（地质工程专业论文）安徽绩溪至长安段隧道工程地质问题研究.pdf

安徽绩溪至长安段隧道工程地质问题研究 摘要 近年来，由于我国高速铁路和高速公路的大力发展，隧道工程的地质问题研 究也越来越多本文从地质填图和实测剖面入手，分析隧道及其周围的构造特征 和变形特性研究隧道所涉岩体的节理特征及其对隧道稳定性的影响：断层特征 及其对隧道稳定性的影响：围岩产状特征及其对隧道稳定性的影响论文还研究 了地下水对隧道稳定性的影响和拟建场地抗震性能的评价，并对隧道的物探和 钻探进行了研究，对围岩质量也进行了评价论文对于隧道的设计和施工都有较 大的借鉴意义 关键词：隧道：节理；断层：围岩产状：评价 r e s e a r c ho f a n h u ij i x it oc h a n g a n s e c t i o n so ft h et u n n e l e n g i n e e r i n gg e o l o g i c a lp r o b l e m s a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，d u et ot h es t r o n gh i g h - s p e e dr a i l w a ya n dh i g h w a yd e v e l o p m e n t ， e n g i n e e r i n gg e o l o g i c a lp r o b l e m so ft h et u n n e li sa l s oi n c r e a s i n g t k sp a p e ra n a l y s i s e st h e s 1 _ 肌c n l r a lc h a r a c t e r i s t i c sa n dd e f o r m a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so ft h et u n n e la n da r o u n dt h et u n n e l t h o u g hg e o l o g i c a lm a p p i n ga n df i e l dd a t a t h j sp a p e rt e l l st h er o c kj o i n t so ft h et u n n e la n d i t se f f e c to nt h es t a b i l i t yo ft h et u n n e l ；f a u l ta n di t se f f e c to nt h es t a b i l i t yo ft h et u n n e l ；r o c k o c c u r r e n c ea n di t se f f e c to nt h es t a b i l i t yo ft h et u n n e l t h ep a d e ra l s os t u d i e st h ei m p a c to f g r o u n d w a t e ro nt h es t a b i l i t yo ft h et u n r l e la n dt h ee v a l u a t i o no fs e i s m i cp e r f o r m a n c eo ft h e p r o p o s e ds i t e ，a n dg e o p h y s i c a la n dd r i l l i n gt h et u n n e lh a sb e e ns t u d i e do nt h er o c kq u a l i t y w a se v a l u a t e d p a p e r sf o rt h et u n n e ld e s i g na n dc o n s t r u c t i o nh a v eal a r g e rr e f e r e n c e k e y w o r d s ：t u n n e l ；j o i n t ；f a u l t ；r o c ko c c u r r e n c e ；e v a l u a t i o n 插图清单 图l - i工作区域交通位置示意图4 图2 - 1绩溪地区地质简图1 l 图2 - 2安徽省主要断裂略图1 3 图2 - 3绩溪一浩寨地质剖面示意图1 4 图4 - i煤炭山隧道路线工程地质纵剖面图2 0 图4 - 2煤炭山隧道进出口工程地质横剖面图2 1 图4 - 3煤炭山隧道工程地质图2 2 图4 - 4岭北隧道围岩地层中节理等密图2 3 图4 - 5到溪隧道围岩地层中节理等密图2 3 图4 - 6鸡公关隧道围岩地层中节理等密图2 3 图4 - 7到溪隧道围岩地层中节理等密图2 3 图4 - 8岭北隧道进出口工程地质横剖面图2 6 图4 - 9岭北隧道路线工程地质纵剖面图2 7 图4 1 0煤炭山隧道工程地质图2 8 图5 - i岭北隧道进口处物探解译图3 1 图5 2岭北隧道进口处岩体j 3 1 图5 - 3岭北隧道出口处物探解译图3 2 图5 - 4岭北隧道出口处岩体3 2 图5 - 5到溪隧道进口处物探解译图3 4 图5 - 6到溪隧道进口处岩体图3 4 图5 - 7到溪隧道出口处物探解译图3 5 图5 - 8到溪隧道出口处岩体3 5 图5 9鸡公山隧道进口处物探解译图3 6 图5 1 0 鸡公山隧道进口处岩体3 6 图5 一1 1鸡公山隧道出口处物探解译图3 8 图5 1 2鸡公山隧道出口处岩体3 8 图5 1 3煤炭山隧道进口处物探解译图3 9 图5 - 1 4煤炭山隧道进口处岩体3 9 图5 - 1 5 煤炭山隧道出口处物探解译图4 l 图5 1 6煤炭山隧道出口处岩体4 1 图5 1 7皖南地区地震动峰值加速度区划图4 3 图7 1岭北隧道顶部形成楔形落块示意图。4 7 图7 - 2到溪隧道顶部形成楔形落块示意图4 7 图7 - 3鸡公关隧道顶部形成楔形落块示意图4 8 图7 - 4 图7 - 5 图7 - 6 图7 - 7 图7 - 8 煤炭山隧道顶部形成楔形落块示意图4 8 岭北隧道围岩产状等密图5 l 到溪隧道围岩产状等密图5 1 鸡公关隧道围岩产状等密图5 l 煤炭山隧道围岩产状等密图5 1 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所 知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得金胆王些太堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 t ，、 学位论文作者签字援l 眺签字日期渺年细蜘 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金壁工业太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人授权金胆工些太 兰兰一可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 糊一名：闲桫 签字日期彻秒年幺彤户日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签名： 签字日期：2 1 1 9 年够月呓日 电话： 邮编： 致谢 在此次论文编写的过程中，很多老师和同学给予了我很大的帮助。尤其是要感谢 崔可锐教授，无论是在学习还是实践方面都给了我很多启迪，我受益良多在此诚挚感 谢崔可锐教授和其他老师的谆谆教导，感谢同学们的热心帮助，谢谢! 作者：周帆 2 0 1 0 年0 3 月2 0 日 第一章绪论 1 1 选题依据与研究意义 1 1 1 选题依据 近年来随着世界经济全球化的强烈趋势以及我国融入世界经济体系的决 心，对于交通的要求逐渐增高，铁路及道路的建设尤其引人关注。而在铁路及 道路建设过程中会遇到各种不同的地貌及地质环境，所以对于隧道工程的重视 程度也相应的提高，而相比于其他的工程类型，隧道工程在设计、勘查、施工 上对于稳定性和安全性的要求更高，在全国基础建设日益极大的环境下，对于 隧道工程的研究也就拥有了更强的实际意义。本论文就是在结合实际的工程建 设的前提下，展开对于隧道工程的研究，从而不仅从理论上更是从实践的角度 上对隧道工程做阐述和研究。具有一定的实践价值。 1 1 2 研究意义 隧道是修建在地下或水下并铺设铁路供机车动车辆通行的建筑物。根据其 所在位置可分为山岭隧道、水下隧道和城市隧道三大类。为缩短距离和避免大 坡道而从山岭或丘陵下穿越的称为山岭隧道；为穿越河流或海峡而从河下或海 底通过的称为水下隧道；为适应铁路通过大城市的需要而在城市地下穿越的称 为城市隧道。这三类隧道中修建最多的是山岭隧道。 本论文所选课题来源自导师的科研项目，课题的目的在于研究安徽绩溪至 长安段隧道工程中的构造地质、隧道稳定性等方面，为隧道建设提供参考数据 和建议。该课题的意义是理论和实际相结合，既为生产服务，又作一些理论探 讨，加深岩土学的研究。 隧道是一个世界性课题，由于各国基建工程的需要，隧道广泛应用于道路 建设中，而要既安全又经济的打通隧道，就必须对隧道及周边的地质和构造条 件有充分的认识。为了确保工程的安全和今后的正常运行，并给以后类似的工 程建设提供参考数据和建设经验，必须开展综合性研究，在工程建设、理论上、 学术上有全面细致的研究和评价，使工程建设的意义上一个新的台阶，注入新 的科学涵义，更好的为后人服务。同时也使该工程的建设有着更广的社会现实 意义和巨大的经济利益意义。 从国内外对隧道工程地质的研究来看，喷锚技术的发展和新奥法的应用为 隧道工程开辟了新的途径。在有目的的联系构造历史的基础之上来了解隧道所 处位置的地质条件和构造情况，尤其注意围岩稳定性是该工程的重点，进而择 优选择建设方案，以确保工程的顺利进行。 1 2 隧道工程研究现状 1 2 1 隧道工程地质研究现状 隧道工程地质的研究主要从地层岩性，地质构造和水文地质等方面来考虑。 1 2 2 隧道稳定性的研究现状 隧道的稳定性主要从褶皱，节理和断层对洞室稳定性的影响和围岩产状对 其稳定性的影响等几个方面来考虑。 1 2 3 隧道工程施工研究现状 随着机械设备的不断更新及施工工艺的进步，隧道施工的方法也日新月异。 在以往的工程中洞口施工多采用传统的矿山法。它是以木或钢构件作为临时支 撑，待隧道开挖成型后，逐步将临时支撑撤换下来，而代之以整体式厚衬砌作 为永久性支护的施工方法。这种施工方法拱圈易下沉或受侧压开裂，为保护拱 圈的下沉需提高开挖1 5 2 0 a m ；而且围岩变形大，不利于隧道稳定，拱墙交界 处易渗漏水，质量存在较大的隐患，目前已经很少采用。 随着施工技术的发展，新奥法被提出来。它是把围岩和支护结构作为一个 统一的受力体系来考虑，围岩既是荷载的来源，又是支护结构体系的一部分， 围岩和支护结构相互作用。新奥法施工的基本思想是：充分利用围岩的自承能 力和开挖面的空间约束作用，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时对 围岩进行加固，约束围岩的松弛和变形，并通过对围岩和支护结构的监控、量 测来指导地下工程的设计与施工。 新奥法与传统的矿山法相比，不仅仅是手段上的不同，更重要的是工程概 念，力学概念和设计原理的不同，是人们对隧道及地下工程问题的进一步的认 识和理解，目前在欧洲、美国和日本等国家许多隧道与地下工程中获得极为迅 速的发展，已成为现代隧道工程新技术的标志之一。我国近3 0 年来，通过科研、 设计、施工相结合，在公路隧道工程修建中，根据中国的特点成功地应用了新 奥法，取得了较多的经验，积累了大量的数据，现已进入普遍推广使用阶段。 目前，新奥法几乎成为在软弱的破碎围岩地段修建隧道的一种基本方法，技术 经济效益显著。在隧道开挖方面，开挖方法分为明挖法和暗挖法。明挖法多用 于浅埋隧道或城市铁路隧道，而山岭铁路隧道多用暗挖法。按开挖断面大小、 位置分，有分部开挖法和全断面开挖法。在石质岩层中采用钻爆法最为广泛， 采用掘进机直接开挖也逐渐推广。在松软地质中采用盾构法开挖较多。 钻爆法：在隧道岩面上钻眼，并装填炸药爆破，用全断面开挖或分部开挖 等将隧道开挖成型的施工方法。钻爆法开挖作业程序包括钻孔、装药、爆破、 通风、支护、装碴、运输等工序。 钻爆法开挖采用的方法有全断面开挖法和分部开挖法。全断面开挖法： 一次开挖成型的方法。一般采用带有凿岩机的台车钻孔，用毫秒爆破，喷锚支 护。还要有大型装碴运输机械和通风设备。全断面开挖法又演变为半断面法。 半断面法是弧形上半部领先，下半部隔一段距离施工。分部开挖法：先用 小断面超前开挖导坑，然后，将导坑扩大到半断面或全断面的开挖方法。这种方 2 法主要优点是可采用轻型机械施工，多开工作面，各工序间拉开一定的安全距 离。缺点是工序多，有干扰，用人多。根据导坑在隧道断面的位置分为：上导坑 法、中央导坑法、下导坑法以及由上下导坑互相配合的各种方法，另有把全断 面纵向分为台阶进行开挖，而各层台阶距离较短的台阶法。 盾构法：采用盾构作为施工机具的隧道施工方法。1 8 2 5 年在伦敦泰晤士河 水下隧道首先试用盾构，并获得成功。此后，松软地质多采用盾构法开挖。盾 构是一种圆形钢结构开挖机械，其前端为切口环，中间为支撑环，后端为盾尾。 开挖时，切口环首先切入地层并能掩护工人安全地工作：支撑环是承受荷载的主 要部分，其中安设多台推进盾构的千斤顶及其他机械；盾尾随着上述两部分前 进，保护工人安装铸铁管片或钢筋混凝土管片。盾构法适用于松软地层，施工 安全，对地层扰动少，控制围岩周边准确，极少超挖。 掘进机法：在整个隧道断面上，用连续掘进的联动机旋工的方法。早在1 9 世纪5 0 年代初，美国胡萨克隧道就试用过掘进机，但未成功。直到2 0 世纪5 0 年代以后才逐渐发展起来。掘进机是一种用强力切割地层的圆形钢结构机械， 有多种类型。普通型的掘进机的前端是一个金属圆盘，以强大的旋转和推进力 驱动旋转，圆盘上装有数十把特制刀具，切割地层，圆盘周边装有若干铲斗将 切割的碎石倾入皮带运输机，自后部运出。机身中部有数对可伸缩的支撑机构， 当刀具切割地层时，它先外伸撑紧在周围岩壁上，以平衡强大的扭矩和推力。 掘进机法的优点是对围岩扰动少，控制断面准确，无超挖，速度快，操作人员少。 隧道衬砌：隧道开挖后，为使围岩稳定，确保运营安全，需按一定轮廓尺 寸建造一层具有足够强度的支护结构，这种隧道支护结构称为隧道衬砌。常用 的衬砌种类有就地灌注混凝土类、预制块拼装、喷锚或单喷混凝土、复合式衬 砌。复合式衬砌是在喷锚或单喷支护之后，再就地灌注一层混凝土，形成喷锚 支护同混凝土衬砌结合的复合式衬砌结构。如遇有水地段可在两层支护间加挂 一层塑料板或做其他防水层。 发展趋势：在隧道工程中，喷锚支护有可能取代构件支撑。喷锚支护的主 要优点是支护及时，安全可靠，并能大量节约木材和钢材。欧洲一些国家在较弱 地层的大断面爆破后，采用长锚杆结合喷混凝土做支护，已获得成功。中国亦 曾在老黄土隧道开挖中使用喷锚支护。自喷锚支护发展后，对较弱岩层也可进 行全断面开挖，以全断面开挖取代分部开挖。 1 3 安徽绩溪至长安段隧道工程概况 1 3 1 工程概况 $ 2 1 7 长安至绩溪段改建工程设置4 个隧道：岭北隧道、到溪隧道、鸡公关 隧道和煤炭山隧道。隧道设计标准为二级公路单拱隧道，设计速度6 0 k m h ，净 高5 0 m ，净宽l o 0 m 。各隧道主要设计参数见表1 。 表i 隧道主要设计参数表 隧道名称起止桩号设计长度( )隧道长度分类 岭北隧道k o + 5 2 2 k o + 6 4 0l 1 8 短隧道 到溪隧道 k i + 3 6 5 k i + 4 7 2 1 0 7 短隧道 鸡公差隧道 k 4 + 8 1 i k 5 + 1 0 5 2 9 4短隧道 煤炭山隧道 k 7 + 1 5 i k 7 + 5 8 0 4 2 9 短隧道 l3 2 地形地貌及气象 绩溪是皖南山区县。位于东经8 。2 07 一1 1 8 。5 5 ，北纬2 9 。5 7 一3 0 。2 0 ，与浙江省临安市、安徽省歙县、黄山区、宁国市、旌德县接壤( 图卜1 ) 。 境内地貌以山地、丘陵为主山问谷地面积不大。中低山区丘陵占全境面积的 9 06 。境内地势南高北低，西南及东南分属黄山及天目山山脉。主要山系均是 北东一南西向分布，与区域构造线基本一致。 圈1 - 1 工作区域交通位置示意围 气候温和湿润，年平均温度1 6 1 8 c ，7 ，8 月最热达4 l ，1 、2 月最冷约 一1 0 ，高山区更玲。年平均降雨量1 3 5 0 m m ，5 、6 、7 月为雨季。年最大降水量 为2 9 7 i m m ，年最小降水量为1 0 0 i m m 。全年频率最多为东北风，风速平均为1 9 米秒，犀大风速可达2 0 米秒。年均无霜期为2 3 3 天，年均辐射总量l i l 9 千卡c m2 ，日照时数为1 9 2 83 h ，光照充足。全区植物茂盛，南部为森林区。 水系属扬子江水系，东南小部分届钱塘江水系。 隧道区域位于绩溪县南部，走向自北向南，地形、地貌条件复杂，地势高 差大，地貌多样，有山地，山间河流及谷地、丘陵等。 1 4 主要研究内容及工作量 1 4 1 主要研究内容 本次工程地质调查与测绘采用了地质填图、实测剖面、特殊地质情况定点 研究，大量节理测量、室内岩土试验与外围地质踏勘等方法。首先对镇头隧道， 九里坑隧道比较线和九里坑隧道推荐线3 个隧道的进出口和隧道路线沿线作实 测剖面。随后对周围进行踏勘追索。填绘了1 0 条工程地质剖面图和l ：1 0 0 0 地形地质图，其次对围岩产状和节理产状进行了大量测量，作出了等密图，为 进一步分析围岩产状和节理产状对隧道稳定性的影响打下了良好基础。第三， 在地质调查中对断层作了重点研究，分析其产状对隧道稳定性影响，对断层的 规模、性质、切割程度及其演化作了研究。对控制性的断层和节理作了统计、 观察和照相。最后，在隧道的测量剖面上取样，进行手标本鉴定，室内镜下鉴 定和岩石物理力学性质的测试。野外工作结束后，对所有资料进行了整理分析， 测试、作图，共同讨论和核对。绘制了l ：1 0 0 0 地形地质图，工程地质横、纵 剖面图，编写报告。 辅以物探，钻探，声波测试等工作。 1 4 2 完成的工作量 本次勘察采用工程地质调查与测绘、工程物探、钻探、室内试验等手段对 隧道区进行综合工程地质勘察。 各勘察专业针对具体工程对象开展工作、研究。工作过程中密切配合，相 互验证，反复推敲、研究，切实有效地解决了有关工程地质问题，确保了勘察 任务的完成， 1 、工程地质调查与测绘 ( 1 ) 工程地质调查和测绘内容、任务和要求 查明隧道通过地段地形、地貌； 查明隧道通过地段地层岩性、成因、地质年代、岩层层序、接触关系， 岩石物理力学性质； 查明各类构造的类型、产状、几何要素，岩体破碎风化程度、规模及影 响范围； 分析隧道及其周围区域的构造特征和变形特征，研究隧道所涉岩体的节 理特征及其对隧道稳定性的影响、断层特征及其对隧道稳定性的影响、围岩产 状特征及其对隧道稳定性的影响： 查明隧道区井泉分布、含水层、隔水层性质等水文地质条件，查清地下 水类型、补给、径流、排泄条件、地下水侵蚀性，研究构造带地下水对隧道的 5 稳定性影响( 构造控水地质调查及评价) ； 查明隧道口是否通过煤层、矿体、采空区、岩溶区、防空洞等特殊地 质及不良地质地段； 查明隧道所在区域地震动峰值加速度，评价拟建场地的抗震性能。 ( 2 ) 工程地质调查与测绘方法 本次工程地质调查与测绘采用填地质图、实测工程地质剖面、定点研究特 殊地质情况点、大量测量岩层节理、室内岩土试验和隧道外围地质踏勘等方法。 首先沿岭北隧道、到溪隧道、鸡公关隧道和煤炭山隧道路线方向进行踏勘， 填绘工程地质图；在4 个隧道的进口、出口处实测剖面，编制工程地质剖面图； 再对隧道周围地质进行了追索踏勘。 其次对围岩产状和节理产状进行大量测量，作产状等密图，为分析围岩产 状和节理产状对隧道稳定性的影响准备了资料。 第三，对断层作重点研究。对控制性的断层和节理作统计、观察和照相， 对断层的规模、性质、切割程度及其演化作研究，分析其产状对隧道稳定性影 响。 最后，在隧道的测量剖面上取样，进行手标本鉴定、室内镜下鉴定。 野外工作结束后，对资料进行整理分析，测试、作图，共同讨论和核对。 ( 3 ) 工程地质调查与测绘工作完成情况 根据工程地质调查和测绘内容和要求，我院根据公路工程地质勘察规范 ( j t j 0 6 4 9 8 ) 、公路隧道设计规范( j t gd 7 0 2 0 0 4 ) ，参考岩土工程勘察规 范( g b 5 0 0 2 卜9 4 ) 、铁路工程地质勘察规范( t b1 0 0 1 2 2 0 01 ) 等，编制了s 2 1 7 长安至绩溪段改建工程隧道工程地质调查与测绘纲要，经审阅后于2 0 0 8 年1 2 月1 2 日开始野外工作，于1 2 月2 1 日完成。回合肥后进行了室内资料收集，野 外资料整理，岩石样品整理、分类、测试和试验成果分析及资料的分析和研究， 填绘了4 幅1 ：1 0 0 0 工程地质图，编制了1 2 条工程地质横、纵剖面图，编写了 工程地质调查与测绘成果报告。完成的实物工作量详见表2 。 表2 工程地质调查和测绘完成实物工作量统计一览表 6 2 、工程物探 ( 1 ) 工程物探内容、任务和要求 工程物探工作在岭北隧道轴线( 里程桩号：k 0 + 5 5 4 - - - k 0 + 6 7 4 ) 、到溪隧道轴 线( 里程桩号：k 1 + 3 8 7 k 1 + 4 8 7 ) 、鸡公关隧道轴线( 里程桩号：k 4 + 8 8 0 - - 一k 5 + 1 6 0 ) 和煤炭山隧道轴线( 里程桩号：k 7 + 2 2 0 k 7 + 6 8 0 ) 以及各隧道进、出口地段进 行勘查。 具体要求是： 查明隧道轴线段及进出口地段地层分布、地层岩性、岩石风化程度、 岩体破碎带分布位置以及覆盖层厚度； 查明隧道轴线段及进出口地段断层的位置、规模、影响范围、产状等 特征； 查明构造带及岩体的含水性； 查明隧道轴线段及进出口地段有无溶洞、采空区等不良地质现象； 测定钻孔中岩体及岩芯岩块试件的弹性纵、横波波速，求得岩体弹性 特征值及岩体的完整性系数。 ( 2 ) 工程物探方法 本次隧道工程物探主要采用大极距、高密度电阻率测深法和声波测井、岩 块试件波速测试法。大极距、高密度电阻率测深执行标准为电阻率测深法技 术规程( d z w0 0 7 2 1 9 9 3 ) 。声波测井执行标准为地基动力特性测试规范 ( g b t 5 0 2 6 9 9 7 ) 和建筑抗震设计规范( 6 b5 0 0 11 2 0 0 1 ) 。 本次大极距、高密度电阻率测深测量工作装置采用施伦贝尔热对称四极测 深装置，最大供电极距h b 2 = 7 5 0 m ，供电电压5 4 0 v 。使用的仪器为中国重庆地质 仪器厂研制生产的d u k 型高密度电法测量系统。其系统配备有专用的测量软件， 对所采集的数据进行处理和成图。 声波测井采用单孔测试方法，地面激发，井中接受，测量点距1 m 。测量仪 器为中国武汉岩海公司生产的r s 一1 6 1 6 k 型工程检测分析仪。 岩块试件波速测试，测试前将岩块两端截面切割平整，再把震源和拾震仪 置于岩块两端进行反复测试。测试仪器为中国武汉岩海公司生产的r s s t o i d ( p ) 型声波检测仪。 ( 3 ) 工程物探的前提与解译依据 任何一种地球物理方法探测“目标物”都要根据所使用的探测方法原理， 7 结合实际地质情况，建立“异常标志”。 本次勘查的隧道经过地段基岩地层岩性为千枚岩、千枚状板岩、粉砂质板 岩、岩屑粉砂岩、岩屑细砂岩、凝灰质细砂岩、凝灰质板岩、沉凝灰岩和石英 脉岩，相同构造层中不同的岩石导电性( 电阻率) 是存在差异的，其电阻率定 性关系为：石英脉电阻率最高；凝灰质细砂岩 凝灰质板岩 沉凝灰岩；岩屑 细砂岩 岩屑粉砂岩；含砾凝灰岩 千枚岩；干枚状板岩 粉砂质板岩。由此， 根据电阻率法测量结果可以划分出岩体接触界线及判别出岩体岩性。 一般来说，风化岩石的电阻率比新鲜完整的岩石电阻率低或风化岩石的电 阻率不均匀，往往在岩石风化壳界面处地下水较富集( 潜水面) ，此处电阻率出 现极小值，电阻率测深曲线应呈h 或g 型地电结构，据此可圈定岩体风化线位 置。 岩石裂隙发育或发生断裂破碎，常常裂隙或断裂破碎带中充填泥质物或地 下水体，此时电阻率下降，电阻率测深曲线则变成h a 或a 型地电结构特点，因 此可根据地电断面异常特征来推测断裂破碎带或裂隙发育带位置及产状。 经过对本次所有电阻率测深剖面资料进行滤波、地形校正、二维反演计算 解释和电阻率成像，利用电阻率测深首支曲线形态，求得各个电阻率测深点的 风化线位置，利用电阻率地电断面异常特征，解译岩体岩性、断层破碎带分布 位置及产状。 ( 4 ) 工程物探工作完成情况 现场外业探测工作于2 0 0 8 年1 0 月2 3 日开始，2 0 0 8 年1 1 月15 日结束， 历时2 4 天。完成大极距高密度电阻率测深法测线共1 2 条：岭北隧道轴线l 条， 勘查剖面长度1 2 0 m ( k o + 5 5 4 一- - k o + 6 7 4 ) ；到溪隧道轴线1 条，勘查剖面长度l o o m ( k i + 3 8 7 - - 一k 1 + 4 8 7 ) ；鸡公关隧道轴线l 条，勘查剖面长度2 8 0 m ( k 4 + 8 8 0 k 5 + 1 6 0 ) ：煤炭山隧道轴线1 条，勘查剖面长度4 6 0 m ( k 7 + 2 2 0 k 7 + 6 8 0 ) ；上述 隧道进、出口横剖面测线各1 条，勘查剖面每条长度5 0 m ，计4 0 0 m ；剖面线总 长度1 3 6 0 m 。 隧道轴线纵剖面勘查，点距一般l o m ：在冲沟地段点距加密至5 m ；当遇陡 崖、工作人员无法到达时，点距3 0 - 5 0 m ：隧道进出口地段横剖面勘查，点距 均为5 m 。声波测井共完成测试孔8 个，计2 0 2 7 m 。 3 、钻探 ( 1 ) 钻孔布置和数量 钻孔的位置和数量应视地质复杂程度并根据区域地质资料分析以及工程地 质调查与测绘、物探所发现的疑点、重点、异常点来拟定。洞门附近覆土较厚 时应布置钻孔：地质复杂时洞身应按不同地貌单元布置钻孔：主要的地质界线、 重要的不良地质、特殊岩土地段等处应有钻孔控制。根据上述原则，本次钻探 共布置钻孔8 个：每个隧道进口、出口处各布置1 个，共8 个。 8 ( 2 ) 钻孔深度 根据钻探目的和规范规定而定，一般钻到设计隧道洞底标高以下2 - - - - 3 m 。 本次钻探钻孔单孔深度为1 0 4 4 5 2 m ，总进尺2 0 2 7 m 。 在钻探过程中，为了测定隧道通过地段岩土物理力学性质，在设计洞底标 高以上相当于3 倍洞径高度范围内取了岩样做室内岩石抗压试验，共取岩样1 9 件；为测定岩石波速，取岩石波速测试岩样4 5 件。 1 5 主要成果与创新点 本次绩溪至长安段隧道工程地质研究主要从地层，地质构造等几方面对该 地区进行了研究，得出了很多关于岩性，褶皱，断层，节理等的数据和结论。 并从围岩产状等处着手，对围岩进行分级和质量评价。 本论文从隧道沿线及围岩的地层，岩石入手，进而对隧道沿线及围岩的节 理、断层和地层产状进行研究，同时考虑到地下水，地震的影响因素。论文采 用实地勘察，取样，物探和钻孔，室内实验、分析、计算和作图等手段，能很 好的解决隧道稳定性研究。论文的完成既能解决生产的实际需要，又能为今后 皖南地区隧道的建设提出参考资料。具有一定的价值。 9 第二章安徽绩溪至长安段隧道工程区域地质研究 2 1 地层岩性 绩溪地区地层区划属中国地层区划扬子地层区江南地层分区皖南小区。县 境内地层自老至新发育较全，主要为中元古界( p t ) 、青白口系( q n ) 、震旦系 ( z ) 、寒武系( ) 、奥陶系( 0 ) ，次为少量志留系( s ) 及侏罗系( j ) 和自垩 系( k ) ，第四系( q ) 仅沿现代河谷有少量分布。地层总厚度大于1 8 0 0 0 米，其 中中元古界和震旦系分布最广，约占总面积的2 3 。区域内地层因受后期构造 破坏和岩浆侵入影响，内部分布较乱。( 参见图2 1 、图2 - 2 ) 。 本区中元古界( p t ) 地层称上溪群( p t ：s h ) ，是属于区域动力变质形成的 板岩千枚岩系。岩石的粒度以砂粉砂级和粘土级两个粒级为主，碎屑物成 分复杂，含大量岩屑；具有递变式韵律层理组成的复理石层构造和舌状、长条 状、鳞片状、肋骨状等定向像形印模或印痕等层面构造，并发育交错层、波状 层理、微细水平层理等。每个复理石韵律层的厚度一般为2 1 0 a m ，部分为4 0 - - - 6 0 a m 。其韵律结构基本是以粉砂质为主的单元和以泥质为主的单元或者是其两 者的组合，个别可能有砂质单元存在，属于不完全韵律和十分不完全韵律的砂 粉砂质为主体的复理石类型。上溪群被青白口系或震旦系不整合覆盖，沉积建 造、构造变形和变质作用特点与上覆层都有明显的区别。 青自口系( q n ) 是一套碎屑岩中性岩浆岩系，岩性为轻变质细砾岩、千 枚状板岩、含砾长石石英砂岩、砾岩等，底部以粗屑岩覆于上溪群的不同层位 上，二者层理有明显交角。 震旦系( z ) 地层，与下伏中元古界为不整合接触，下震旦统一一休宁组 ( z 。x ) ，为一套陆相碎屑岩，下部为黄绿、紫红色厚层底砾岩、含砾细砂岩、 灰紫色厚层细砂岩、粉砂岩组成，向上岩石颗粒变细，中部为灰绿、灰黄色中 至厚层条带状粉砂岩为主，夹细砂岩及页岩，上部为紫红色中厚层粉砂岩，紫 红、灰黄、青灰色细砂岩，灰紫色粉砂质页岩；雷公坞组( z 1 1 ) ，为冰一火山 混合型沉积，岩性为深灰、灰绿色厚层块状含砾凝灰岩。上震旦统一一蓝田组 ( z ：1 ) 、皮园村组( z 。p ) ，为含锰白云岩、页岩、板岩及泥岩、硅质岩等组 成。 寒武系( ) 地层，下统一一荷塘组( 。h t ) ，以薄板状炭质页岩为主，底部 夹棱磷结核及高炭质页岩，往上夹数层灰岩；中统一一杨柳岗组( 。y ) ，下部 为深灰色中厚层微细层理灰岩夹炭质页岩，中部为黑色薄板状炭质页岩夹灰岩， 上部为深灰色薄至中厚层泥质条带灰岩、微细层理灰岩；上统一一华严寺组( 。h ) ，以灰黑色薄至厚层状泥质条带灰岩为主，夹钙质页岩。 奥陶系( 0 ) 地层，下统一一宁国组( 0 。) ，岩性为灰绿色、灰黑色页岩、 硅质页岩；中统一一胡乐组( 0 2 ) ，岩性为黑色硅质页岩、棕色泥质砂质页岩； l o 比例， 图2 1 绩溪地区地质简图 上统一一新岭组( o 。) ，岩性为灰绿、黄绿、深灰色粉砂质页岩、页岩及青 灰、灰、灰绿厚层细砂岩。 白垩系( k ) 地层，为白垩系下统一一徽州组( k 。h ) ，下部为砖红色块状 砾岩、角砾岩夹透镜体状砂岩；中部以砖红色中至厚层细砂岩为主，夹砂质、 钙质页岩、页岩及灰白色粘土岩；上部为紫红色厚层细砂岩、含砾砂岩与厚层 砂砾岩互层。 本区内岩浆岩活动比较强烈而广泛。侵入岩以中酸性岩系为主，呈岩基、 岩株、岩脉产生，基性岩少见。侵入岩具多旋迥性，有雪峰、印支、燕山三个 旋迥。燕山旋回按相对顺序又划分为三期。岩石类型主要为花岗闪长岩、二长 花岗岩、闪长岩、花岗岩和石英二长斑岩。 2 2 地质构造 绩溪地区大地构造单元为扬子准地台级构造单元，下扬子台坳二级构造 单元，皖南陷褶断带三级构造单元，黄山凹褶断束和绩溪穹褶断束二个四级构 造单元。本区扬子准地台形成于皖南构造旋回( 造山运动) 。其基底为中元古界 上溪群，为一套区域动力变质的浅变质岩系，经过了强烈的变形、变质作用改 造，使得原始地层层序难以恢复，厚度大于1 3 3 5 4 m 。震旦系和古生界地层直接 覆盖于中元古界浅变质岩系之上。 本区属于多旋回构造运动地区，地史上历经雪峰( 皖南) 、加里东、印支、 燕山及喜山等运动影响。其中雪峰及印支运动主要表现为强烈的褶皱运动，加 里东运动表现为区域性差异上升，燕山运动以块断运动为主，喜山运动属振荡 挤压运动范畴。印支期以来的区域构造应力场演化特征是：印支一燕山早期为 n n w s s e 、近n s 向挤压，陆内造山作用发育，属古特提斯构造域；燕山晚期即 早白垩世早期，n w s e 向挤压，北东向断裂发生左行走滑运动，属西环太平洋 构造域；早白垩世晚期一古新世( 始新世) ，n w - s e 向伸展作用，本区及其周边 处于强烈的伸展断陷作用阶段：新生代，受区域上近e - w 向的挤压作用影响， 本区内发生挤压逆冲作用。正是由于历次运动的性质差异造成了本区构造形态 的时间差异及空间差异。 本区的褶皱主要形成于雪峰期、印支期，喜山早期。雪峰期褶皱由中元古 界浅变质岩系组成，轴向自东向西，由近东西逐渐向北东偏移，枢纽向北东倾 伏，形态复杂，常呈倒转或扇形褶皱，区内的汪满田背斜，形态自西向东由倒 转褶皱逐渐变成扇形褶皱。印支期褶皱主要为绩溪复背斜，由震旦系及中元生 界组成，形态复杂，线性明显。由于轴部的震旦系自下而上岩性软硬和单层厚 度不一，故复背斜倾没位置的震旦系组成的次级褶皱横剖面表现为不协调褶皱， 平面形态形似花边，经剥蚀后震旦系呈群岛状分布。喜山运动形成的褶皱，主 要为绩溪县城附近下白垩纪宣南组在构造上表现呈和缓的“盆状向斜 状褶皱。 区内断裂构造发育，主要为北北东向断层，与褶皱伴生的断裂发育较差。区域 性深大断裂主要有旌德断裂、绩溪断裂、虎( 岭关) 月( 潭) 深断裂，特点 如下：1 、旌德断裂( 2 2 ) ，发育于上溪群至上白垩统宣南组中，切割的最新地 层为晚白垩世宣南组。岩石破碎，角砾岩、裂隙、擦痕及褶曲发育。断裂控制 并切割印支期花岗闪长岩岩体，钻孔揭示深部煤层未遭破坏，证明断裂作用较 浅。断裂北段显示为重磁梯变带。印支期末、喜马拉雅中期活动强烈。2 、绩溪 断裂( 2 3 ) ，断裂总体走向3 0 。，省内长约2 4 0 k m ，断层面倾向s e ，倾角3 0 - - 4 5 。，局部5 0 7 0 。破碎带宽数米至数十米，断距数百米至数千米，沿断裂 带岩石破碎，角砾岩化、糜棱岩化、硅化、片理化强烈，褶皱发育。断裂沿线 串珠状分布着金沙、绩溪早白垩世盆地。寒武系地层自东向西逆冲在白垩系地 层之上。该断裂起始于燕山中期，燕山晚期活动强烈。3 、虎( 岭关) 月( 潭) 深断裂( 3 4 ) ，断裂走向4 0 - 5 0 。，断层面以倾向南东为主，倾角多变，陡者直 立，缓者2 0 3 0 。，断裂带宽达2 0 0 m 。断裂北段发育在震旦系、寒武系地层内， 1 2 南段发育于蓟县系长城系地层中。断裂南东的次级断裂发育，常密集成带， 它们以十公里左右等距分布，大多发育在震旦系、寒武系地层中，部分切过侏 罗系及燕山晚期岩体。该断裂形成于皖南期( 雪峰期) ，皖南期末活动强烈，印 支期及燕山期活动微弱，属壳断裂。 图2 - 2 安徽省主要断裂略图 2 3 水文地质 区域属新安江流域，主要河流为新安江支流练江上游大源河、扬之河和登源河， 河流水位、流量变化较大，受降水影响明显，汛期多发生洪水，枯水期往往河床见底。 由于水位变化大，河流侵蚀强弱不一。据练江渔梁站监测资料表明：多年平均径流量 4 1 8 6 m 3 s ，最大洪峰流量6 6 3 0 m 3 s ，流域面积1 5 9 9 k m 2 ，最高洪水位为1 1 6 1 m ( 1 9 9 8 年6 月2 6 日6 时) 。 隧道区域山间地表溪流发育。主要的山间河流是大源河及其支流。大源河为典型 的山区河流，流域面积小，河谷狭窄，河流下切强烈：河床基岩裸露或覆盖砾卵石、 漂石；河谷纵坡比较大，河流水流湍急；暴雨和山洪同时发生：暴雨季节洪峰流量、 水位猛涨陡落，在降雨发生后一两天或几小时内，便可使河流径流量猛增，出现很大 的洪峰：随着降雨中止，流量迅速下降，洪峰随之消失。其它的山间河流规模较小、 水量也较小，多数只是在雨季流水。 1 3 。 甘 匝帕憔阻赢峰霁滕艇隧 骣山匝 。=卅lil 掣盘 i 一 n 匝艟憾喧覆蟮皋雠瘿l踯螺 l l 互n l l f 上釉 第三章安徽绩溪至长安段隧道工程场地工程地质研究 3 1 拟建场地各岩土层的分布及其性质 拟建场地内主要的岩类为硬质岩石。在隧道的进出口的山脚下及河沟里可 见小部分第四系松散物质覆盖，其岩性为粉土质亚粘土和砂砾，厚度较薄，仅 0 2 0 5 m 。隧道山体表面为风化层，平均厚约0 2 - 0 5 m 。拟建场地内基岩共分 1 0 层，其中层为脉体；层属震旦系下统休宁组上段，层属震旦 系下统休宁组下段；层属中元古界镇头组；层属中元古界牛屋组。 拟建场地内没见岩体出露。现根据实测地层剖面和地质填图，并结合室内试验 结果，自上而下分别叙述： 一、脉体 石英脉：灰白色、白色，地表不易风化。岩石新鲜断口处可呈贝壳断口， 具油脂光泽。岩石致密，坚硬，块状构造，呈脉状产出，为中元古界和震旦系 地层中的夹层。镜下鉴定：岩石主要由石英矿物组成，石英矿物双晶明显，边 缘不规则状，具有波状消光现象。 该类岩石为侵入在地层中的脉体，脉体宽度1 0 - 4 0 c m ，主要分布在休宁组 泥 质粉砂岩、沉凝灰岩，以及中元古界镇头组和牛屋组中。由于不易风化，野外 出露明显，但数量较少，脉体中有2 组节理分布，岩石完整性较好。 二、震旦系休宁组上段( z , x 3 ) 凝灰质细砂岩：灰紫色、青灰色等，地表风化多呈灰褐色，新鲜面上韵 律层清楚，岩石致密，块状构造。镜下鉴定：变余砂状结构，变余层理构造， 主要矿物以石英、长石和云母为主。矿物颗粒边缘清晰，仅少数边缘有重结晶 的现象，基本上保持原岩的结构构造。矿物颗粒之间为凝灰质充填。 该层岩石主要分布在比较线隧道的进出口处及沿线，推荐线的进出口处及 沿线。总厚度大于2 0 0 米，岩体结构为厚层状，岩体中四组节理比较发育，裂 隙面常见有铁质侵染，最大裂隙宽约3 厘米，常充填泥质及碎石。 该岩体内部发育有断层，当岩体的临空面和断层产状致时，或临空面的 倾角大于断层倾角时，地表易形成滑坡。 沉凝灰岩：灰绿色、灰黑色，地表风化后多呈褐色，岩石新鲜断口处微 细层理清楚，岩石致密，块状构造。该类岩石常和凝灰质细砂岩互层。镜下鉴 定：具有较清楚的凝灰结构，岩石碎屑物有少量岩屑和晶屑，大部分为陆源碎 屑组分，碎屑物占岩石的3 5 。陆源碎屑物磨圆较好，火山碎屑物有熔蚀现象， 有的碎屑呈鸡骨状。 该层岩石主要分布在推荐线隧道和比较线隧道沿线，镇头隧道进口处也有 分布。总厚度大于1 0 0 米。岩体结构呈中厚层状，四组节理比较发育，层面易 形成裂隙，最大裂隙宽约3 厘米，充填泥质及碎石。部分岩石手标本中有细小 的石英脉穿过。 凝灰质板岩：灰绿色、灰红色、灰白色，风化后多呈褐色，断口处板理 清晰，岩石较细密，板状构造。镜下鉴定：变余层状构造或板状构造，新生矿 物很少，没有明显的重结晶，主要由凝灰质组成。 该类岩石主要分布在推荐线的出口处，总厚度小于1 0 米，岩体结构呈板 状，板理较发育。岩体中有4 组节理面，岩石完整性较差，沿板理岩石易剥落 破碎，岩石中最大裂隙面宽约4 c m 。 三、震旦系休宁组下段( z 。x ) 岩屑细砂岩：灰绿色、灰白色，风化后呈灰黑色，岩石致密，块状构造。 镜下鉴定：变余砂状结构，变余层理构造，主要矿物为石英、长石、云母和岩 屑组成，矿物颗粒边缘清晰，磨圆度较好，基本上保持原岩的结构构造。 该类岩石主分布在镇头隧道的出口处及其南段沿线，总厚度大于5 0 米， 岩体结构呈中厚层状，内中有4 组节理发育，裂隙面上具有铁质侵染，岩体中 最大裂隙宽约3 c m 。 岩屑粉砂岩：灰黄色、灰白色，风化后呈黄褐色，岩石致密，块状构造。 镜下鉴定：变余砂状结构，变余层理构造。主要矿物为长石、石英、云母和岩 屑，矿物颗粒细小，表面不干净，基本上保持原岩的结构构造。 该类岩石主要分布在镇头隧道的出口处及其南段沿线，总厚度大于8 0 米， 岩体结构呈厚层状，内中有4 组节理发育，岩体中最大裂隙宽约4 c m ，常充填 泥质及碎石。 四、中元古界镇头组( p t 。z h ) 含砾凝灰岩：灰白色、灰褐色，风化后呈褐色或灰绿色，岩石致密，块 状构造。镜下鉴定：变余，含砾沉凝灰结构，砾石由长石、石英晶屑和少量岩 屑组成，岩石轻变质。 该类岩石主要分布在镇头隧道的进口处及北段沿线，总厚度大于3 0 米， 岩体结构为中厚层状，内中发育6 组节理，岩体较坚硬完整，岩体中最大裂隙 宽度约2 c m 。 千枚岩：浅黑色，灰绿色，新鲜面上灰黑色，具显微鳞片变晶结构，变 余泥质结构，变余粉砂质结构，千枚状构造。镜下鉴定：新生矿物主要为绢云 母、绿泥石及不定量的石英、钠长石等组成，岩石中还有残留的石英粉砂。 该类岩石是主要分布在镇头隧道进口及北段沿线，总厚度大于2 0 0 米，岩 体结构为薄层状，内中发育6 组节理。沿层理易形成裂隙，且易剥落。最大裂 隙宽约6 c m ，岩石本身较坚硬。 五、中元古界牛屋组( p t ：n ) 千枚状板岩：灰黑色，新鲜面灰白色，风化后呈黑色，断口处千枚理清 1 6 楚，