查明地表水及地下水情况和隧道水文地质条件,不良地质现象,对隧道的稳定性作出评价,提供设计所需岩土体的物理力学计算指标。
根据现场踏勘,收集资料,勘察中所用1/2000隧道地形图、隧道表、隧道轴线桩位及其高程均系贵州省交院一处提供。完成工作量如下:
1)调绘:进行1/2000工程地质调绘面积1.2km2。
2)测量:孔位测放14孔14点,散点测量20点,断面测量3036m。其中,钻探断面测量5条1804m,震探纵断面测量16条1232m。
3)钻探:
①完成工程地质勘探孔14个,总进尺748.70m。其中,覆盖层25.90m,基岩722.80m;
②跟管钻进110.90米;
③修便道5条计295m3;
4)物探:
① 地震勘探16条16个排列,共1232m,192个地震观测物理点;
②钻孔超声波测试13孔3844点(其中,纵波1922点,横波1922点)。
5)采样及测试:
① 采岩芯样9件,试验9件;
② 取水样2组,试验2组。
2.0自然地理条件
2.1气候、地震
隧道区气候温和,雨量充沛,四季分明,冬暖夏热。根据《贵州建筑气象参数标准》(黔DBJ22-01-87),该区属中亚热带,冬春潮湿夏季半湿润型,年平均气湿16.4℃,最热月7月平均27.3℃,最高气温39.7℃;最冷月1月平均气温5.0℃,最低气温-10.7℃。年平均降水量1199.5mm,集中于下半年,年平均相对湿度81%,年平均风速1.2米/秒,全年以E风为多,夏季盛行E、SW风,冬季盛行E风。
隧道区地震活动较弱,据《贵州地震烈度区划图》,区内地震烈度小于Ⅵ度区。
2.2地形、地貌
隧道区位于贵州省玉屏县平溪镇红花坪村辖区内,山体连绵起伏,隧道横穿群峰,区内沟谷纵横。隧道所在图幅区海拔高程在351~532米之间,最大高差181米;隧道通过地段海拔高程在403.60~480.99米之间,相对高差77.39米。隧道区属碳酸盐地貌,地形悬崖陡坎较多,隧道进口地形相对平缓,植被较发育;隧道出口处地形坡度较陡,植被不发育,在隧道左幅距出口14~36米为采石场,基岩裸露,岩体破碎。
3.0工程地质条件
3.1地质构造
隧道区位于三穗向斜南西翼,施洞口以北地带,隧道通过地段无断层通过,但局部地段受褶皱挤压影响,层间褶曲较多,使岩层波状起伏。在菩堤寺一带,发育一条压性逆断层,走向正东,右盘岩层产状315o∠21o,左盘岩层产状95o∠45o,长80米尖灭,断距0.20~0.50米,规模较小。区内发育两条走向280 o~310 o大型节理,倾角75 o~83 o,;节理宽度0.02~0.05米,随深度增加,切穿岩层35~75米逐渐尖灭。在较大范围内岩层产状:80o~145o∠11o~30o,综合产状110o∠25o。
3.2地层、岩性
区内地层相变明显,地表浅层地层为第四系残坡积粘土夹碎石,下伏基岩为下寒武系清虚洞组泥质灰岩夹灰岩。
3.3岩土构成
根据钻探结果,桥位区岩土构成自上而下分述如下:
1、粘土及碎石(Qel+dl):灰黄、灰褐色,稍湿,呈中密状态,碎石岩性主要为泥质灰岩及灰岩,粒径2~250mm不等,含量5~65%,分布于隧道区大部分地段表层,厚度变化在0.80~8.80米之间。
2、强风化泥质灰岩夹灰岩(∈1q):灰黄、褐黄色,节理裂隙发育,岩体破碎,岩质较软,岩芯呈碎块状、砂粒状。钻探揭露厚度为0.70~20.00米之间。
3、中风化泥质灰岩夹灰岩(∈1q):灰、灰黑色,中厚层夹薄层状,节理稍发育,岩体较完整,岩质均匀、致密,岩芯呈柱状、碎块状,钻探揭露厚度为11.00~66.00米之间。
4、微风化泥质灰岩夹灰岩(∈1q):深灰、灰黑色,中厚层夹薄层状,节理稍发育,岩体完整,岩质均匀、致密,岩芯多呈柱状、少量大块状。
4.0水文地质条件
该隧道位于舞阳河西侧,隧道区地形起伏较大,冲沟发育,无地表水系,地下水主要靠大气降水补给,大气降水沿坡面汇集于冲沟形成地表径流,少部分以线流或滴水的方式下渗至基岩裂隙,流入隧道,大部分经地表冲沟汇入舞阳河。舞阳河水面为该区当地侵蚀基准面,低于隧道设计标高33米以下,对隧道不会造成危害。
经取水样室内测试,该区地下水为[C]CaI型,属较低矿化度的微硬水,矿化物含量在250.19~354.55ml/L范围内,已达到碳酸盐溶解平衡状态,水质较稳定,对混凝土结构物无碳酸盐侵蚀性,无镁盐、硫酸盐侵蚀性等。
5.0不良地质现象
据钻探及地调揭示,隧道右幅洞身ZK1孔(K15+696.50米)在385.69~388.29米岩段遇一溶洞,洞高2.60米,底部0.30米充填粘土及泥砂,该处隧道顶、底板高程分别为388.96米和383.96米;隧道右幅洞身ZK4孔在K16+030米处浅层467.19~472.79米发育一溶洞,碎石土充填,结构紧密,对隧道无不良影响。隧道左幅K16+324~K16+346段为采石场,距出口14~36米,因采石爆破,岩层裂隙发育,岩体破碎,成洞条件较差。在隧道区南侧F1,规模小,距隧道远,对隧道无影响。
6.0工程地质评价
6.1场地稳定性与适宜性
本次勘察已查清了隧道区的地质情况,隧道区无大断层通过,基岩岩层稳定,具有较高的承载能力,隧道围岩右幅稳定较好,适宜建筑;左幅近出口段为采石场,因人工爆破,卸荷裂隙发育,山体薄,不适宜建筑。
6.2岩土工程特性及围岩类别划分
1、岩土工程特性
隧道区地表覆盖层成分杂乱,结构不均匀,压缩性高,力学性质差。下伏基岩为薄至中厚层状泥质灰岩夹灰岩,局部泥质含量较重,具明显的条带性,浅部岩石风化严重,层间结合差,岩层较破碎,岩体完整性差,深部岩石坚硬、完整性较好。隧道进口段工程地质条件较出口段好,左幅出口段地质条件较差。隧道中部隧道开挖后围岩可能会出现局部坍塌或掉块现象。
2、围岩类别划分
根据地表地质调绘、声波波速、岩体完整性系数、岩体质量指标及利用室内试验资料进行综合分析、研究,分段确定隧洞围岩类别。
右幅隧道:
1)K15+680~K15+710段,长30米,为隧道进口,覆盖层厚0.50~1.20米,岩体结构较构完整,岩体呈块状镶嵌结构,节理稍发育,岩溶发育,岩质坚硬,围岩类别属III类。推荐物理力学参数如下:密度为2.65g/cm3 ,弹性模量为15.0 GPa,泊松比为0.28,摩擦系数为0.35,岩体完整性系数为0.45,地下水影响小。
2)K15+710~K15+830段,长120米,为隧道洞身段。基岩大部份裸露地表,溶沟,溶槽发育,岩体较完整性,岩体呈大块状镶嵌结构,节理稍发育,岩质坚硬,围岩类别属IV类。推荐物理力学参数如下:密度为2.71g/cm3 ,弹性模量为25.0 GPa,泊松比为0.25,摩擦系数为0.40,岩体完整性系数为0.65,地下水呈滴水方式进入隧道。
3)K15+830~K15+905段,长75米,为隧道洞身段。顶板处于中风化岩层中,岩体完整性较差,节理裂隙较发育,岩体呈碎石状压碎结构,岩质坚硬,围岩类别属III类。推荐物理力学参数如下:密度为2.65g/cm3 ,弹性模量为10.0 GPa,泊松比为0.30,摩擦系数为0.30,岩体完整性系数为0.35,受节理破碎带影响,地下水多形成线流方式进入隧道。
4)K15+905~K16+030段,长125米,为隧道洞身段。基岩裸露, 岩体呈大块状镶嵌结构,节理稍发育,岩质坚硬,围岩类别属IV类。推荐物理力学参数如下:密度为2.73g/cm3 ,弹性模量为25.0 GPa,泊松比为0.20,摩擦系数为0.46,岩体完整性系数为0.68,地下呈滴水方式进入隧道,局部可能有涌水。
5)K16+155~K16+215段,长60米,隧道埋深10~30米,岩体较完整,岩体呈块状镶嵌结构,节理稍发育,岩质坚硬,围岩类别属III类。推荐物理力学参数如下:密度为2.70g/cm3 ,弹性模量为12.0 GPa,泊松比为0.27,摩擦系数为0.35,岩体完整性系数为0.38,该段隧道位于冲沟II下,隧道顶板薄,汇水面积大,地下水受季节气候影响较大,最大流量约5升/秒,沿贯通节理呈线流入隧道,建议明洞处理。
6)K16+215~K16+345段,长130米,为隧道洞身段,基岩裸露。局部粘土覆盖,岩体较完整,岩体呈大块状镶嵌结构,节理稍发育,岩质坚硬,围岩类别属IV类。推荐物理力学参数如下:密度为2.71g/cm3 ,弹性模量为20.0 GPa,泊松比为0.18,摩擦系数为0.44,岩体完整性系数为0.60,地下呈滴水方式进入隧道,顶板可能有小坍塌。
7)K16+345~K16+410段,长65米,为隧道出口段。岩体完整性较差,节理裂隙较发育,岩体呈碎石状压碎结构,岩质硬脆,围岩类别属II类。推荐物理力学参数如下:密度为2.60g/cm3 ,弹性模量为10.0 GPa,泊松比为0.35,摩擦系数为0.28,岩体完整性系数为0.33,岩石破碎,风化层较厚,顶板坍塌。地下水沿贯穿通裂隙成线流方式进入隧道。
6.3岩土体物理力学推荐指标
1)覆盖层:该层成分杂乱,力学性质差异大,本次未作测试工作。
2)基 岩:
(1)强风化基岩:根据声波资料,该区强风化基岩平均波速Vp=2310m/s,VS=882m/s,平均波速比Kv=0.46,完整性系数Cm=0.2泊松比μ=0.41。因岩石破碎,无法取得岩石试样室内测试。根据中分化岩石单轴极限抗压强度与完整性建立类比关系:38/0.77=49.35,再根据强风化岩层的完整性系数建立关系式:49.35×0.2=9.87MPa,取强风化基岩单轴抗极限压强度值为9.5 MPa。查《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTJ024-85)第二章第二节表2.1.2-7,取推荐地基容许承载力[σo]=0.8MPa。
(2)中风化基岩:根据声波资料,该区中风化基岩平均波速Vp=3831m/s,VS=1967m/s,平均波速比Kv=0.77,完整性系数Cm=0.59,泊松比μ=0.32,弹性模量ES=24.3Mpa。据钻探岩芯取样测试成果,该层岩石饱和单轴极限抗压强度值界于23.95~47.28MPa之间,去掉最高、最低值后进行统计,得其算术平均值为38.20MPa,取中风化基岩饱和单轴极限抗压强度Ra为38MPa。考虑到岩层的结构组合及软弱夹层情况,查《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTJ024-85)第二章第二节表2.1.2-7,取推荐地基容许承载力[σo]=2.0MPa。
(2)微风化基岩:根据声波资料,该区微风化基岩平均波速Vp=4499m/s,VS=2448m/s,平均波速比Kv=0.90,完整性系数Cm=0.81。据钻探岩芯取样测试成果,该层岩石饱和单轴极限抗压强度值界于39.59~51.80MPa之间,离散性较小,取其算术平均值为44.52MPa,取微风化基岩饱和单轴极限抗压强度Ra 为44MPa。查《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTJ024-85)第二章第二节表2.1.2-7,取推荐地基容许承载力[σo]=2.5MPa。
7.0结论与建议
1)本次为施工图设计阶段的勘察,已查清隧道的地质情况,隧道进口及洞身段地质条件较好,适宜成洞;隧道出口右幅地质条件较好,适宜建筑;左幅地质条件较差,岩体破碎,成洞条件较差,建议改线。
2)隧道中部冲沟处,即K16+150~K16+205米段,洞顶岩土体较薄(不足15米),成洞时注意洞顶垮塌,为避免山洪对隧道的影响,建议冲沟Ⅱ改道。
3)左幅隧道出口位置较低,因采石场开采,岩体破碎,建议将隧道出口改至K68+810米处或向右移10米。