導(dǎo)語：隧道工程涌水突泥段地質(zhì)探討一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:通過地質(zhì)調(diào)查、鉆探結(jié)合物探、隧道洞內(nèi)現(xiàn)場踏勘等勘察手段對桃山隧道DK0+160～DK1+720段進(jìn)行了勘察，綜合分析了隧道涌水突泥段的地質(zhì)，并采用降水入滲系數(shù)法、地下徑流模數(shù)法和地下水動力學(xué)法分別計(jì)算了隧道最大涌水量，以減少可能存在的隧道特大涌水對工程施工的影響，在應(yīng)對突發(fā)事件時(shí)能及時(shí)采取有效的措施。

關(guān)鍵詞:隧道工程;區(qū)域特征;涌水突泥;水文地質(zhì);工程措施

1工程概況

桃山隧道位于福建省境內(nèi)，為單線隧道，全長5598m，出口里程為DK2+788，最大埋深270m。本次涌水突泥段位于桃山隧道DK1+720處。該處掌子面埋深約146m，圍巖級別為Ⅴ級，施工方法為臺階法開挖。補(bǔ)充勘察段落為DK0+160～DK1+720。

2區(qū)域特征

2.1地形地貌。測區(qū)位于戴云山西側(cè)，屬中低山地貌。測區(qū)山脈走向總體呈北東—南西向，地面高程在420～720m。區(qū)內(nèi)最高峰為位于線位以西北2km的虎臂崎，高程1197m，最低點(diǎn)在長溪壩一帶，海拔高程430m，相對高差100～500m，最大高差達(dá)600m。區(qū)內(nèi)山脈屬條形中~低山，具構(gòu)造剝蝕地貌特點(diǎn)。山坡地形坡度15～45°，溝谷見泉水出露，形成水溝。2.2地質(zhì)特征。測區(qū)上覆地層為第四系全新統(tǒng)人工填土（Q4ml）角礫土，坡洪積（Q4dl+pl）軟土；下伏基巖為三疊系下統(tǒng)溪口組（T1x）砂巖及晚白堊世石牌前單元（K2S）花崗巖巖脈。突水涌泥段下伏基巖為三疊系下統(tǒng)溪口組（T1x）砂巖，青灰色，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造。該層夾有灰?guī)r，局部夾砂質(zhì)頁巖，差異風(fēng)化嚴(yán)重，區(qū)域內(nèi)有花崗板巖巖脈侵入。全風(fēng)化帶原巖結(jié)構(gòu)清晰可辨，取芯呈硬塑土柱狀，局部夾少量風(fēng)化殘塊，厚2~15m；強(qiáng)風(fēng)化帶巖石風(fēng)化劇烈，多見有鐵銹，巖石不新鮮，質(zhì)軟，錘擊易碎，取芯破碎，以碎塊狀為主，厚20~80m；弱風(fēng)化帶節(jié)理裂隙較發(fā)育，多呈閉合狀，巖石新鮮，質(zhì)硬，錘擊不易碎，呈短柱、長柱狀及碎塊狀（圖1、2所示）。

3地質(zhì)構(gòu)造

隧道與里程DK1+490～DK1+540大角度穿越該斷層，夾角約60°。該斷層屬于政和－大埔斷裂帶，屬新華夏系構(gòu)造，走向S-N，傾向東，傾角60～80°，為一壓扭性斷裂，巖石破碎，羽狀裂隙發(fā)育，具構(gòu)造角礫巖、片理化、脈巖充填，兩側(cè)巖層揉皺強(qiáng)烈，斷層及影響帶寬度20~70m。受該斷層影響，隧區(qū)內(nèi)巖體破碎，差異風(fēng)化較大，斷層兩盤地層分別為三疊系溪口組砂巖，斷層帶附近巖層蝕變嚴(yán)重，斷層對隧道影響較大。

4水文地質(zhì)特征

4.1水文地質(zhì)特征。（1）地表水。測區(qū)地表水主要進(jìn)出口及洞身溝槽內(nèi)的溝水，主要由大氣降水補(bǔ)給。（2）地下水。地下水主要類型有第四系孔隙潛水、基巖裂隙水和構(gòu)造裂隙水?？紫稘撍?。主要賦存于隧道表層的沖溝、地表及隧道出口外圍的第四系沖洪積、殘坡積層中，僅局部沖溝中心的砂、卵石為強(qiáng)透水層。該類地下主要水分隧道的表層，面積小，富水性一般都較差，水量較貧乏。排泄條件較好，加之土層分布范圍小，水量較小。主要受大氣降水和基巖裂隙水補(bǔ)給?；鶐r裂隙水和構(gòu)造裂隙水。測區(qū)碎屑巖地層主要為三疊系下統(tǒng)溪口組（T1x）砂巖夾泥巖，斷層破碎帶節(jié)理裂隙發(fā)育，地下水主要受大氣降水滲入式的補(bǔ)給，并賦存于空隙和裂隙網(wǎng)絡(luò)中，富水性較強(qiáng)，蓄水性好，構(gòu)造裂隙導(dǎo)水性好，含水巖層發(fā)育，地層中砂巖中夾泥頁巖層，泥巖巖質(zhì)較軟，裂隙閉合性好，局部泥質(zhì)充填，透水性差，為相對隔水層，下部砂巖層中的裂隙水由于泥巖隔水層的存在易形成承壓水。裂隙水隨地形條件由高向低處徑流，于地形低洼處匯集和排出地表。構(gòu)造對地下水的控制。測區(qū)內(nèi)分布有斷層，砂巖、泥巖接觸帶也為強(qiáng)富水區(qū)。根據(jù)巖性、地貌、構(gòu)造因素可分為2個(gè)富水帶。①斷層富水帶。該區(qū)位于隧道與里程DK1+490～DK1+540大角度穿越，主要巖性為砂巖。區(qū)內(nèi)巖體受構(gòu)造影響節(jié)理發(fā)育，產(chǎn)狀凌亂，巖體破碎，為地下水的富集創(chuàng)造了條件。該區(qū)屬富水區(qū)。②砂巖與泥巖、頁巖接觸帶。測區(qū)為三疊系地層，巖性以砂巖為主，夾泥巖、灰?guī)r和頁巖，砂巖屬透水層，泥巖、頁巖相對隔水，砂巖與泥巖、頁巖接觸帶屬強(qiáng)富水區(qū)。4.2DK1+720處水文地質(zhì)特征。DK1+720處位于帶狀或囊狀節(jié)理密集帶。區(qū)內(nèi)巖體受構(gòu)造和不均勻風(fēng)化影響，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，地表水易沿著節(jié)理和裂隙下滲，賦存于裂隙中。該區(qū)屬富水區(qū)。地下水水位埋深24m，該段節(jié)理裂隙發(fā)育，洞身段相對富水，主要為靜儲量，透水性較好，地下水補(bǔ)給來源主要為降雨入滲，受降雨影響較大。隧道內(nèi)地下水流速12～15m/min，流量70～100m3/h，水溫15℃。4.3地下水的動態(tài)特征。本段為低山地貌，地勢起伏較大，且構(gòu)造發(fā)育、泥巖和頁巖隔水等原因?qū)е聟^(qū)域地下水位不穩(wěn)定。陡坡及山崖地帶地下水埋藏較深，山間溝槽地勢低洼地帶為隧道區(qū)域地下水徑流排泄出口，地下水埋深淺，局部地段可以平溝心，受降雨及泥頁巖隔水的影響比較大，地下水水位變化幅度較大（圖3、4所示）。4.4隧道涌水量預(yù)測。經(jīng)對隧址區(qū)水文地質(zhì)條件的調(diào)查、結(jié)合區(qū)域水文地質(zhì)資料的綜合分析，大氣降水、地表水的直接入滲是地下水的主要補(bǔ)給來源。隧道穿越不同含水巖系，地下水位不一，地下水滲透性亦存在一定差異。因此，本次根據(jù)隧址區(qū)地形地貌、地層巖性、構(gòu)造及水文地質(zhì)條件等進(jìn)行隧道涌水量預(yù)算。隧道涌水量采取降水入滲系數(shù)法和地下徑流模數(shù)法分別進(jìn)行計(jì)算。（1）降雨入滲系數(shù)法[1]。采用基于水均衡原理的降雨入滲系數(shù)法來預(yù)測計(jì)算隧道的涌水量。依據(jù)《鐵路工程水文地質(zhì)勘察規(guī)范》（TB10049—2014）中式E.1.2計(jì)算正常涌水量Qs，計(jì)算公式如下：Qs＝2.74α•W•A（其中A＝B•L）式中：Qs為隧道正常涌水量（m3/d）；α為降水入滲系數(shù)，依據(jù)隧道進(jìn)出口段的地形地貌特征、植被的發(fā)育狀況，砂巖取值為0.18；W為年降水量（mm），（據(jù)當(dāng)?shù)貧庀筚Y料，多年平均降水量取值為1550mm）；A為隧道通過含水體地段的集水面積（km2），取值6.3km2；L為隧道通過含水體地段的長度（km）；B為隧道涌水地段L長度內(nèi)對兩側(cè)的影響寬度（km）。DK0+160～DK2+720段計(jì)算結(jié)果：Qs＝4820m3/d。Q最大＝9640m3/d（最大涌水量主要考慮豐水期，在非可熔巖地區(qū)，最大涌水量取正常涌水量2倍）。（2）地下徑流模數(shù)法。計(jì)算公式如下：Q＝86.4•M•A（其中M=Q‘/F）式中：Q為流量（m3/d）；M為地下徑流模數(shù)（L/（s•km2）），取值9；A為隧道通過含水體地段的集水面積（km2），取值6.3km2；Q‘為地下水補(bǔ)給的河流或下降泉的流量（m3/d）,宜采用枯水期流量計(jì)算；F為相應(yīng)于Q‘的地表流域面積（km2）。DK0+160～DK2+720段計(jì)算結(jié)果：Qs＝4900m3/d。Q最大＝9800m3/d（最大涌水量主要考慮豐水期，在非可熔巖地區(qū)，最大涌水量取正常涌水量2倍）。（3）地下水動力學(xué)法[2]。即按不同地段水文地質(zhì)特征，選取不同的水文地質(zhì)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，將隧道各段視為無隔水底板，選用相關(guān)公式進(jìn)行分段涌水量計(jì)算。影響半徑采用庫薩金公式：R=2S姨KH涌水量采用柯斯嘉科夫公式(按雙側(cè)進(jìn)水考慮)：Q=2aKBHlnR-lnr（其中a=π2+HR）式中：K為滲透系數(shù)（m/d）（結(jié)合水文試驗(yàn)，經(jīng)綜合分析選取合理的K值，取值0.025m/d）；B為隧道通過含水層的長度（m）（里程段DK0+160～DK2+720，長度為1560m）；H為靜止水位至隧道底的深度（m）（根據(jù)現(xiàn)場水位實(shí)測，H取值為90m）；R為隧道排水影響半徑（m）；r為隧道寬度的一半（m）（r=4m）；S為隧道水位降低35（m）。結(jié)合水文試驗(yàn)，經(jīng)綜合分析選取合理的K值，式中參數(shù)R和a計(jì)算如下：R=2S姨KH=2×35×姨0.025×90=105ma=π2+HR=π2+90105=2.43經(jīng)綜合比較計(jì)算，推薦DK0+160～DK2+720段隧道涌水量：Qs＝5200m3/d，Q最大＝10400m3/d（最大涌水量主要考慮豐水期，在非可熔巖地區(qū)，最大涌水量取正常涌水量2倍）。隧道穿越區(qū)地下水分布受構(gòu)造、巖性控制，水文地質(zhì)邊界條件較為復(fù)雜，實(shí)際涌水量可能與預(yù)測值有一定偏差。

5工程地質(zhì)條件評價(jià)

DK0+160～DK1+720（圖5、6）段屬低山區(qū)，地形起伏較大，局部較陡，相對高差較大，為100～500m，下伏基巖為三疊系下統(tǒng)溪口組（T1x）砂巖，偶夾泥巖、頁巖。本段受斷層影響，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，全、強(qiáng)風(fēng)化層厚90～160m。地下水受降水入滲補(bǔ)給，2019年6月中旬至8月底降雨充沛，降雨時(shí)間較長，降雨量較大，地下水水位較高。經(jīng)本次DK1+634.5m（圖7、8所示）左11m處（距離涌水突泥處85.5m處）補(bǔ)充鉆孔揭示隧道洞身為弱風(fēng)化砂巖，圍巖較涌水突泥段變好。

6涌水突泥工程地質(zhì)分析

桃山隧道出口段位于虎臂崎分水嶺東側(cè)，中低山地貌，西高東低，西側(cè)最高峰虎臂崎高程1197m，東側(cè)三明市均溪高程335m，相對高差較大，為100～500m，中部較為平緩，有利于降水入滲補(bǔ)給地下水，出口段處于地下水徑流區(qū)，徑流途徑較短，水量較大。根據(jù)氣象資料，2019年6月中旬至8月底降雨充沛，降雨時(shí)間較長，降雨量較大，地下水受地表水補(bǔ)給充足，地下水水位較高。隧道出口段地層為三疊系下統(tǒng)溪口組（T1x）砂巖，偶夾灰?guī)r、泥巖和頁巖，地層單斜，產(chǎn)狀N4°～8°W/20～33°NE。隧道洞身斷層，為壓扭性斷裂，屬于政和－大埔斷裂帶。隧道出口外溝槽里發(fā)育水尾斷層，為張扭性斷裂，都屬新華夏系構(gòu)造。受斷層和水尾斷層構(gòu)造的擠壓扭曲，在相鄰斷層間產(chǎn)生微褶曲，巖體在受到壓應(yīng)力和剪應(yīng)力作用下，產(chǎn)生大量近似于垂直交叉的節(jié)理面和裂隙面，形成節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)。隧址區(qū)地表降水較豐富，地表水下滲進(jìn)入節(jié)理裂隙網(wǎng)絡(luò)并賦存于其中，粉砂巖和膠結(jié)較差的砂巖在水和空氣作用下易于軟化，風(fēng)化成散體狀、砂土狀巖體，成為富水層；鈣質(zhì)和硅質(zhì)膠結(jié)砂巖不易風(fēng)化，呈碎裂狀巖體，由于地層中砂巖的顆粒大小、膠結(jié)成分、膠結(jié)程度和分布不同，隧址區(qū)差異風(fēng)化較為嚴(yán)重。地下水主要受大氣降水滲入式的補(bǔ)給，并賦存于空隙和裂隙網(wǎng)絡(luò)中，富水性較強(qiáng)，蓄水性好，構(gòu)造裂隙導(dǎo)水性好，含水巖層發(fā)育，地層中砂巖夾泥頁巖層，泥頁巖巖質(zhì)較軟，裂隙閉合性好，局部泥質(zhì)充填，透水性差，為相對隔水層，下部砂巖層中的裂隙水由于泥巖隔水層的存在易形成承壓水。裂隙水隨地形條件由高向低處徑流，于地形低洼處匯集和排出地表。在隧址區(qū)形成斷層富水帶、帶狀或囊狀節(jié)理密集帶富水帶和砂巖與泥巖、頁巖接觸帶富水帶。由于前期降雨充沛，地下水補(bǔ)給充足，隧道內(nèi)呈淋雨?duì)詈途€流狀出水，流速12～15m/min，流量70～100m3/h，水溫約15℃。桃山隧道DK1+720掌子面處圍巖為砂巖夾頁巖，由于差異風(fēng)化，存在全、強(qiáng)風(fēng)化砂巖，受斷層構(gòu)造影響，圍巖整體較破碎，呈碎塊狀夾散體狀。地下水賦存于砂巖裂隙網(wǎng)絡(luò)和帶狀或囊狀節(jié)理密集帶中，近期降雨充分補(bǔ)給地下水，地下水水頭差較大。開挖后掌子面處初始地下水水量較大，呈淋雨?duì)詈途€流狀出水，圍巖巖體在地下水作用下易軟化崩解，在隧道開挖后形成臨空面時(shí)形成坍塌和突水突泥。

7工程措施建議

（1）隧道地表塌陷區(qū)及時(shí)作好整平，防止降雨積水于塌陷坑內(nèi)，做好截水天溝等排水工程。（2）由于地下水水量較大，且極易造成巖體軟化，建議增加洞內(nèi)排水措施。（3）洞身為砂巖夾泥頁巖，質(zhì)軟，節(jié)理發(fā)育，開挖過程中，拱部易產(chǎn)生掉塊、坍塌等，應(yīng)加強(qiáng)隧頂超前支護(hù)措施，確保工程及施工安全。隧道底部泥巖遇水易軟化，特別是反坡地段尤為突出，建議設(shè)計(jì)加強(qiáng)隧底處理。（4）隧址區(qū)內(nèi)軟質(zhì)巖主要為對隔水層巖組三疊系下統(tǒng)溪口組（T1x）中的泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、頁巖，巖體破碎，極易軟化，隧道施工時(shí)加強(qiáng)超前支護(hù)、及時(shí)襯砌，防止再次塌方冒頂及影響山坡穩(wěn)定性。（5）DK1+490～DK1+540為斷層破碎帶、DK1+540～DK1+720為斷層影響帶，易發(fā)生突水涌泥，施工中應(yīng)加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，做好超前地質(zhì)鉆探。（6）隧道施工會對隧道頂部地下水進(jìn)行疏干，對居民生產(chǎn)、生活造成影響，應(yīng)采取相應(yīng)堵水措施。8結(jié)束語桃山隧道DK0+160～DK1+720發(fā)生涌水突泥，主要影響因素是洞身巖石風(fēng)化差異較大，巖體破碎，地下水水量較大，且極易造成巖體軟化，在施工過程中應(yīng)做好超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，加強(qiáng)洞內(nèi)排水，加強(qiáng)超前支護(hù)、及時(shí)襯砌，確保安全通過涌水突泥段。

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作者:嚴(yán)國鑄 單位:核工業(yè)華南工程勘察院