强风化砂质泥岩的参数（强风化泥质粉砂岩强度）

郭高峰 朱田野 黄小年中交第一公路勘察设计研究院有限公司 西安中交公路岩土工程有限责任公司

摘 要：墨林高速公路大中山隧道是我国首条穿越横断山区哀牢山的特长公路隧道，极其复杂的地质条件给隧道的施工建设带来了极大的挑战。综合采用勘察、设计、施工及后续服务阶段的全过程资料，深刻分析了隧道施工过程中出现的洞内滑层、塌方、突泥突水等地质灾害成因，并就现有的处置措施进行了分析探讨，为该地区同类地质条件下的隧道勘察设计施工提供参考思路。

关键词：隧道灾害;复杂地质;洞内滑层;成因分析;处置措施;

墨江～临沧高速公路地处云南省西南部，是将滇西、滇南连通省外和国外的重要通道。穿越哀牢山的大中山特长隧道是墨江～临沧高速公路的重要控制性工程。受哀牢山、无量山等南北向横断山脉的阻隔，截至2020年，云南省临沧市尚无国家高速公路网连通。众所周知，横断山脉是我国地质条件最为复杂的地区之一，断裂、高地应力、洞内滑层、塌方、突泥突水等灾害随时可能发生。本文结合大中山隧道勘察设计期间的地质勘探资料，施工期间超前地质预报资料以及施工期出现的灾害资料，对复杂地质条件下的大中山隧道灾害成因进行分析，并对处置措施给出建设性建议。

1 工程概况

大中山隧道位于云南省镇沅县，东经101°9′40″,北纬24°2′30″。隧道按左、右线分离式设计。左线隧道里程桩号为Z3K88+246～Z3K93+883,长5 637 m; 右线隧道里程桩号为K88+245～K93+860,长5 615 m, 均属特长隧道。隧道左线最大埋深702.50 m(里程Z3K91+480),右线最大埋深为703.87 m(里程K91+480)。

2 隧址区地质概况

拟建项目区位于云南“山”字形构造前弧和青、藏、滇、缅 “歹”字形构造中段的复合部位，经历了多次构造运动，构造形迹极为复杂。与拟建隧道相关的区域构造主要为者干河褶断带中的大文庄断裂、当坑断裂。地质平面示意如图1所示。

隧址区地层岩性，主要为上覆第四系残坡积的粉质黏土含碎块石，下伏基岩为侏罗系上统(J3)、中统(J2)泥质砂岩、砂岩、泥岩。

隧址区地表水主要为山区季节性溪流，受季节降雨变化影响较大。地下水主要为第四系松散岩类孔隙水、基岩裂隙水。地下水的补给主要为大气降水入渗及地表溪流的侧渗，排泄主要以泉或者侧向排泄入河流的形式进行。隧道工程地质断面示意如图2所示。

3 主要工程地质特征及问题3.1隧道围岩等级

勘察设计阶段对大中山隧道分别进行可控源瞬变电磁法测试、钻探、声波测井、地应力测试、岩土试验、水文测试等工作，根据勘察成果对隧道围岩等级进行相应的分析判断。隧道围岩分级表、隧道围岩等级长度及评价见表1和表2。

根据前期成果，大中山隧道Ⅴ级围岩占比15.6%,主要位于隧道进出口以及隧道洞身构造影响带范围，围岩完整性差，岩体破碎，易塌方。

图1 大中山隧道工程地质平面示意

图2 大中山隧道工程地质断面示意

表1 隧道围岩基本质量指标BQ值或修正值[BQ]及围岩级别

3.2隧道涌水量

隧址区地层岩性主要为砂岩、泥岩，局部受构造影响岩体破碎。因此，隧道涌水量的计算主要基于现场调查、钻探、水文测试等工作。通过综合对比分析，主要采用大气降水入渗法(见式(1))和古德曼经验公式(见式(2))进行涌水量计算，计算结果见表3。

表2 隧道围岩级别及长度及评价

Q=2.74×α×W×A (1)

Q=L×2π×k×H/ln(4H/d) (2)

式中：Q为隧道涌水量；α为降水入渗系数；W为年降水量；A为隧道通过含水体地段的集水面积，km2;k为渗透系数，m/d; H为静止水位至洞身横断面等价圆中心的距离，m; d为洞身横断面等价圆直径，m; L为隧道通过含水体的长度，m。

表3 涌水量计算成果

预计大中山隧道最大涌水量为7 365.5 m3/d, Ⅴ级围岩段落容易突水。

3.3主要工程地质问题

根据现场施工监测数据，大中山隧道左线出口于2016年4月10日开始洞口段的开挖掘进；截止到2018年9月3日，左线出口掌子面里程Z3K91+872,仰拱里程Z3K91+908。2018年7月19日晚，掌子面涌水量突然增大，每小时抽水约230 m3。将现场支护类型由原设计的SF4b调整为SF4a继续施工。施工期间涌水量继续增大，每小时最大抽水量约为330 m3。

2018年8月15日，隧道在进行爆破后出渣作业时，发现掌子面(里程为Z3K92+874.2)拱顶左侧出现掉块现象，施工人员及机械设备进行了撤离。8月16日塌方继续发展，塌腔被大石块挡住，暂时稳定，在掌子面前方形成100 m3左右的锥形塌方体。

根据掌子面视电阻率测试成果，掌子面偏左0～60 m, 正前方0～55 m, 距离洞顶约15 m, 存在一低阻异常区，如图3所示。由于前期出现突水、塌方等问题，造成隧道施工无法向前推进。

图3 掌子面水平斜上方30°视电阻率剖面

4 灾害成因分析

根据隧道前期勘察设计成果和隧道施工超前预报成果，对造成本隧道突水、塌方灾害的成因分析如下。

(1)断层影响：

从图2中可以看出，隧道突水塌方的位置位于F6当坑断裂的小桩号一侧且断裂也倾向于小桩号，受断裂的影响局部岩体易发生破碎，且断裂及破碎段落易导水。

(2)褶皱影响：

突水塌方的位置受构造影响岩层形成向斜，突水塌方位于向斜核部附近，向斜属于储水构造，核部附近施工极易突水。

(3)结构面影响：

突水塌方的位置，岩层产状总体向大桩号倾斜。隧道在该位置施工，掌子面刚好属于顺层产状，加之受到构造影响，岩体破碎，隧道开挖爆破极易沿结构面产生洞内岩体滑层坍塌，形成较大的塌方大石块。

以上因素的共同作用，造成了大中山隧道局部段落的突水塌方。

5 结语

根据大中山隧道出现的工程地质问题，通过对勘察设计阶段地质资料的分析，结合现场施工监测情况及超前预报地质资料，针对性地提出了造成灾害发生的主要影响因素，并提出如下几条结论与建议。

(1)大中山隧道突涌水来源主要为基岩裂隙水，按最大每小时抽水预估涌水量约为7 920 m3/d。根据现场后续监测实际抽水量为4 400 m3/d, 与勘察设计阶段预估最大涌水量7 365.5 m3/d相匹配。通过注浆法，完全可以对涌水路段进行处理。建议增加注浆设备，注浆顺序为自下而上注浆，同时调整双液浆比例，以缩短水下凝固时间。

(2)大中山隧道塌方路段的地层主要是砂、泥岩互层的软质岩，受构造影响局部岩体破碎。该段埋深为572 m, 受自重应力、岩体完整性、结构面等综合因素的影响，出现了局部的塌方。建议先对涌水进行处理再进行开挖，开挖时要缩短进尺，缩短拱架间距，加强初期支护。

(3)建议隧道施工加强支护及围岩的量测变形，加强隧道超前预报数据的分析能力，准确掌握隧道围岩地质情况，为隧道的动态施工、动态设计提供准确的数据支撑。

参考文献

[1] 中交第一公路勘察设计研究院有限公司.墨江至临沧高速公路勘察设计图纸[M].2017.

[2] 中铁十六局集有限公司.大中山隧道出口突水滑塌安全专项施工方案[M].2018.

[3] 中铁西南科学研究院有限公司.大中山隧道超前地质预报报告[R].2018.

[4] JTG D70-2004 公路隧道设计规范[S].

[5] TB 10049-2004 铁路工程水文地质勘察规程[S].