华蓥山特长隧道工程地质问题评价 李朝华 （成都水利水电建设有限责任公司，Ｉ￣）ｌｌ成都６１００７２） 【摘要】 四川省南充——大竹——梁平（川渝界）公路是四川省最便捷的东北向通江达海的出川快 速通道，直接通往陕西西安和重庆万州。拟建华蓥山隧道位于南充——大竹——梁平（川渝界）公路Ａ３合 同段，该隧道经过的的地层非常复杂，对隧道的影响很大。这次研究的目的是勘察地层岩性以及对华蓥山隧 道有影响的各种不良地质。 【关键词】特长隧道；地层岩性；不良地质；影响 【中图分类号】ＴＵ４１２ 【文献标识码】Ａ 率较多，达３０％。除静风外，风向特点是一年盛行偏北风，６ ～１地形地貌及气象水文 １．１地形地貌 ８月除盛行偏北风外，因受西南季风和太平洋副热带高压 该隧道位于新华夏系第三次沉降带之四川盆地东部，行 政区划属达州市渠县、大竹县，地貌单元大致以渠江为界，以 西属川中丘陵区，以东为华蓥山隆褶带。川Ｉ中丘陵区岩层为 “红层”，岩层产状平缓，地貌上多形成方山，丘顶海拔为４００ ～影响，偏南风较多，尤其是干旱偏重年，偏南风更多。冬季的 大风一般都是伴岁寒而来，其它季节多是由强烈的热对流引 起。大风历年年平均４．３次，最多年１３次，以８月最多，其次 是５月和７月。历史上瞬间最大风速为３５ ｍ／ｓ。 ５００ ｍ，相对高差５０—１００ ｍ，丘间槽地呈狭长带状，多辟为 ２工程地质特征 ２．１地质构造 耕田。华蓥山隆褶带隶属于北东一北东向压性构造体系，以 构造剥蚀地形为主，地貌上表现为背斜为山，向斜成槽地的 地貌景观，山岭海拔为７００～１０００ ｍ，山顶常见一山二岭、一 山三岭，间以石灰岩槽状谷地，或山问小盆地，山坡陡峻，林 木丛生。槽地平坦开阔，均辟为耕田。 １．２气象水文 ２．１．１华蓥山背斜 位于华蓥山隆褶带西部边缘。背斜轴部走向北１Ｏ。～ ２５。东，轴部地层为上二叠统长兴组及三叠统飞仙关组、嘉陵 江组，两翼地层为雷口坡组、须家河组至侏罗系下统沙溪庙 组。轴部地层平缓，两翼不对称。北西翼陡峻，地层倾角３０。 ～主要河流为渠江，属长江水系，渠江于渠县境内的三汇 镇以上由东西两条支流组成，东支流洲河源自大巴山南麓， 在宣汉县由前河、后河相汇流入测区。西支流巴河发源于南 江县映水坝，主流称南江，与通江汇合后称巴河。渠江干流 白兰汇起，迂回曲折，顺华蓥山西侧流入测区，至重庆合川汇 人长江，渠江宽度一般为３００～５００ ｎｌ，据渠县城北苟渡口水 文站１９６５～１９７５年观测资料：多年平均水位为２３４．９８ ｍ，早 ８Ｏ。，新庙、卷洞门一带甚至倒转；南东翼较平缓，倾角２Ｏ。 ４０。，背斜轴面倾向南东，为狭长半箱状斜歪背斜。 位于背斜西翼近轴部，走向Ｎ２０。Ｅ—Ｎ３０。Ｅ，倾向ＳＥ，倾 ～２．１．２地质断层 角约６０。～８０。，断层发生在雷口坡组二段地层中，上盘及下 盘地层均为雷口坡组钙质泥岩夹白云岩、白云质灰岩，断层 附近地层较破碎，挤压揉皱现象严重，产状变化很大，破碎带 宽度２—１０ ｍ，在下盘形成一宽度３００～４５０ ｎｌ的褶皱带，带 内岩石挤压强烈，次级背向斜发育。 ２．２地层岩性 高水位２５４．５９ ｍ，最低水位２３１，９８ ｍ，多年平均流量５９２．７１ ｍ’／ｓ，最小流量２２．８ ｍ’／ｓ，最大洪峰流量２２ ４００ ｍ ／ｓ，平均 含沙量９８８．８５ ｒ，／ｍ 。该区属中亚热带湿润气候区，具有四 川Ｉ盆地共同的气候特征：四季分明，冬暖、春早、夏热、秋雨、 多云雾。多年平均气温１７．６℃，一月平均气温５℃～６．９℃， 该区除缺失泥盆系、上石炭系、下石炭系、白垩系、第三 系外，从寒武系至第四系均有出露。各地层、岩性、厚度见下 表ｌ 表１区域地层 七月平均气温２６￣Ｃ一２８℃。极端最高气温４１．７℃，极端最 低气温一２．６℃，多年除山区外，霜雪少见，无霜期长达２９０～ ３２０ ｄ。多年平均相对湿度８０％，最高年８５％，最低年７３％； 历年平均年降水量在１ ０８６．４ ｍｍ之问。降水季节分配不 均，如６～９月，达州占５４．１％，南充占５８．４％，且夏雨早而 多，五、六月份多年降雨量占全年的比例是：粱平２６．８％。而 南充仅２４％。全年风向随季节变化较明显，由于地处四川盆 地东部偏南地区，盆地周围高山使盆地空气不甚流畅，盆地 界 系 统 Ｋ Ｑ 组 代号 主要岩性与化石类别 厚度（ｍ） Ｑ 冲洪积、坡残积、崩坡 积的砂、砾、块石、碎石 Ｏ～ｌ５ 及砂质粘土 外的气流受高山所阻，非强盛都不能越山入川，因此静风频 ［收稿日期］２０１０一Ｏ１—１４ 四川建筑第３０卷５期２０１０．１０ １ｌ３ 巍 默 ｜ 鞘 荽霉 ＿续表１ 挖过程中也将会遇到岩溶涌水问题，应做好超前预测及加强 组 代号 主要岩性与化石类别 厚度（ｍ） 上部为岩屑长石砂岩， ５６５下郎为砂、泥岩互层 一界 系 统 防范措施，以防涌突水事故发生。 ３．２盐溶角砾岩 蓬莱镇组 Ｊ ３ｐ Ｊ ３ ｌ１５３ 隧址 中段隧道洞身段穿越的Ｔ ｌ 底部和Ｔ。ｊ 顶部为 盐溶角砾岩，盐溶角砾岩看似硬质岩，实则易碎裂而形成坍 塌、掉顶等现象，尤其在爆破震动情况下更易碎裂，故隧道开 遂宁组 Ｊ 鲜红色钙质泥岩，夹浅 ３ Ｓ 灰色长石石英砂岩 ３１Ｏ～４８５ 上沙溪庙组 Ｊ ｓ Ｊ Ｊ， 下沙溪庙组 Ｊ ２ ｓ 泥冉、砂质泥岩夹长石 石英砂岩 １Ｏ４５～２ｌ６９ 泥岩夹长石石英砂岩 ２２６—５９９ 挖过程中应特别注意加强此类岩体的防护措施．．据区测资 料，深部盐溶角砾岩常夹石膏层，受其影响，有矿化度１～ ２ｇ／Ｌ硫酸岩性水，对钢筋有一定腐蚀性，敞施 １ 过程中也应 加强防护措施。 ３．３涌水渗漏问题 新田沟组 ｊ 细砂岩、砂质泥岩，底 ２ ｘ 为舍砾石石英砂岩 ０～４８７ Ｊｊ一２ 自流井组 Ｊ ２ｚｈ 石灰学、砂质泥岩、泥 ｌ０４岩３ｌ９ 砂岩 —Ｍ 本区是以碎屑岩为主的基岩Ｌｌ』区，核部为碳酸盐岩地 、Ｊ】 石英粉砂 、砂睫泥 珍珠冲组 ＪＩ ｚ 岩ｌｌ１—２７２ 泥岩 ，层，地形起伏大，在断层、沼皱转折部位，涌水渗漏问题严重。 征深切沟谷两侧，岸坡剪切裂隙发商，这些都足不可忽视的 渗漏途径。 ３．４老窑及采空区问题 Ｔ３ 长石 ｌ英砂岩夹粉砂 须家河组 Ｔ ３ ｘｊ 岩２００～６２６ 泥岩、煤 、隧道区内分布有ｊ叠系上统须家河组含煤地层，并有厚 Ｔ 雷口坡组 Ｔ ｌ 白云岩、白云质灰岩、 Ｏ－ 钙质渑岩７７６ 盐溶角砾岩 ～度在０．３～１．２ ｎ・的可采煤层，区内已有近百年的采煤历史。 沿煤层露头老窑众多，将地表煤层开采贻尽；其后矿井井口 、Ｔ 嘉陵江组 Ｔｌｊ 灰岩、白云岩、泥暖废 ４８３岩夹盐溶角砾岩 ６４４ ～向沟谷低地移动，石门长度增加到２５０～ｌ ０２０ ｍ，以开采巷 道上方煤层；随着生产需求的增加，井下提 ‘、排水、通风机 械动Ｊｌ丁增强，现有煤矿采用斜井方式向深部延伸，开采地面 以下】００—２００ ｍ深的煤层，因此隧道通过的进、出口地区都 存在煤层采空区问题 ３．５ 高地应力隧道发生岩爆及地层变形的可能性预测与 评价 ＴＩ 飞仙关组 Ｔ灰色鲡粒灰岩、泥质灰 ｌｆ 岩夹紫灰色钙质泥岩 ４２０～５４８ 灰岩色含燧石灰岩 ９９～ｌ７ｌ ９１—１７９ ２Ｏ～７０ 长兴组 Ｐ２ Ｐ２ 龙潭组 Ｐ２１ 灰黑色含煤砂、泥岩 峨嵋山组 Ｐ２８ 玄武岩 Ｐ Ｐ Ｐｌ 茅口组 Ｐｌｌｉｔ 灰色厚层一块状灰岩 １６６～１９ｌ 栖霞组 Ｐｌｑ 灰、灰黑色灰岩 粱山组 Ｐ１１２６—１６５ ３．２～ｌ４．３．５．１地应力 １ 细砂岩、泥岩、炭质 泥岩 华蓥山隧道处于川东褶皱带，主体构造为华蓥山背斜， 展布方向为ＮＥ向。地应力测量结果见表２。 表２地应力测量结果 ４ ３主要工程地质问题 ３．１岩溶 序 测量段 号 深度 （ｎ１） ｌ ２８８．９６～ ７．压裂参数（ＭＰａ） Ｐｔ 尸ｔ ＰＯ 主应力值（ＭＰａ） 破裂 Ｓ Ｈ Ｓ ｈ Ｓｖ 方位 ， 隧道洞身段穿越Ｔ：ｌ、Ｔ，ｊ的灰岩、泥灰岩地层。灰岩地 层易形成溶洞、溶槽、溶缝、暗河，地表以泉的形式排泄，如店 子３号泉、茶园山泉、龙洞沟泉、猴子岩１１号泉、卢家河坝ｌ２ 号泉、卢家河坝２５号泉、卢家河坝２６号泉等，根据可溶岩立 ２０ ６．４０ ５．９Ｏ １．４７ ０．８Ｏ ９．８３ ５．９ｏ ７．８ｌ ２８８．７６ ２ ３９５．５４～ ｌ１３９６９６ ９．９６ ８．９６ ２．５３ ２．ＯＯ １４．３９ ８．９６ ｌＯ．６９ ３４ ．．， 面投影示意图，西翼地下水水位标高一般４３０～４９０ ｍ；４９０～ ５２０ Ｉｎ为地下水季节变动带，３８０～４９０ ｍ为地下水浅部径流 带，３８０ ｍ以下为地下水水平径流带；东翼地下水水位标高一 般５００～６５０ ｒｌｌ，６５０—６８０ ｎｌ为地下水季节变动带，４５０—６５０ ｍ为地下水浅部径流带，４５０ ｎｌ以下为地下水水平径流带，西 ３ ４６０．４ｌ～ ｌ３．Ｉｌ １】．６１ ｌＯ．６ｌ ３．１８ １．５Ｏ １７．０４ ｌ０．６１ １２．４４ Ｎ６５。Ｗ ４６１．２ｌ ４ ４７５．３６～ ｌ２．７５ １０．２５ ｌ０．２５ ３．３２ ２．５Ｏ １７．１７ １Ｏ．２５ １２．８２ Ｎ７１。Ｗ ４７５．１０ ５ ４８８．５４～ 】５翼隧道处于地下水浅部径流带，东翼隧道位于地下水水平径 流带内；隧道标高带岩溶发育，地下水渗透性中等一强，富水 性中等～强；地下水浅部径流带为地下水静储量带，一旦揭 ４５９．３４ ６ ５０２。７４～ ０．．８Ｏ ｌ２．８９ ｌ１．８９ ３．４６ ３．ｏｏ １９．３２ １１．８９ ｌ３．２０ Ｎ８２。Ｗ ５０８．５４ ０ｏ １２．５４ ｌ２．０４ ３ ６１ ０．ｏ０ １９．９７ ｌ２．０４ ｌ３．５８ ／ 穿该带地层，将会瞬间形成极大的涌突水现象，目前在建的 华蓥山隧道就是因为揭穿地下水浅部径流带岩层而形成超 过１０。Ｉｎ ／ｄ涌水量的突水事故。本次华蓥山隧道正是位于 从表２中可看出实测的最大主应力方向为Ｎ６５～８２。Ｗ， 与区域应力场方向基本一致。其实测的６个井段从井深２８８ ～地下水径流带的静储水带，故隧道开挖过程巾也可能遇到超 过１０ ｍ 的突水事故；故南大粱高速公路华蓥山隧道在开 ５０８ ｍ，Ｓ 最小主应力５．９～１２．０４ ＭＰａ，Ｓ 最大水平主应 （下转第１７２页） 力为９．８３～１９．９７ ＭＰａ，Ｓ 垂向 ｌ１４ 四川Ｉ建筑第３０卷５期２０１０．１０ （３）当铲车将风积沙堆积到投沙口时，用一铁铲放在孔 ３．３．６数据分析 口处，当发现风积沙未自落时，此时孔口的铁铲在孔口进行 搅动，风积沙又将自落到注浆孔中； （４）采用间歇式注浆方法，注浆量和投沙总量一般达到 两百方左右的时候间歇一次，当停止注浆时要通清水进行洗 管，避免浆液在管内凝固； 通过讨老乌素煤矿采空区现场投沙注浆情况进行分析， 取其中８月１号到８月ｌ５号１５ ｄ的资料进行分析，得出最 高日投沙率达到１５０．４％，最低日投沙率为６１．６３％，平均投 沙率为９６．６％左右。结果表明，投沙率很高，远远超过设计 ５０％的要求。 （５）注浆投沙孔的顺序为先边界孔（形成帷幕）后中间 孑Ｌ。同时结合钻孔资料，从低水位孔到高水位孔进行注浆； （６）在投沙过程中，如果发生堵管现象，立即用一金属棒 ４结论 通过现场的注浆投沙试验和应用得出如下三点结论： （１）投沙率能达到总浆量的９６％左右，为采空区充填节约了 （长６ ｍ，直径１ ｃｍ）进行透孔。 ３．３．４浇筑压浆管及压浆 大量的成本；（２）投沙率达到设计的５０％以上是很容易的， 结合单孔注浆量设计要求和现场其他周边孑Ｌ注浆量的 说明了注浆投沙新工艺是相当成功的；（３）投沙量是人工控 结果，一般当浆液从孔口开始冒浆时作为投沙结束的标准。 制，投沙量是在一定范围内浮动，不能超过一定的极限值，由 当投沙结束后，取下投沙器，拔出护壁导管，下法兰盘，浇筑 于工期的因素加大了注入浆液的速度，导致了投沙率的 压浆管准备压浆。 降低。 （１）焊接法兰盘。压浆管为＋７６ ｍｍ的钢管，下端１ ｍ 左右处焊接＋１３０ ｍｍ法兰盘。法兰盘的作用主要有两点， 参考文献 一是法兰盘能卡在变径处；二是法兰盘能防止浆液上串。 （２）浇筑压浆管。将带有＋１３０ ｍｍ法兰盘的注浆管下 ［１］ 煤炭科学研究总院西安研究院．煤层采空区详细工程地质勘 察报告［Ｒ］．２００８ 入孔内变径处，孔内放人少量黄土，防止浆液大量渗透。然 ｆ２］ Ｃｈｅｎ Ｓ．Ｇ ａｎｄ Ｈｕａ Ｇ．（２００７）Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆｂｅｄ ｓｅｐ— 后灌入水灰比为１：１．５的水泥砂浆，浇筑长度约为８ ｍ，水 ａｒａｔｉｏｎ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｇｒｏｕｔ ｉｎｊｅｃｔｉｎｇ ｉｎｔｏ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎｓ．Ｉｎｔｅｒｎａ— 泥砂浆液中加入水泥重量２％速凝剂。 ｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｇｅｏｔｅｅｈｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｏｆｉｎｇ （３）压浆。压浆要等待周边的孑Ｌ都投沙完成后，才进行 ［３］余学义．高等级公路下伏采空区危害程度分析［Ｊ］．西安公路 压浆，这样可以防止压浆浆液跑到其他未投沙注浆的孔洞 交通大学学报，２０００，２０（４）：４３—４５ （采空区）中，避免压浆难以达标。 ［４］ Ｃｈｅｎ Ｙｏｕｑｉｎｇ（２０００）．Ａ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ ａｐｐｒｏａｃｈ ｔｏ ｔｈｅ ｉｄｅｎｔｉｉｆｃａｔｉｏｎ 压浆管浇筑好后，一般要隔１—２ ｄ，等待浇筑的压浆管 ｏｆ ｇｒｏｕｔｉｎｊｅｃｔｅｄ ｉｎｔｏ ｆｉｓｓｕｒｅｓ ａｎｄ ｐｏｒｅ ｓｐａｃｅｓ．Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｇｅｏｌｏ— 凝结较好后才准备开始压浆。在孔口上方安装有压力表，压 ｇｙ，５６（３／４）：３９５—４０１ 力表最大指数为１０ ＭＰａ。注浆孔的注浆末期，泵压逐渐升 ［５］ 崔颖超，郭汉超，张晓春．禹登高速公路下伏采空区注浆治理 高，当注浆压力在１．２ ＭＰａ左右（根据埋深、空隙等实际情况 工程质量检测技术［Ｊ］．交通标准化，２００７（７） 压力可在１—３ ＭＰａ之间），同时泵量在７０～１００Ｌ／ｒｒｔｉｎ时，维 ［６］李凤玲．注浆工艺在禹登高速路下伏采空区中的应用［Ｊ］．中 国高新技术企业，２００７（８） 持时间在ｌ０～１５ ｍｉｎ，结束压浆。压浆结束要通清水进行洗 ［７］李满囤．太古公路采空区路桥稳定性分析及其治理方案［Ｊ］． 管，避免浆液在管内凝固。 重庆交通学院学报，２０００（９） ３．３．５终孔 ［８］ 东南大学交通学院，江苏省高速公路建设指挥部．京福高速公 为防止地表水随着注浆孔流人到采空区内，当压浆完成 路徐州绕公路西段煤矿采空区路段专题研究报告集［Ｒ］．南 后，拔出压浆管，对注浆孔用混凝土进行终孔。 京：东南大学，２００７ ３ ｅ‘ 、、 ～ 、、 ’ ｄ ， 、 ～ 。、 舟 ５ ｌ●＝ （上接第１１４页）主应力为７．８１～１３．８５ ＭＰａ，反映出隧道 力区，而隧址区内隧道穿越了坚硬的砂岩及灰岩地层，进出 深度增加应力值增大的趋势，应力场以水平应力为主。华蓥 口段夹有软质泥岩、页岩，隧道洞身段主要穿越Ｔ ｌ和Ｔ ｊ的 山隧道区最大埋深４９５ ｍ相比我国其它地区同深度实测应 灰岩及钙质泥岩，局部夹页岩地层，各方案最大埋深为４９５ 力值属较高应力。 ｍ，已具备了岩爆发生的埋深条件及软岩大变形的埋深条 ３．５．２岩爆 件，故开挖过程有可能发生岩爆和软岩大变形现象，建议最 根据测区地应力场环境，结合隧道埋深、岩石饱和抗压 终根据钻探结果及岩石物理力学性质、地应力测试结果进行 强度、最大水平主应力、应力比，以及围岩性质等判据标准对 计算确定。 隧道岩石发生岩爆可能性进行评判，隧址区处于较高构造应 １７２ 四ＪＩ｛建筑第３０卷５期２０１０．１０
