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1、成都理工大学 硕士学位论文 国道317线鹧鸪山隧道施工地质预报研究 姓名：谢勇谋 申请学位级别：硕士 专业：地质工程 指导教师：李天斌 20040601 国道3 1 7 线鹧鸪山隧道旌工地质预报研究 摘要 鹧鹚山隧道属深埋长大隧道，地质条件复杂。对鹧鸪山隧道进行系统化的施工地质预报实践与研究。 不仅对该隧道的正常施工具有重要指导意义，对于其它隧道工程的地质预报工作也具有重要的借鉴作 用。 通过现场跟踪调查、测试与试验、监控量钡l 及室内试验、分析计算等工作，主要获得了以下研究成 果： ( 1 ) 打破传统思路，将施工地质预报的工作内容由主要进行地质条件的预报扩展哥地质条件预报 与地质灾害预报并
2、重进行。 1 ( 3 ) 弹性应变能指数( W e t ) 判据法。该法由波兰学者K i d y b i n s k i 提出，将岩石在单 轴抗压强度试验时加载到( 0 7 , - 0 8 ) R b ，然后再卸载到0 0 5 R b ，卸载所释放的弹性应变能和 损耗的弹性应变能之比值，定义为弹性应变能指数( W e t ) 。根据波兰国家标准：W e t s 5 0 ， 将发生严重岩爆：W e t = 2 O 4 9 ，将出现中低烈度严重岩爆；W e t 4 0 级地震，米亚罗断裂的南段较北段更为频繁、密集一些。 抚边河断裂与米亚罗断裂均有相似的压应力集中现象，但剪应力变化梯度则是抚边河断裂
3、要强于米 亚罗断裂，地球物理场和地应力地震活动性分析认为抚边河断裂深部及地震活动和影响均明显强于 米亚罗断裂，其对深部地球物理场的影响强，这正是抚边河断裂发生强震而米亚罗断裂不发生强震 的重要原因。相比之下，虽然米距罗断裂也不能排除发生强震的可能性，但由于它的地表构造活动 形迹和地震活动强度，均不能和抚边河断裂相比，估计发生强震的震级为6 5 级，其概率亦应小丁 1 6 成都理工大学硕士学位论文 抚边河断裂。 根据1 9 9 5 年8 月四川地震局工程地震研究所关于国道3 1 7 线鹧鸹山隧道工程场地地震安全性 评价报告认为工程场区范围内地震活动水平较低，仅有3 次5 0 级地震和1 次6 6
4、 级地震。考虑到 隧道东洞口存在的中更薪世活动以来的米亚罗断裂，雨且不排除该断裂存在发生6 5 级地震的可能 性，隧道区5 0 年内超过概率1 0 的条件下，其最大可能遭遇的地震烈度为度，又据1 9 9 0 年版1 ： 4 0 0 万中国地震烈度区划图隧道区地震基本烈度为度。 2 4 3 现代构造应力特征 该区构造应力场自第四纪以来基本保持稳定，中更新世中期前，最大主压应力为N W W - - S E E 向展布，新构造运动以垂直向为主，中更新世晚期以来，最大的主应力方向分布没有变化t 但倾角 近水平，区内断裂具有挤压型的走向滑动特征。应力状态相对稳定，由于该区构造形迹比较单一、 稳定。主压应
5、力方向并无明显的扰动。主压应力及剪应力的集中，也仅与该区断裂构造有关，主要 分布在抚边河断裂和米亚罗断裂南段而隧道区附近不存在明显的应力集中区。虽然钻孔不司深度 地应力测试，结果存在差异，即三家寨倒转背斜东翼深部最大水平主应力方向平均为N 4 5 。W ，与隧 道夹角为2 6 0 2 7 。，三家寨倒转背斜西翼深部最大水平主应力方向为N 8 7 。E ，与隧道夹角2 0 6 - 2 1 。 但从区域地质构造线大多为N W N W W 向为主分析，与隧道洞轴线方向基本一致，对隧道稳定较 为有利。 新构造运动特征对隧道稳定性影响：隧道区位于巴颜克拉冒地槽内，晚更新世以来，它的平均 抬升速率为l m
6、 m a 左右。差异性运动主要分布在抚边河断裂一线，米亚罗断裂上尚未发现有明显 的差异性活动，表明隧道区处于整体抬升稳定区。综上所述，从地壳稳定性方面评价，隧道区位于 基本稳定区的范围之内。 2 5 水文地质 2 5 1 区域水文地质条件 鹧鸪山隧道工程区域水文地质条件受地形、气候、地层岩性、地质构造等控制，区内地下水不 甚发育，主要含水层为第四系堆积层，以孔隙含水为主。其次是基岩裂隙含水，基岩裂隙含水主要 位于强风化带内地表以下1 3 0 m - 1 9 0 m ，基岩裂隙地下水较贫乏。 鹧鹅山分水岭及其两侧河谷斜坡区，山高、坡陡、谷深、支沟发育，但流程短。地表水径流排 泄快，大气降雨量集中
7、，大部分快速E x 沟谷，少量渗入地下。I ；8 1 此，区内地下水的补给来源少， 且与地表水呈互补关系，受季节性影响大。 分水和河谷陡坡地段第四系坡积、残积角砾土层薄或基岩己裸露，堆积层中的孔隙水较少：河 ( 沟) 谷内、阶地或洪积扇的第四系冲洪积块石砾石土、块石土较厚( 2 2 0 m ) ，孔隙水较发育，但 萁径流途径短，排泄快。地下水浅层贮存量较少。 区内地下水的出露条件主要受地形影响。海拔4 0 0 0 米以上的流量较小，以第四系堆积孔隙水和 基岩裂隙水为主。海拔3 4 0 0 4 0 0 0 米的陡坡地段，地下水以基岩裂隙水为主，海拔3 1 0 0 3 4 0 0 以 7 国道3
8、1 7 线鹧鸪山隧道施工地质预报研究 下主要是上游沟水和地表水、冰雪融水补给来源多，多以下降泉或泉群在河边、沟口、坡脚出露。 2 5 2 隧址区水文地质条件 隧道区内的基岩为浅变质的细砂岩、板岩、千枚岩、炭质千枚岩、花岗闪长岩均为弱含水层。 变质的细砂岩的渗透系数K = 0 0 0 1I - 0 0 0 1 2 6 r r g d ，板岩K - - 0 0 0 1 1 - - 一0 0 0 1 2 6 m d ，千枚岩或炭质千枚岩 K = 0 0 0 1 7 8 - 4 ) 0 0 4 0 5 m d ，花岗闪长岩K = 0 0 0 1 9 2r r d d 。由于变质细砂岩、板岩、千枚岩相间
9、互层，倾 角陡线状褶皱紧密，挤压强烈，因此。基岩中的裂陲冰的径流方向与地形基本一致，顺岩层层面 纵向运动，各层间的地下水连通性差，无统一的地下水位，水位埋深1 0 4 0 m 不等，加之冲沟发育， 切割强烈，陡坎陡崖多，地下水排泄快，出露条件好，径流途径短，因而基岩裂隙水的储存量较小， 但各层的富水性存在差异与受地质构造影响程度有关，如千枚岩易破碎，渗透f 生略高，变质细砂岩、 板岩渗透性较低。基岩中无统一的地下水位，渗透性、富水性较差。米亚罗断裂带挤压强烈，主要 由压碎岩、角砾岩、断层泥组成。充填石英及方解石脉，因此断层带渗透性富水性也较差。 由于隧道各段通过的地层岩性及构造的影响程度不同，
10、各段隧道中涌水量不同，位于背斜、向 斜核部及断层破碎带内裂隙发育含水相对较丰富，可能有暂时的突水、涌水现象。 综上所述隧道区内地下水属贫乏区。 2 6 岩石物理力学性质 据铁道部第二勘测设计院岩士取样及试验所得数据，经分析整理后，提出鹧鸪山隧道区岩石物 理力学参数，见表2 - l 及表2 - 2 。 盘 等 埘 磊 n 慧量 2? 蹬 卜 、Dn 一 辖 瑟 蚓 电粤 2?2 曲旧呻吲 0 u 皇 。 过 丑 轻 瘿 ，、 粤日 彗娄 赦 抑 刘 如 帮 抽 出 非 卜 扣 匿捂 扣 ， 圜 理蒜 蟮 扪 掣 撑 巾 蜓 糕 E避举靼_群籁铺毋端悼和南腰捌摧 q H 琳 籁 卦霎I 喜 噼 篁
11、 餐 恻 鼎。 虱长扑 薹| 量 丞皇 嘣 塞美 虱罨驰 茎l 墨 丑 茎f 詈茎| 萤 密过 坦 篓爸鼍霎f 卦 耋f 器 薹羹 引量虱至刭s 髓 虱6 0寻至虱t * 髻 糌 茎J 兰卦 * 托 l 瑚| 刭s 芸 割r 翟, i 封“ 冀趸 虱r 露- i虱t 昱, i霎| 量 嚣， 霎著虱e g - i虱暑裘鼍 扣 湘 辩 蛙 鍪S 剜 n 巾 豁 杂辎 粼 慨 恤 姐 黼 F番川密v峭扛端群毽辞省崾掣扑R斟霉悼粕磷H测而割型111皲鸳一噼 国道3 1 7 线鹧鸪山隧道施工地质预报研究 第3 章施工地质跟踪编录及测试 1 l 3 1 施工地质跟踪编录 紧跟隧道施工过程，对隧道掌子面、边
12、墙的主要地质现象进行观测编录：观测围岩岩性、 产状及结构，观察围岩变形破裂迹象，观测结构面( 包括断层) 发育情况及其性状，观测地 下水出水状态，观察地应力高低的表观迹象等，并对围岩类别进行划分，并将观测结果填入 跟踪调查表中。表3 1 是K 1 + 1 4 6 1 处掌子面跟踪调查表的填写情况。现场跟踪编录结果是 进行超前预报的第一手资料，可靠的现场工程地质观测编录工作是隧道超前预报工作中的重 要一环。 表3 _ lK 1 + 1 4 6 1 跟踪调查表 项目名称：国道3 1 7 线鹧鸪山隧道苤一1 2 1 第2 0 页共页 工程地质岩性l 砂、板岩 翥譬：零i 卜 岩组产状l N W I
13、o S W Z 7 0 圳群 巨厚层l 厚层ll 中层lI 薄层 I 挫散层I l l 。s tI 。o - sl l 哪 巨块状大块状 l 层状压碎结构 碎裂、l 松较散体 岩体结构整体结构 砌件结构镶嵌结构 l ( 碎裂结构) 教体结构l 结构 定 J J l 节I 组扶 产状 f 鬻l 长度( m ) l 缝宽( m ) l 充填物 I ； 性 理l 1N W 8 0 N E Z 8 2 。lO 工I 00 1 “ 4 ) 0 2 石英晶脉 情I 2N W 7 3 。N W Z 6 7 。 f 0 32 00 0 0 5 “ - 00 1石英晶脉 指 况i ： 4 标嵌合程度 紧密l I
14、 较紧密JI 不紧密lf 松散J 风化卸荷新鲜、无卸荷微新、无卸荷弱风化、弱卸荷I 弱风化、弱卸荷以上 特征 干燥l 湿润I 渗、滴水I渗水I 渗水流水l 线状流水1流水 地下水特征 围岩变形掌子面顶部在两纽走向与洞轴向大致相同、分别倾两壁的裂隙切割下形成一空腔，体积约 破坏特征 20 m 。照片编号：1 0 0 1 2 4 81 0 0 1 2 5 01 0 0 1 2 5 1 爆破效果好Il 较好ll 较羞l 差 测燃 大于1 0 0 n 的岩石厚度数据( e r a l R Q D ( ) 围岩 R Q D f ) ( m )类别 8 51 0 、1 7 、3 0 、2 0 、6 5 、
15、2 8 、5 5 、6 0 、5 0 、1 2 0 、3 8 、4 5 定 同 组次测点位置岩性测向 回弹值隅) 均值 量 弹 ( R 。1 指 值1左8 m 处扳岩一 3 2 3 8 】3 6 2 8 4 0 4 44 4 2 8 3 6 标 组次 ( M P a )背景素描图 15 2 V p ( k m s ) 。可矛1 鼢、w 7 2 。 照片编号1 0 0 2 4 7 ，_ 舔心 围岩类别现场划分J 。J ( 类别) 堕型堡三盔堂堡圭堂垡鲨塞 在现场观测编录f 作中，素描图主要对岩性及其产状、主要节构面及其产状进行记录， 忽略掉一些细微的地方，速度快效率高，基本不影响施工。 根据已开
16、挖段情况，将地下水出水状态定性划分为干燥、湿润、渗水、渗滴水、线状流 水、流水几类。在每次的编录中，均将地下水按该分类方法进行定性类别划分，当地下水出 水量大，则采用简易观测方法对水量大小进行测算。同时，地下水的出露往往还出现一定的 方向性，即常沿某种优势方向出露，因此，在地下水的观测中，对该优势方向进行了记录。 图3 - 1 围岩中发育的炭质镜面 因同岩岩层一般与隧道轴线早人角度相交，且挤压较紧密，因此层面对围岩的稳定性 影响较小。而贯穿性长人节理和断层，则往往对围岩的稳定产生重要影响，因此，素描图对 长大节理和断层进行了重点反映。另外，值得一提的是，炭质板岩和炭质千枚岩中常发育有 十分光滑的结构面，我们称之为炭质镜面( 图3 - 1 ) 。炭质镜面层间结合力极低，大大降低 了围岩的稳定性，尤其是当地下水浸入结构面时，情况更
