罗依溪特长隧道工程地质评价

陈 俊

(湖南省永吉高速公路建设开发有限公司，湖南 吉首 416000)

0 引言

永顺至吉首两阶段施工图设计共设隧道8 718.75 m/4座，罗依溪隧道是永吉高速公路第一特长岩溶隧道，4 262.25 m。该隧道为分离式隧道。左洞起于K24+762，终于K29+022，隧道设计高程为318.89～282.27 m，隧道洞高约 7.00 m，全长4 260 m;右洞起于 YK24+764，终于 YK29+022，隧道设计高程为318.88～283.08 m，隧道洞高约7.00 m，全长4 258 m。工程地质条件复杂。本文对其工程地质进行分析，力求为隧道设计提供技术支持。

1 工程地质条件分析

1.1 地形地貌

该隧道所处地貌属于岩溶中低山地貌，隧道沿线地形起伏较大，地面高程在290.0～803.7 m 之间，隧道最大埋深约500 m。沿线植被较为发育，主要为杂树、灌木等，山顶上居住有多个村落。

隧道进口端左洞洞门处边坡较陡，坡角40°左右，隧道左、右洞轴线与等高线右交角90°，洞口轴线与地形的关系属坡面正交型，无偏压。

隧道出口端左洞洞门正位于一突出山嘴处，其边坡坡角50°左右，隧道左洞轴线与等高线右交角约90°，洞口轴线与地形的关系属坡面正交型，无偏压;隧道出口端右洞洞门处边坡较陡，坡角50°左右，隧道右洞轴线与等高线右交角约120°，洞口轴线与地形的关系属坡面斜交型，右洞左侧有轻微偏压。其中K28+600～K28+800 段纵坡很陡，有两级明显的陡崖，最大崖高约100 m。

该隧道进口段坡下有省道S229 通过，交通较为方便。

1.2 地层岩性

根据本次工程地质调绘和钻孔揭露，勘察区内的地层由上而下为第四系更新统(Qp);寒武系上统比条组(∈3b)、车夫组(∈3c);寒武系中统花桥组(∈2h)、敖溪组(∈2a);寒武系下统清虚洞组(∈1q)、杷榔组(∈1p)，现由新到老分述如下。

1.2.1 第四系更新统( Qp)

粉质粘土:褐红色，硬塑状。主要属坡洪积成因，层厚1.60～4.60 m，分布于山坡坡脚及山间凹沟内。

1.2.2 寒武系上统比条组( ∈3b)

条带状灰岩:以灰色灰岩为主，杂少量深灰色泥质条带，隐晶质结构，中厚层状构造，微风化，岩质坚硬，岩体较完整。深灰色不规则泥质条带间距一般1～2 cm，条带宽2～6 mm，条带边界呈不规则波纹。隧道左洞 K24+762～K25+970，右洞 YK24+764～YK25+970 段穿过该层。

1.2.3 寒武系上统车夫组( ∈3c)

条带状灰岩:以灰色灰岩为主，杂少量深灰色泥质条带，隐晶质结构，中厚层状构造，微风化，岩质坚硬，岩体较完整。深灰色不规则泥质条带间距一般1～3 cm，条带宽2～25 mm，条带边界多呈不规则波纹，往下呈规则条带状。隧道左洞K24+970～K26+940，右洞 YK24+970～YK26+940 段穿过该层。

1.2.4 寒武系中统花桥组( ∈2h)

隧道左洞K26+940～K27+520，右洞 YK26+940～YK27+520 段穿过该层。

条带状泥质灰岩:以深灰色泥质灰岩为主，杂少量浅灰色灰岩质条带，隐晶质结构，中厚层状构造，微风化，岩质较硬，岩体较完整。浅灰色灰质条带间距一般10～50 cm，条带宽1～3 cm，条带边界较清晰～清晰。岩芯多呈短柱状。该层底部为一套泥质灰岩。隧道左洞K26+050～K27+790，右洞YK26+050～YK27+790 段穿过该层。

泥质灰岩:深灰色，隐晶质结构，厚层状构造，岩质较硬，陡倾角方解石细脉稍发育。

1.2.5 寒武系中统敖溪组( ∈2a)

隧道左洞K27+520～K28+560，右洞 YK27+520～YK28+560 段穿过该层。

白云岩:浅灰－灰白色，微风化，隐晶质结构，中层状构造，岩质坚硬，岩体较破碎。

白云质灰岩:浅灰色，微风化，隐晶质结构，中层状构造，岩质坚硬，岩体较完整。

泥灰岩:深灰色，泥质结构，中厚层构造，岩质较软，岩体较完整，岩芯多呈柱状。

灰岩夹页岩:浅灰色灰岩与黑色页岩呈互层出现，岩质软硬不均;其中灰岩岩坚硬，页岩岩质较软。灰岩单层厚度以10～80 cm 为主，页岩单层厚度以15～60 cm 为主。

1.2.6 寒武系下统清虚洞组( ∈1q)

灰岩:灰色，隐晶质结构，中厚层构造，节理裂隙稍发育，岩体较完整。隧道左洞K28+560～K28+780，右洞 YK28+560～YK28+780 段。

1.2.7 寒武系下统杷榔组( ∈1p)

页岩:粉细粒结构，页片状构造，节理裂隙稍发育，局部见方解石脉充填。隧道左洞K28+780～K29+022，右洞 YK28+780～YK29+022 段穿过该层。

强风化:褐黄色，岩质软，岩体较破碎，岩芯呈饼状、块状。厚1.20 m。

微风化:灰黑色、黑色，岩质较硬，岩体较完整，岩芯多呈短柱状、柱状。

1.3 区域地质构造

隧道区所在的区域位于舒缓的烈夕向斜南东翼，隧道区内未见大的断层发育，区域稳定性较好。岩层主要呈单斜产出，局部产状略有变化。

1.4 地震

根据国家质量技术监督局2001年2月2日发布的《中国地震动参数区划图》，项目区内平坦稳定的中硬场地50 a 超越概率10%的地震动峰值加速度＜0.05g，对应地震基本烈度小于Ⅵ度。

1.5 水文地质条件

隧道区地下水类型主要为孔隙水、岩溶地下水，其中孔隙水主要赋存于零星分布的第四系土层内，其水量贫乏，难形成稳定的地下水面，对隧道影响小;岩溶水主要赋存于灰岩的岩溶裂隙、岩溶管道中，水位埋深较深;局部高程较高处的半坡上亦有少量岩溶地下水以下降泉的形式排泄，此为当地“山顶村民”的主要生产、生活水源，水量一般较小，其单眼水量一般1～15 t/d，久旱时多会干枯，这亦是“山顶村民”能世代维持生计，又常感用水紧张的窘状。

隧道区岩性多为可溶岩，但均含有一定量的泥质含量，故该隧道区内岩溶总体上应属轻微发育，仅局部岩溶发育，岩溶水总体上对隧道开挖影响小;但结合该隧道埋深大的具体情况分析，在该隧道的开挖过程中不排除遇见集中径流的岩溶水通道的可能，针对此点，建议在隧洞施工过程中重点监测、预报。

1.6 岩土物理力学参数

室内岩石试验成果如表1所示。

表1 室内岩石单轴抗压强度试验成果表

1.7 工程物探

为探明隧道洞身处围岩级别及地质情况，在本隧道区布置了物探工作。2010年9月曾沿原初勘隧道线位，布置了瞬变电磁测线TEM1－TEM1'，2011年6月沿原详勘隧道线位布置了瞬变电磁测线TEM2－TEM2'，经综合两测线物探成果及K26+800～K27+550 段布置的纵横测线 TEM－A、TEM－B、TEM－C、TEM－D 物探成果，全隧道物探异常主要解释为溶蚀裂隙带、溶洞发育带等。

同时在隧道区内 ZK25－2、ZK26－1、ZK27－2 这3 个钻孔内进行了孔内测井，测得岩体声波波速及电位电阻率曲线变化相对都较小，说明岩体性质整体变化不大，声波波速多为4.0 km/s，说明岩体基本完整，只有少部分裂隙稍发育。具体发育位置及深度详见综合测井图(略)。

1.8 隧道围岩分级

根据岩石坚硬程度和岩体完整程度的定性特征、室内岩石测试成果、综合地质调查、物探和地下水、岩层产状等对围岩级别的影响，根据《公路隧道设计规范》(JTG D70－2004)附录 A 计算出围岩［BQ］值及围岩级别如表2。

表2 隧道围岩基本质量计算表

根据表3的计算结果，对照《公路隧道设计规范》(JTG D70－2004)表3.6.5，微风化条带状灰岩、条带状泥质灰岩、泥质灰岩、白云岩、白云质灰岩、灰岩均分级为Ⅲ级;微风化泥灰岩、微风化页岩分级为Ⅳ级。

但隧道区局部很可能遇到岩溶发育段，溶蚀裂隙、溶缝发育、岩体完整性较差，建议设计时按降低一级考虑;另外隧道进、出口段，因隧道埋深浅，而浅部溶蚀沟槽相对发育，甚至局部有薄层土层分布，而明显影响围岩稳定性，均宜按Ⅴ级围岩设计。具体分段桩号详见《工程地质纵断面图》(略)。

2 工程地质评价

2.1 区域地质稳定性评价

隧道区所在的区域位于烈夕向斜南东翼，隧道区域内岩层为单斜构造，岩层产状总体以325°～334°∠16°～20°为主，岩体较完整。

隧道区内平坦稳定的中硬场地50 a 超越概率10%的地震动峰值加速度＜0.05g，对应地震基本烈度小于Ⅵ度。

故隧道区区域地质稳定性较好。

2.2 岩溶及其稳定性评价

据本次地质调查，隧道区岩溶轻微发育，隧道沿线及其附近的地表岩溶主要有岩溶漏斗、落水洞等，其规模一般不大，具体情况见表3。

表3 岩溶发育位置和规模

2.3 隧道围岩稳定性评价

2.3.1 永顺端洞口段及仰坡稳定性评价

隧道永顺端洞门处边坡较陡，坡体表层粘土层较薄，其下为微风化灰岩，中厚层状，岩质坚硬，但浅表溶蚀沟槽发育，岩层斜倾向坡下，略呈顺向坡，因此洞口段及仰坡稳定性较差。根据洞口段的岩土特征，建议两侧边坡及仰坡的坡比粉质粘土层采用1∶1.25，微风化灰岩采用 1∶0.5，并对仰坡进行喷锚防护、加强截、排水设计。

2.3.2 吉首端洞口段及仰坡稳定性评价

隧道吉首端洞门处边坡较陡，坡体表层粉质粘土较薄，其下有薄层强风化页岩，岩质软，岩体较破碎，往下变为中风化页岩，岩体较完整，岩层倾向坡上，产状对洞门稳定有利，因此洞口段及仰坡稳定一般，根据洞口段的岩土特征，建议两侧土层及强风化层边坡坡比、仰坡的坡比采用1∶1.25，中风化页岩坡比可采用1∶0.75，并对仰坡进行锚杆加固、加强截、排水设计。

2.3.3 洞身段工程地质评价

组成隧道洞身围岩的岩性有多种，其中微风化条带状灰岩、条带状泥质灰岩、泥质灰岩、白云岩、白云质灰岩，其岩质坚硬、岩体较完整，呈中厚层状、薄层状，属Ⅲ级围岩，其破坏形式以掉块为主，一般难产生大的坍塌，其稳定性一般～较好。

微风化泥灰岩、页岩岩质较软，岩体较完整，呈中厚层状，属IV 级围岩，其破坏形式以掉块为主，其稳定性一般～较差。

据物探测度，隧道区有多处低阻异常，推测为溶蚀裂隙发育带、溶洞发育带，岩体完整性相对较差，受地下水影响较大，其稳定性较低，建议按降低一级围岩级别设计，并加强支护。

2.3.4 隧道开挖、支护、衬砌

洞口、洞身段:Ⅴ级围岩段，其稳定性差，易产生坍塌，建议在开挖时采用辅助工程措施，如采用喷混凝土+锚杆+钢筋网的锚喷支护，二次衬砌建议采用模筑钢筋砼结构;Ⅳ级围岩段，开挖时可考虑在局部采用辅助工程措施，如采用超前锚杆等，其衬砌应采用复合式衬砌，初期支护宜采用喷混凝土+锚杆+钢筋网的锚喷支护，二次衬砌宜采用模筑钢筋砼结构;Ⅲ级围岩段，其衬砌应采用复合式衬砌，初期支护可采用喷混凝土+锚杆的锚喷支护，二次衬砌宜采用模筑钢筋砼结构，当遇到岩溶发育较为强烈的地方按四级围岩进行支护。

此外，施工时应注意用小爆破开挖，并及时做好初期支护。

3 结束语

罗依溪隧道通过地区位于山区丘陵地带，地质情况复杂多变，前期应采用适宜的物探方法，较准确地查明地质情况。因物探解释的多解性，“非准确、客观性”，在施工过程中物探推测的溶蚀发育带、溶洞发育带的具体位置、规模可能与实际存在一定出入，施工时应加强超前地质预报工作、后期服务人员的动态确认与修正设计工作，为工程顺利安全进行、保证工程质量打下良好的基础。

［1］傅鹤林，李 凯，等.梅关隧道工程技术［M］.北京:科学出版社，2009.

［2］邓 江.猫山公路隧道工程技术［M］.北京:人民交通出版社，2002.

［3］傅鹤林.隧道安全施工技术手册［M］.北京:人民交通出版社，2011.

［4］孙翊新.沔渡隧道左洞k13+133 塌方原因分析及处理方案［J］.湖南交通科技，2013(1).

［5］袁大平，孔思胜.通平高速公路姜源岭隧道塌方原因与处治研究［J］.湖南交通科技，2013(1).