福建霞浦洋坪隧道库区段工程地质勘察与评价.pdf

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1、1 4 8 福建地质G e o l o g y o f F u j i a n 第3 期 福建霞浦洋坪隧道库区段工程地质勘察与评价 余煦明 ( 福建信息职业技术学院福州，3 5 0 0 0 3 ) 林福林 ( 福建省现代工程勘察院，福州，3 5 0 0 1 1 ) 陈荣魁 ( 福建省第四地质大队 宁德3 5 2 1 o o ) 摘 要 由于建设条件限制 福建霞浦洋坪隧道须从洋坪水库下部穿越。 经精心勘察与评价， 为设计与施工提供科学依据，目前已顺利完成施工任务。现就库区段的水文地质、工程地质勘察 与评价方法进行总结。 关键词工程地质勘察 隧道库区段 霞浦洋坪 福建霞浦洋坪隧道是我国同江至三亚国

2、道主干线福建福鼎至宁德高速公路三阶段设计的 控制工程之一， 单向双硐四车道， 双硐总长 3 6 3 0 r a ， 左右隧道均约有2 0 0 r a位于洋坪水库水 体范围内， 库底至隧道顶部最薄地层厚度约4 2 r a 。 勘察区属沿海低山一 丘陵地貌单元， 地形切 割强烈。该水库位于测区中部的山间洼地，隧道段枯水期水深最大 5 0 ra ，蓄水量约 3 3 0 0 0 r a 。 ，洪水期水深最大约 1 3 r a ，蓄水量约2 1 5 0 0 0 r a 。 。水库水主要用于解决下游 1 5 0 0 多人的生活饮用和 3 3 h m。( 5 0 0多亩)的农田灌溉。 1 工程地质概况 勘察

3、区处于闽东火山断坳带北部，福鼎一诏安北东向大断裂带北段东侧，霞浦三沙燕山 晚期含晶洞钾长花岗岩体西侧，受区域性断裂和岩浆侵入的影响，勘察区构造以北东、北北 东向断裂为主， 次为北东东、北西向断裂。勘察区共发现断层及裂隙密集带 1 3 条， 主要聚集 于洋坪水库库区， 呈网格状展布。 勘察区出露地层主要为白垩纪石帽山群英安质凝灰熔岩， 局 部为凝灰岩及脉状石英斑岩、正长斑岩穿插。 2 勘察技术要求 洋坪隧道工程设计由中交第二公路勘察设计研究院承担，工程地质、水文地质勘察由福 建省闽东工程勘察院承担。 设计要求勘察单位开展库区 段工程地质、 水文地质调查； 陆域、 水 域浅层综合物探； 查清洋坪水

4、库库区段岩土工程地质特征和岩土类别及地质构造性质、 形态、 收稿日期：2 0 0 4 0 3 2 8 作者简介：余煦明 ( 1 9 6 5 一 ) ， 男，地矿高级讲师，地质矿产勘查专业。 维普资讯 http:/ 第3 期 余煦明等：福建霞浦洋坪隧道库区段工程地质勘察与评价 1 4 9 产状和规模；重点调查评价库区段断裂与水库地表水的水力联系，提供相关试验参数，为隧 道施工设计和施工提供可靠的工程地质资料。 3 勘察手段及成果 3 1 库区水文地质、工程地质调绘 在收集区域性地质、 水文地质资料和水库工程建设情况的基础上， 以1 ： 2 0 0 0 地形图为 底图， 沿库区周边 1 O 0 m

5、范围内采用穿越法结合追索法进行， 袖珍经纬仪或红外测距仪定位。 重点观察断层和裂隙密集带的形态、产状、 规模、裂隙充填、 破碎带胶结情况； 泉点分布、 类 型、流量及动态变化；岩石风化程度及岩脉形态、产状、风化程度等；水库最高水位和最低 水位、 坝基的稳定性及渗水情况。 对一些第四纪地层覆盖比较厚的关键地段辅以探槽揭露。 结 果表明： 库区周围发育断层和裂隙密集带 7 条， 宽2 m2 0 m， 以压扭性为主， 倾角7 0 。 8 8 。 ， 与隧道轴线呈 4 5 。 8 0 。 斜交。其中2 条最大的断层及其裂隙密集带分别位于库区尾部和坝头 前沿，其余的规模较小 ( 图1 ) 。未见构造破碎

6、带。 图 1 洋坪遂道库区段工程地质图 F i g 1 En g i ne e r i n g g e o l o g i c a l ma p o f t h e Ya n g p i n g r e s e r v o i r s e g me n t o f t h e Ya n g p i n g Tu n n e l 1 一白垩系石帽山群； 2 一压扭性断层； 3 一裂隙密集带及编号 4 一钻孔及编号 5 一抽水孔及编号； 6 一设计隧道里程及 桩号 3 2 工程物探 工程物探主要是印证地表调绘成果和寻找地下隐伏断层或裂隙密集带。采用综合方法相 互印证。主要采用了3 m点距的浅层地震

7、折射波法和反射波法、瞬变电磁法、直流电法和大 地电磁频率测深等综合方法。多种方法均显示有断层或裂隙密集带的地段将作为重点进行评 回圈 1 2 圉圜 4 5 维普资讯 http:/ 1 5 0 福建地质G e o l o g y o f F u j i a n 第2 3 卷 价。工程物探证实了地表出露的7 条断层和裂隙密集带通过库区， 并发现在库区内隐伏 2 条 北北西向的断层和裂隙密集带，宽 5 m1 0 m，倾角 4 5 。 7 O 。 。 3 3 钻探 采用X Y 一 1 0 0 型钻机， 金刚石钻头钻进， 套管护壁。 每一回次岩芯采取率不低于8 O ， 开 孔口径不小于 1 3 0 c

8、m，钻探深度进入隧道底板 3 m5 m处，观测初见水位、稳定水位及钻 进过程的循环液损失情况，终孔后采用机械法洗井，供抽水试验使用。抽水试验后必须采用 水泥及时封孔。钻孔布置于验证水库周边的断层或裂隙密集带的上盘，钻探深度以进入隧道 底板3 m5 m或穿透断层或裂隙密集带为限。 洋坪隧道库区周边共布置钻孔 5 个， 钻探深度 4 7 m 7 2 m。 结果表明： 隧道库区段表层第四纪土层厚 3 m1 0 m， 风化岩层厚5 m1 0 m； 未揭露到 断层破碎带， 裂隙密集带主要表现为3组5 组剪切节理切割岩石呈碎块状，多数裂隙紧闭， 少数微张，裂面部分见锈斑。钻探过程循环液损失少。 3 4 抽

9、水试验 抽水试验采用单孔稳定流进行， 水位降深3次， 每次降深约 5 m， 试验前首先观测静止水 位； 试验过程同时进行动水位和涌水量观测， 开泵时每5 m i n观测一次， 然后视稳定趋势改为 1 5 min观测一次； 水位稳定延续时间为8 h 2 4 h ， 标准规定为稳定延续时间内出水量波动值 不超过正常流量的 5 ，水位波动值不超过水位降低值的 1 ；在抽水试验后或因井内枯水， 立即进行恢复水位观测， 按 1 ， 3 ， 5 ，1 0 ， 1 5 ， 3 0 mi n 顺序观测， 直到水位完全恢复为止。 抽水试验孔于 F 断层及L 裂隙密集带内各布置一个钻孔， 试验成果综合整理计算，

10、求得 F 含水层渗透系数为3 6 1 0 - 6 m s ， L 裂隙密集带含水层渗透系数为 1 4 1 0 - r m s 。 3 5 岩土试验 土层主要采集原状样品进行常规物理力学试验和渗透试验；岩层采样进行岩石的抗压强 度、抗剪强度、抗拉强度等试验。 3 6 综合整理 综合整理是在地表地质调绘和工程物探、钻探、抽水试验的基础上，制作库区工程地质 图、综合物探成果图、工程地质剖面图、综合物探剖面图以及各种水文地质、工程地质综合 图表。分析库区岩土结构及其力学强度，断裂破碎带的位置、形态、规模、产状及其对隧道 的影响；计算水文地质参数和隧道顶板安全厚度。划分隧道库区段的围岩类别，判断隧道围

11、岩的稳定性，预测涌水量，提出预测预报和防护措施的建议。 4 工程地质评价 4 1 构造对围岩稳定的影响评价 由于断层和裂隙密集带的影响，使得隧道围岩裂隙发育，具块状、碎块状结构。同时由 于库底距隧道顶板仅 4 2 m， 水库底第四系覆盖层、强风化、弱风化层总厚度达 1 5 m，隔水条 件极差，地下水流流径短，地下水活动对隧道围岩稳定性影响大。施工过程中岩石爆破产生 松动，加上上部水库地表水的重压，使得新老裂隙并存，为水库地表水的渗透提供条件；隧 道在地下水的参与下，增加库区围岩的不稳定性， 施工过程中围岩可能产生坍塌， 严重影响 隧道施工安全。 因此， 将库区段隧道围岩划分为 一 m 类 (

12、图2 ) ， 必须采取必要的防护措施。 维普资讯 http:/ 第 3 期 余煦明等；福建霞浦洋坪隧道库区段工程地质勘察与评价 1 5 1 高程( m) 1 8 0 里程桩号 + 6 0 0 + 7 0 0 柏 0 o 工 程 地 质 謦 瑚 舞 撒 擞 鳖 I 水 文 地 质 F|斯 层 出 露 于 水 库 琢 瓿 挎 水 库 地 表 水 引 洞 章 强 e 趴 至 围岩类别 皿 瞳 珊 团 囝 圈 圜s 田 田 口 图 2 洋坪隧道右线纵剖面设计 Fi g 2 De s i g n ma p o f t h e r i g h t h a n d v e r t i c a l s e c

13、 t i o n o f t h e Ya n g p i n g T u n n e l 1 第四系；2 白垩系石帽山群；3 石英正长斑岩 ；4 一断层与裂隙密集带；5 一强风化层；6 弱风化层 7 一微风化 层 4 2 隧道顶板安全厚度计算 隧道顶部水库地表水的静水压力和隧道顶板围岩裂隙中的静水压力对隧道的顶板安全有 重大影响。静水压力对隧道顶板的破坏用以下理论公式 ( 斯列沙列夫公式)来计算隧道顶板 安全厚度。 f 安 一 ( ) ， 。 +p a t H) 一) ， 4 ( 1 ) 式巾： 一隧道顶板宽度为1 1 2 5 m； ) ，一隧道顶板隔水层平均容重为 2 7 k g c m。

14、 ； 一隧道顶板隔水层平均抗拉强度为 3 3 Mp a ； H一作用于隧道顶板上的实际水头值为2 0 r ll ( 其中水库水头高为1 0 r ll ， 裂隙静水 压力的水头高为 1 0 m) 。 计算结果， 安全顶板厚度 f 为 2 5 7 6 r ll 。洋坪隧道库区段最小厚度 4 2 r ll ，扣除第四系地 层及风化层厚度共 1 5 r ll 后，尚余顶板厚度2 7 r ll ， 大于安全顶板厚度 2 5 7 6 r ll 。 可见， 隧道库 区段顶板厚度满足库区段最低安全顶板厚度要求。 加 如 柏 加 帅 加 维普资讯 http:/ 1 5 2 福建地质G e o l o g y o

15、 f F u j i a n 第2 3 卷 4 3 隧道涌水量预测 隧道涌水量预测采用以下公式计算： L ( 2 ) 式中：Q 一隧道总涌水量 ( m。 d ) ； 是 一含水体的渗透系数 ( m d ) ； H一自地表水体底部至硐身横断面等价圆中心距离 ( m) ； H。 一自地表水体底部至硐底距离 ( m) ； 一隧道等价圆半径 ( m) ； L 一隧道通过含水体地段的长度 ( m) 。 计算结果表明： F ， 断层最大涌水量约为6 0 0 t d ， L ， 裂隙密集带最大涌水量约为 6 t d ； 其 他断层及裂隙密集带分别依照试验所得断层及裂隙密集带的渗透系数、在隧道内出露的宽度 推

16、测其涌水量。分别预测F 、F 、F 、F 。 断层及 L 裂隙密集带的最大涌水量为 1 2 0 0 t d 、 7 5 0 t d 、1 0 0 0 t d 、1 6 0 0 t d 、6 t d 。 5 施工防护措施建议 5 1 地表水防护施工建议 对水库土坝的基础进行注浆加固，以防止由于水库渗水而造成坝基失稳。当隧道施工至 库区范围时，根据需要提前对水库放水，以减少硐顶围岩的水压力，泄水量以满足水库最低 服务功能为标准。合理安排工序，选择枯水期季节通过库区段，对接近库区段已完工隧道及 时进行二次衬砌，以防止突发性涌水事故破坏隧道结构。 5 2 地下水防护施工建议 在通过水库地段前，采取对掌

17、子面及其附近的工程地质情况进行调查和掌子面超前探孔 探测相结合的地质超前预报手段，进行涌水量和水压力预报，为水库段隧道施工技术提供依 据。当遇突水现象时，采用超前帷幕注浆处理。对其他断裂带内的地下水，通过采用地质预 报手段预报，采用探孔内注浆及在硐室周壁帷幕注浆方法处理。 5 3 断层及裂隙密集带施工防护建议 由于深部断层及裂隙密集带的产状是根据地表产状推断的，因此，超前地质预报是指导 断层及裂隙密集带防治重要手段。当预报将接近断层及裂隙密集带时，建议结合导管超前预 注浆堵水方案，在超前长管棚和超前小导管环形注浆处理的配合下，采用微台阶法进行掘进 施工，复合式衬砌的初期支护紧跟作业面， 必要时

18、临时封闭作业面。 遵循 “ 先预报、早预案、 短进尺、弱爆破、强支护、勤量测、紧衬砌”的原则指导施工。 5 施工验证情况 设计单位充分考虑和采纳了勘察单位所提供的洋坪隧道工程地质、 水文地质勘察资料， 提 交的施工资料经施工单位施工验证，勘察单位在洋坪库区段所划分的隧道围岩类别及各断裂 带的性质、形态、产状、规模及其涌水量与实际情况基本相符。在施工过程中克服了遇到的 不良 地质灾害 ( 涌水、突水、围岩失稳等) 。 洋坪隧道已 安全、顺利、 快速通过库区 保证了 维普资讯 http:/ 第3 期 余煦明等：福建霞浦洋坪隧道库区段工程地质勘察与评价 1 5 3 当地长期的生态平衡和洋坪水库的正常

19、使用 。 6 结语 洋坪隧道经过一年多的试运行，洋坪水库库区段隧道各种技术指标均符合设计要求，反 映了所采取的综合勘察手段、勘察方法和评价结论是正确的，具有重要的指导意义。 参考文献 1 柯小华， 朱光仪 水库底下的两座隧道设计与施工 公路交通技术 2 0 0 2( 增刊) En g i ne e r i n g Ge o l o g y I n v e s t i g a t i o n a n d Ev a l u a t i o n o f t h e Ya n g p i n g Re s e r v o i r S e g me n t o f t h e Ya n g p i n

20、g Tu n ne l i n Xi a p u Co u n t y， F u j i a n P r o v i n c e Yu Xu mi n g ( F u j ia n V o c a t io n a l I n s t it u t e o f I n f o r m a t i o n a n d T e c h n o l o g y ， F u z h o u ， 3 5 0 0 0 3 ) Li n Fu l i n ( F u j i a n I n s t it u t e o f Mo d e r n E n g b te e r i n g E x p l o

21、r a t io n ， F u z h o u ， 3 5 0 0 1 1 ) Ch e n Ro n g k u i ( No 4 G e o l o g ic P a , t y o f F u j ia n P r o v in c e ， N& g d e ， 3 5 2 1 0 0 ) Ab s t r a c t B e c a u s e o f t h e c o n s t r u c t i o n c o n d i t i o n a l i t y ，t h e Ya n g p i n g Tu n n e l h a s t o p a s s t h r o

22、u g h t h e b o t t o m o f t h e Y a n g p i n g r e s e r v o i r i n X i a p u C o u n t y ， F u j ia n P r o v i n c e T h e r e s u l t s o f e x p l o r a t io n a n d e v a lu a t io n a r e u s e d f o r s c i e n t i f ic r e f e r e n c e s o f e n g i n e e r in g a n d c o n s t r u c t

23、i o n i n t h e p r o j e c t At p r e s e n t ， t h e c o n s t r u c t io n o f t h e p r o j e c t h a s b e e n a c c o mp l i s h e d s u c c e s s f u l l y T h e p a p e r r e p o r t s o n t h e h y d r o g e o l o g y a n d e n g i n e e r i n g g e o l o g y i n v e s t i g a t i o n a n d t h e e v a l u a t i o n p r o c e d u r e o f t h e Ya n g p i n g r e s e r v o i r s e g me n t o f t h e Ya n g p i n g Tu n n e 1 Ke y w o r d s e n g i n e e r i n g g e o l o g y i n v e s t i g a t i o n ，t u n n e l ，r e s e r v o i r r e g i o n ， Xi a p u Co u n t y 维普资讯 http:/