隧道工程地质特性及洞口边坡稳定性评价

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摘要:松节理隧道隧址区位于太岳山坳缘翘起带，隧址区范围内无特殊岩土分布，对隧道围岩稳定性有影响的不良地质主要为岩溶。本文对隧道区岩体工程地质特征和水文地质特征进行了分析，对隧道洞口边坡稳定性进行了评价。认为隧道围岩为岩质围岩，围岩稳性较差，地下水类型主要有松散岩类孔隙水、碳酸盐岩裂隙岩溶水。隧道在雨季开挖或通过软弱破碎夹层、断层破碎带及节理密集带时，不排除发生突水的可能;沁源端洞口和霍州端洞口边坡稳定性差。

关键词:松节理隧道;工程地质特性;洞口边坡;稳定性评价

1地质概况

松节里隧道位于临汾市古县北平镇西南侧横穿山脉，为黎城至霍州高速公路沁源—霍州段内的穿岭隧道，本隧道属长隧道。隧址区位于太岳山坳缘翘起带，其位于沁水块坳的西缘，带内地层西翘东倾，倾角20°～25°，由东向西依次出露石炭系、奥陶系、寒武系，最西部为太岳山群、霍县群。该翘起带南端构造较为复杂，发育有北北东向断裂。另外，整个翘起带被5条较大的北东东向断裂穿切，断裂呈雁行斜列，间距大致相等。断层破碎带在隧址区地表局部岀露，为隧道出口段围岩之一，母岩岩体以泥灰岩、石灰岩为主，局部为白云岩，岩芯多呈碎块状，局部为短柱状，黏土矿物充填。隧址区地层结构复杂，地层由新至老依次有:第四系全新统残积物(Q4el)，奥陶系中统上马家沟组下段(O2s1)沉积岩，奥陶系中统下马家沟组上段(O2x3)、下段(O2x1)沉积岩，奥陶系下统亮甲山组(O1l)沉积岩及断层破碎带等［1］。隧址区范围内无特殊岩土分布，对隧道围岩稳定性有影响的不良地质主要为岩溶。隧址区后段广泛出露奥陶系石灰岩，岩溶类型为裸露型，以近代岩溶为主。依据本次勘察成果，隧址区碳酸盐岩分布广泛，地表溶洞、溶坑及溶槽等喀斯特地貌形态较为发育，钻孔中岩芯表明溶蚀现象明显，小溶孔及溶槽发育，其中在ZK4号孔170．8～171．0m揭示溶洞，充填物为黏土矿物。岩溶的发育对隧道围岩稳定有一定影响。

2岩体工程地质特征

本隧道围岩为岩质围岩，洞体围岩由奥陶系中统下马家沟组上段(O2x3)白云质灰岩、奥陶系下统亮甲山组(O1l)白云岩、白云质泥灰岩和断层破碎带组成。白云岩、石灰岩、白云质灰岩属较坚硬岩，泥灰岩属软岩，整体属较坚硬岩夹软岩，强-中风化，节理裂隙发育-较发育，岩体破碎-较破碎，呈碎裂-镶嵌碎裂结构，围岩稳性较差，开挖易产生中-大塌方;断层破碎带以碎石、断层泥为主，结构面杂乱无序，岩体极破碎，呈散体状结构，围岩稳定性差，开挖极易产生大塌方。地下水出水状态以点滴水、淋雨状为主，在断层破碎带、裂隙密集带也有可能产生涌流状出水或较大突水现象。综合评价，隧址区工程地质条件一般。

3水文地质特征

3．1地下水类型及富水性

隧址区山体由碳酸盐岩构成，第四系松散岩仅分布于隧道穿越的基岩山区冲沟内。水系多呈南北向展布。区域地下水的分布受地形地貌、地层岩性和地质构造的严格控制。根据含水介质、地下水赋存条件和水动力特征等，隧址区地下水类型主要有松散岩类孔隙水、碳酸盐岩裂隙岩溶水两大类。(1)松散岩类孔隙水。松散岩类孔隙水主要分布于隧址区范围的基岩山间沟谷内。含水岩组由第四系砂土及碎石土组成，平面上沿山间沟谷呈条带状分布，含水层断面呈三角形或梯形，含水层状态为层状，含水层厚度分布不均，一般1～5m，最厚处达10m，水量受颗粒级配影响较大，富水性较强［2］。(2)碳酸盐岩裂隙岩溶水。含水岩组主要为奥陶系中统上马家沟组(O2s1)石灰岩及奥陶系下统亮甲山组(O1l)白云岩、白云质泥灰岩;隔水岩组为奥陶系中统上马家沟组(O2s1)泥灰岩。岩层中的层理、节理及构造裂隙、断裂构造、岩溶是该段地下水的储藏和运移空间。该含水岩组厚度巨大，层位稳定，埋藏较浅，常裸露地表，地下水补给、径流条件均较好，渗透系数K在1．43～20．5m/d之间。该含水岩组其富水性受地貌单元控制，据区域水文地质资料及沿线大范围的井泉调查结果，该段地形切割剧烈，河流侵蚀基准面较低，地下水位埋深大，大气降水是地下水的唯一补给来源，可溶岩岩溶裂隙发育，渗漏补给条件良好，大气降水在下渗过程中，遇到隔水岩组泥灰岩阻隔，以泉的形式沿坡面排泄，在越过隔水岩组泥灰岩后继续下渗［3］。本次勘察期间正值暴雨时节，隔水层泥灰岩上部坡面有较多泉水出露，沟谷内有暂时性的地表径流，部分钻孔内也有地下水揭示。通过钻孔提水试验结束后的长期观测，钻孔内的水位由开始的少量恢复到最后干涸无水，确定了隧址区的水量变化主要随大气降水量的多少而改变。在本次工程地质测绘及工程物探工作成果中，隧址区共发现有5条断层与线路相交及9处节理密集带异常区，由于贯通性好，裂隙通道密集，是地下水下渗的主要通道或储水构造。在今后的施工过程中一旦新的通道打开后，再遇强降雨、暴雨天气，很可能洞体内沿裂隙密集带和断层破碎带出现涌水、突水现象。

3．2隧址区地下水的补给、径流和排泄条件

隧址区内地下水的补给、径流和排泄受地形地貌、地层岩性和地质构造等多种因素综合控制。(1)松散岩类孔隙水。松散岩类孔隙水主要接受裂隙水的侧向径流补给及地表水的垂直渗漏补给，接受补给后呈条带状顺沟谷方向由上游向下游径流，排泄方式主要以潜流的方式向下游排泄，部分再沿途重新渗入下伏基岩裂隙中。(2)碳酸盐岩裂隙岩溶水。碳酸盐岩裂隙岩溶水位于岩溶水垂直入渗带内。主要以基岩裸露区的大气降水入渗补给为主，其次为上覆含水岩组的越流补给以及通过裂隙带、断裂构造等渗漏补给。由于特殊的水文地质条件，决定了该含水岩组主要以层间水的形式存在，地下水以垂向径流为主，在遇到相对隔水层时转为水平径流，由坡麓地带以泉的形式出露，继续下渗补给，各含水层间水力联系一般较弱，没有稳定的连续的区域水位。排泄方式主要以向下越流、渗漏补给为主。

3．3影响隧道富水程度的要素

影响隧道富水程度的要素有地形地貌、围岩类型及结构、地质构造形态、区域降水量、洞体埋深等。本隧道地处基岩中山区分水岭段，地形起伏较大，微地貌较为复杂，基岩冲沟较为发育，但隧址区主要含水体的岩性较为均一，含水层的富水性主要受地形地貌、岩体风化带的分布厚度、岩层产状、层间接触带、断裂构造带、裂隙发育带等因素控制明显，洞身的围岩富水程度主要受洞体埋深、洞身所处的岩体风化带、断裂构造带、裂隙发育带等影响［4］。

3．4隧道建成后对地下水的影响

测区地下水类型主要为基岩裂隙水，隧道开挖将形成较大的集水廊道，势必对隧道区水文地质条件产生影响，其影响半径可达500m左右，可能会造成地下水位下降，水量减少。隧道建成后，会让部分环境地质条件改变，影响地下水的排泄，可能会造成循环改变和水质污染。为保护隧道区的生态环境，应该加强隧道的排水、堵水措施，并加强监测［5］。

3．5水文地质条件评价

本隧道水文地质条件较简单，附近的地表水对隧道影响不大，地下水类型主要为第四系松散层孔隙潜水和基岩裂隙水。隧址区内地下水对混凝土结构具微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性。隧道在雨季开挖或通过软弱破碎夹层、断层破碎带及节理密集带时，不排除发生突水的可能，建议设置相应排水、导水措施。

4隧道进出口边坡稳定性评价

(1)沁源端洞口。沁源端洞口位于松节里东侧约200m一基岩冲沟斜坡上，沟谷狭窄，呈“V”字型，沟岸为中陡坡，坡向约114°，坡角在40°～45°之间，洞口位置所在斜坡在自然条件下均处于基本稳定状态。隧道左右线洞口仰坡高60．0～65．0m，洞口仰坡、边坡地层由第四系全新统残积(Q4el)粉质黏土、奥陶系中统上马家沟组下段(O2s1)石灰岩、泥灰岩及奥陶中统下马家沟组上段(O2x3)石灰岩组成。(Q4el)粉质黏土在大气降水的浅蚀、冲蚀作用下，可能产生小范围坍塌及滑塌现象，在工程开挖扰动条件下可能加剧上伏土体沿基岩面整体滑塌;(O2s1)石灰岩、泥灰岩及(O2x3)石灰岩节理裂隙发育，溶蚀明显，岩体破碎，岩层产状为135°∠6°，岩层倾向坡脚，属同向斜坡，呈不利组合，且由于岩体破碎，节理裂隙发育，在工程开挖扰动条件下易发生碎落、小范围内坍塌及沿结构面滑塌等现象。总体评价:沁源端洞口边坡稳定性较差。(2)霍州端洞口。霍州端洞口位于二道河东南侧热留河东岸斜坡上，河谷较宽阔，呈“U”字型，但河岸陡峻，坡向304°左右，坡角在35°～40°之间。左右线洞口位置所在斜坡在自然条件下均处于基本稳定状态。隧道左右线洞口仰坡高120．0～140．0m，洞口仰坡、边坡及洞口段围岩由奥陶中统下马家沟组下段(O2x1)及奥陶下统亮甲山组(O1l)白云岩组成。节理裂隙发育，溶蚀明显，岩体破碎，围岩岩层产状为140°∠11°，岩层倾向坡面，呈有利组合，但因受F27正断层的影响，岩体破碎松散，在工程开挖扰动条件下易发生碎落及坍塌等现象。总体评价:霍州端洞口边坡稳定性差。

5结论

隧址区断裂活动处于相对稳定状态，区内地壳大部分具有基底与盖层双层结构，少部分沉积盖层被剥蚀殆尽，仅存结晶基底，区内地壳应属相对稳定区，基本适宜拟建工程建设。不稳定因素主要为新裂陷盆地边缘的活动断裂及地震活动。隧道范围内揭露暂时性裂隙水，在强降雨或暴雨天气下可能产生沿断层破碎带及裂隙密集带发生涌水、突水灾害。沁源端洞口边坡及洞口段围岩稳定性均较差，洞口段边坡稳定性较好;霍州端洞口边坡稳定性及洞口段围岩稳定性均差，洞口段边坡稳定性较好。

参考文献:

［1］山西省地质矿产局．山西省区域地质志［M］．北京:地质出版社，1989．

［2］韩亚鲁．季冻区隧道洞口岩质边坡稳定性研究［D］．吉林:吉林大学，2019．

［3］谷丛楠，李立伟，陈利贞．天津市某公路边坡滑塌地质灾害特性与治理［J］．资源信息与工程，2019，34(4):149－150．

［4］庞旭阳．大前石岭隧道岩堆洞口段围岩及边坡稳定性分析［D］．阜新:辽宁工程技术大学，2017．

［5］茹杉杉，俞尚宇．某隧道边坡稳定性分析评价［J］．铁道勘察，2013，39(6):35－38．

作者：张和平 单位：甘肃省地质矿产勘查开发局第二地质矿产勘查院