甘肃铁路隧道地质勘察报告

'新建铁路xx线xx至xx段初步设计纸坊隧道工程地质勘察报告中铁xx设计院集团有限公司2年05月.xx 新建铁路xx线xx至xx段初步设计纸坊隧道工程地质勘察报告编写者：复核者：审核者：审定者：中铁xx设计院集团有限公司年05月.xx 一、工程概况该工程位于xx省岷县县城东边。隧道于洮河右岸岷县奈子沟村东侧山坡（DK201+820）进洞，在岷县正龙骨料饲料厂后山坡（DK206+955）出洞。隧道全长5135m。该隧道为双线隧道。二、勘察概况及工作方法本次勘察为定测阶段。由于该隧道工程地质条件十分复杂，线路方案平面位置在初测基础上做了大量优化工作。因此，本次地质地质调查是在详细分析利用初测资料的基础上12月31日做了详细的地质调查工作。为了加深认识，在外业地质调查基础上，通过使用钻探及物探等勘探手段，进一步揭示了该地区地层岩性、地质构造及水文地质特征，勘探工作于4月底全部结束。本次主要完成的勘查工作量见下表。工作阶段及工作日期1:1万图幅地质测绘1:2000图幅地质测绘物探工作钻探观测点备注震法电法浅孔钻探深孔钻探综合测井km2km2kmkm孔-m孔-m孔-m利用初测06.02～06.0662定测07.11～08.054.84.972.95-243.226三、自然地理概况（一）交通概况隧道进、出口位于国道G212路边，交通方便。洞身段落山大沟深，地形起伏很大，距离国道较远，交通不便。（二）地形地貌该工程地貌上位于西秦岭中山区。山高沟深，山坡、谷坡较陡，隧道洞身最大埋-12- 深248m，梁顶植被覆盖较好。（三）气象特征隧道工程区为高原大陆性气候。据岷县气象局资料，多年平均气温5.8℃，最低零下－24.3℃（1972年2月9日），最热33.3℃（2000年7月25日），无霜期90～120天，相对湿度在69%；多年平均降水量560.8mm，年最大降水量为709.3mm，日最大降水量为61.5mm，1小时最大降水量54.0mm，10分钟最大降水量为30.4mm，测区年内降水量主要集中于5～9月，期间的降水量占全年降水总量的78%以上。大雨（大于25mm/d）多年平均爆发次数为2.1次/年。多年平均蒸发量为1199.6mm，为降水量的2倍，最大冻土深度0.90m。详细气候特征见附表。（四）地震动参数根据《建筑抗震设计规范》GB50111－2006、《中国地震动参数区划图》GB18306－2001，该工程所属区地震动峰值加速度为0.15g（相当于地震基本烈度七度），地震动反应谱特征周期为0.45s。四、工程地质特征（一）地层岩性该隧道洞身经过的地层有第四系全新统坡积砂质黄土、碎石土；二叠系下统炭质板岩、板岩、砂岩，三叠系中统板岩、砂岩等。山坡表层覆盖有第四系全新统坡积黏质黄土，坡积、滑坡堆积粗角砾土、碎石土等。详述如下：1、砂质黄土（Q4dl3）：分布于隧道进口，厚度3～8m，淡黄－褐黄色，土质不均，含角砾，硬塑。级普通土，σ0＝120kPa。2、粗角砾土（Q4pl6、Q4dl6、Q4sl6）:分布于山坡坡面上及沟谷内，厚2～8m，灰、青灰色，土质不均，稍湿－潮湿，中密，级硬土，σ0＝500kPa。隧道洞身不穿过该土层。3、碎石土（Q4dl7）:分布于山坡坡面，厚度1～10m，灰－青灰色，碎石成分为砂-12- 岩、板岩，尖棱状，粒径以60～20cm为主，泥质填充。稍湿－潮湿，中密，级硬土，Ⅴ级围岩，σ0＝550kPa。4、板岩夹砂岩（T2Sl+Ss）：为洞身主要地层，在火烧沟及隧道出口段出露。以板岩为主，局部夹砂岩，薄层－中厚层状，岩质较软，节理发育。强风化层，厚5～11m，级软石，Ⅴ级围岩，σ0＝400kPa；弱风化层，级软石，Ⅲ－Ⅳ级围岩，σ0＝600kPa。5、炭质板岩（P1cSl）：夹于二叠系下统板岩、砂岩层中。灰黑色，板理极发育，薄片－薄层状，岩质极软，节理极发育。强风化层，厚5～20m，级硬土，Ⅴ级围岩，σ0＝300kPa；弱风化层，Ⅳ级围岩，级软石，σ0＝400kPa。6、板岩（P1Sl）：为洞身主要地层。薄层－中厚层状，岩质较软，节理发育。强风化层，厚5～7m，级软石，Ⅴ级围岩，σ0＝400kPa；弱风化层，级软石，Ⅳ级围岩，σ0＝600kPa。7、砂岩（P1Ss）：为洞身主要地层。黄灰色，成分以石英、长石为主，中细粒结构，中厚层－厚层状，岩质坚硬，受构造作用强烈，岩体节理发育。强风化层，厚5～7m，级软石，Ⅴ级围岩，σ0＝500kPa；弱风化层，级次坚石，Ⅳ级围岩，σ0＝800kPa。8、压碎岩（Cru）：分布于F3断层及其次生断层f22、f23、f24断层破碎带内。岩性为压碎砂岩、板岩，压碎砂岩岩质硬，具厚层状构造，锤击即碎，呈碎块状，碎块粒径以40～60mm为主；压碎板岩岩质软，易发生褶曲，具薄片状构造，节理裂隙极发育。级软石，Ⅴ级围岩，σ0＝500kPa。（二）地质构造隧道工程位于礼县－柞水冒地槽褶皱带及南秦岭冒地槽褶皱带分界处，两构造单元以合作－岷县断裂构造带F3为界。区域断裂F3长160km，宽20～40km，其西段为一系列走向北70°～80°东向北陡倾的叠瓦式构造，东段由数条长20～60km的断裂构成，断层面以北倾为主，倾角50°～70°，总体呈南西凸出的弧形。从断层面大量擦痕及派生褶皱组成的入字型构造表明北盘向南东斜冲，致使中石炭统推覆在下二-12- 叠统之上、下二叠统逆冲于下三叠统之上，破碎带宽达600m以上。受合作－岷县断裂构造带F3影响，隧道工程范围内二叠系及三叠系砂岩、板岩地层褶曲构造及断层构造极其发育。F3断层及其次生断层f22、f23、f24通过隧道洞身，隧道工程地质条件差。1、褶皱构造隧道DK202＋390~DK202＋540段通过一背斜及向斜构造。岩性为二叠系下统板岩夹砂岩为主夹灰黑色炭质板岩。背斜轴部位于DK202＋440（中线位置）附近，北翼产状N52°W/45°N,南翼产状N65°W/62°S；向斜轴部位于DK202＋492（中线位置）附近，南翼产状N55°W/53°N。背斜及向斜轴面向北陡倾，走向与两侧断层走向一致。岩体节理裂隙发育，砂岩岩质较硬，受构造应力作用具压碎结构，板岩岩质软，易发生扰曲变形。2、断裂受合作－岷县断裂构造带F3影响，隧道工程范围内发育多条次级断层及构造破碎带，主要有f22、f23、f24。这些断裂大多数被第四系坡积地层覆盖，但地貌上断层崖或断层垭口较为明显，结合地质野外调绘及物探成果，对各断层形态及特征做如下分述：1）F3断层：为区域性断层，压扭性逆断层，产状N29°W/60°N，发育于二叠系地层内。破碎带宽度约180m，由断层角砾、断层泥和压碎岩组成。隧道在DK202+960～DK203+180段穿越该断层，地貌上表现为大沟谷。2）f22断层：逆断层，产状N30°W/76°S，发育于二叠系地层内。由断层角砾、断层泥和压碎岩组成。下盘产状N52°W/45°N,上盘产状N35°W/55°N。隧道在DK202+050～DK202+175处穿越该断层，破碎带宽度约101m，地貌上表现为断层崖。3）f23断层：逆断层，产状N60°W/77°N。发育于二叠系砂岩夹板岩、炭质板岩地层内。破碎带宽度约140m，由压碎岩及断层泥组成。下盘产状N37°W/64°N,上盘产状N30°W/80°N。断层向南东方向延伸在火烧沟冬麦滩附近与F3主断裂交汇。线路在DK203+590～DK203+800通过该断层。地貌上表现为山梁。4）f24断层:逆断层，产状N45°W/75°N,发育于二叠系和三叠系分界处，上盘为二叠系下统砂岩夹板岩、炭质板岩、下盘为三叠系中统板岩夹砂岩。断层带宽200米,断裂带岩性为压碎岩、角砾岩和断层泥组成，成份为压碎板岩、砂岩、粉砂质板-12- 岩等，较富水。隧道DK205+855～DK206+120通过该断层。五、水文地质特征（一）地表水特征该隧道区域内山体冲沟发育，沟床纵坡比降较大，但汇水面积较小，常年流水仅有4条沟，沟水流量随季节变化大。本次定测对常年流水沟进行了测流。（二）地下水的类型、埋藏情况及其变化特征本区地下水类型为第四系松散层孔隙潜水和基岩裂隙水。1.第四系松散堆积层内孔隙水第四系松散堆积层孔隙水主要分布在隧道通过区的沟谷中，含水层主要为洪积层，其透水性较好。孔隙潜水主要接受大气降水补给，自上而下径流，在低洼处以泉水的形式向沟谷排泄，但受季节影响较大。2.基岩裂隙水隧道穿过区基岩的风化、构造裂隙、节理、层理等较发育—发育，连通性较好，为地下水的储存和运移提供了条件，地下水补给来源主要为大气降水及冰雪融水，局部地段为地表水入渗补给为主，涌水量随补给条件和储存条件的不同而差异较大。本次调查发现泉水出露在三叠系板岩（T2Sl）中，位于隧道右侧约800m，有3～4个泉水，均为下降泉，该泉水冬季不冻结，流量1～5m3/d，有两个泉水为十多户村民的生活饮用水水源。（三）隧道涌水量的预测与评价本次隧道涌水量的计算采用地下水径流模数法和大气降水入渗法，预测隧道涌水量的计算方法、公式和成果。1、地下径流模数法：-12- 2、降水入渗法：式中：-----------隧道通过含水体地段的正常涌水量（m3/d）----------地下径流模数（m3/d.km2）-----------隧道通过含水体地段的集水面积（km2）----------地下水补给河水的流量（m3/d）----------与的地表水或下降泉流量相当的地表流域面积（km2）----------隧道通过含水体的长度（km）----------隧道涌水地段长度内对两侧的影响宽度（km）-----------降水入渗系数---------年降水量（mm）年降水量W采用岷县气象站资料560.8mm；降水入渗系数a值综合考虑地表地层岩性（产状）、地质构造、隧道埋深等因素采用0.18～0.25，隧道涌水地段两侧影响宽度B值本隧道采用1.0km、1.5km。隧道地下水径流模数计算表表五-1河沟名称流域内地层岩性河沟流量Q（m3/d）流域面积F（km2）地下径流模数M(m3/d.km2)奈子沟P1Sl+cSl、f22、P1Ss+Sl1441.322.55565.22无名沟P1Ss+cSl、F3125.370.79158.70龙王台沟f23、P1Sl+cSl+Ss825.032.40343.76火烧沟P1Sl+Ss、f24、T2Sl485.405.2692.28地下径流模数及分段涌水量表表五-2河流名称代表隧道里程长度L（m）影响宽度B（km）地下径流模数M(m3/d.km2)正常涌水量(m3/d)单位正常涌水量(m3/d)奈子沟DK201+820～DK202+92611061.5565.22937.700.8478无名沟DK202+926～DK203+5906641.0158.70105.380.1587-12- 龙王台沟DK203+590～DK204+5849941.5343.76512.550.5156火烧沟DK204+584～DK206+95523711.092.28218.800.0923合计51351774.43大气降水入渗法预测隧道涌水量成果表表五-3隧道分段里程长度(m)入渗系数α影响宽度(km)降水量(mm)隧道涌水量预测(m3/d)正常涌水量单位正常涌水量DK201+820～DK202+92611060.251.5560.8637.300.5762DK202+926～DK203+5906640.181.0560.8183.650.2766DK203+590～DK204+5849940.221.5560.8504.030.5071DK204+584～DK206+95523710.151.0560.8546.490.2305合计51351871.47（四）富水性分区及评价根据地下水径流模数法、降水入渗法计算隧道正常涌水量结果，并结合地下径流模数，确定隧道围岩的富水性分为两个区，既中等富水区及弱富水区。推荐采用地下水径流模数法及降水入渗法相结合来预测计算隧道的涌水量。预测隧道涌水量成果表表五-4隧道分段里程长度(m)单位正常涌水量（m3/d.m）富水性分区隧道涌水量预测(m3/d)正常涌水量最大涌水量DK201+820～DK202+92611060.8478中等富水区Ⅰ937.702813.10DK202+926～DK203+5906640.2766弱富水区Ⅱ183.65550.95-12- DK203+590～DK204+5849940.5156中等富水区Ⅰ512.551537.65DK204+584～DK206+95523710.2305弱富水区Ⅱ546.491639.47合计51352180.396541.17隧道最大涌水量按正常涌水量的3倍考虑，该隧道正常涌水量2180.39m3/d，可能出现的最大涌水量为6541.17m3/d。根据地表沟水及钻孔水水质分析报告，隧道区地下水水化学类型为HCO3—Ca·Mg型水，矿化度0.40g/l，无侵蚀性CO2，Cl-及SO42-对混泥土无腐蚀性。本次调查发现泉水出露在三叠系板岩（T2Sl）中，有3～4个，有两个泉水为十多户村民的生活饮用水水源。由于泉水距离隧道较远，位于隧道右侧约800m，又处于弱富水区，隧道施工开挖不会影响到泉水。隧道洞身在DK202+050～DK202+175处穿越f22断层、在DK202+960～DK203+180处穿越F3断层并下穿无名沟、在DK203+590～DK203+800处穿越f23断层、在DK205+855～DK206+120处穿越f24断层，还在DK204+023附近下穿龙王台沟、在DK206+525附近下穿火烧沟，均有发生突涌水的可能，应做好工程防范措施。该隧道中等富水区共两段长度合计2100m，占整个隧道的40.9%；弱富水区共两段长度合计3035m，占整个隧道的59.1%。根据隧道区的地层岩性、地质构造、围岩富水性分区长度、预测涌水量等综合分析，该隧道工程水文地质条件相对较差。六、特殊岩土及不良地质（一）特殊岩土隧道进口端分布第四系全新统坡积砂质黄土，承载力较低，为松软土，须处理。砂质黄土具有　级　　重湿陷性，湿陷厚道　ｍ。（二）不良地质该隧道经过区域不良地质发育，主要包括滑坡、泥石流等，分述如下：1、滑坡-12- 隧道工程范围内二叠—三叠系砂岩、板岩地层受区域断裂带F3及其次生断层影响，各山谷谷坡岩体破碎，沟坎陡坡坡积层极易失稳，滑坡发育。①岷县木材检查站2#沟内滑坡：该沟内两侧山坡坡积粗角砾土及黄土向沟心对滑。沟右侧滑坡在线路右侧沟下游方向约40m；沟左侧山坡滑坡位于隧道洞身顶部，线路里程为DK203＋090～DK203＋152。滑坡体主轴长108m，前缘宽231m，滑坡体厚约20m，有明显的挤压沟谷特征，滑面不低于沟心。隧道拱顶在此沟心埋深44m，不受该滑坡的影响。②龙王台村后2#沟内滑坡：沟左侧山坡滑坡位于隧道洞身顶部，线路里程为DK204＋338～DK204＋408。为坡积层滑坡，滑坡体主轴长70m，前缘宽126m，滑坡体厚约10m，滑面不低于沟心。隧道拱顶在此段埋深较大，不受该滑坡的影响。2、泥石流由于隧道工程范围内各大沟谷内谷坡坡积物较松散，岷县降水集中的气候特点，区内各大支沟均有或大或小的泥石流发育。但隧道埋深较大，拱顶基岩厚度大于35m，沟内泥石流对隧道基本无影响。3、瓦斯隧道工程范围二叠系下统地层内含炭质板岩，有存在产生瓦斯等有害气体产生可能。七、隧道工程地质条件及工程措施建议（一）隧道洞身围岩分级结合该隧道通过的地层岩性、地质构造及水文地质特征等工程地质条件，对隧道洞身围岩做以下分级：序号里程范围长度(m)围岩级别地层时代地层岩性岩体完整性-12- 1　DK201+820～DK202+175355ⅤQ4、P1粉质黏土、碎石土，板岩夹炭质板岩，压碎岩岩体破碎2DK202+175～DK202+515340ⅣP1砂岩夹板岩局部夹炭质板岩较破碎3DK202+515～DK202+665150ⅤP1砂岩夹板岩局部夹炭质板岩岩体破碎4DK202+665～DK202+960295ⅣP1砂岩夹板岩、炭质板岩较破碎5DK202+960～DK203+305345ⅤP1砂岩夹板岩、炭质板岩,压碎岩岩体破碎6DK203+305～DK203+590285ⅣP1砂岩夹板岩、炭质板岩较破碎7DK203+590～DK203+800210ⅤP1板岩、砂岩受断层挤压构造形成的碎裂岩岩体破碎8DK203+800～DK205+0501250ⅣP1板岩夹砂岩、炭质板岩较破碎9DK205+050～DK205+200150ⅤP1碎裂岩岩体破碎10DK205+200～DK205+855655ⅣP1板岩夹砂岩较破碎11DK205+855～DK206+100245ⅤP1板岩、砂岩受断层挤压构造形成的碎裂岩岩体破碎12DK206+100～DK206+17070ⅣT2板岩较破碎13DK206+170～DK206+430260ⅢT2板岩较完整14DK206+430～DK206+640210ⅣT2板岩较破碎15DK206+640～DK206+760120ⅢT2板岩较完整16DK206+760～DK206+905145ⅣT2板岩较破碎17DK206+905～DK206+95550ⅤT2板岩较破碎-12- （二）工程措施建议1、隧道进口段洞身位于第四系坡积砂质黄土及碎石土层中。设计及施工时应加强地表截、排水措施，并加强超前支护，做好洞口边仰坡防护；施工过程中应及时支护、衬砌，确保边坡安全及施工安全。2、隧道出口段洞身位于位于三叠系强风化板岩层中，隧道施工中切忌大药量爆破，以免产生过强震动造成隧道洞口右侧山坡坡积层滑塌，形成人为地质灾害。施工过程中应及时支护、衬砌，确保隧道洞门安全及施工安全。3、隧道在DK202＋390~DK202＋540段通过一褶皱构造，岩体节理裂隙发育，破碎，向斜核部为储水构造。隧道设计应加强支护措施，施工中应弱爆破、短进尺、勤支护、衬砌，并充分做好防排水工作，以防发生围岩坍塌、掉块、变形等围岩失稳现象及突然涌水。4、隧道在DK202+050～DK202+175通过f22断层、DK202+960～DK203+180通过F3断层、DK203+590～DK203+800通过f23断层、DK205+855～DK206+120通过f24断层，断层破碎带由压碎岩、断层角砾及断层泥组成。隧道设计应加强支护措施，施工中应及时支护、衬砌，以防发生大面积坍塌，造成严重工程事故。F3断层地表为冲沟，沟内有常年流水，雨季水量较大，因此，还应充分做好防排水工作，以防突然涌水发生。5、隧道进口至DK204+425段本次勘察均见到炭质板岩，夹于板岩及砂岩层中，层厚在20～50cm之间，有存在瓦斯等有害气体的可能，加强有害气体的监测，隧道在该段落施工时注意加强通风。6、火烧沟为一有常年流水的泥石流沟，雨季沟内水量很大。隧道在此段埋深较浅，隧道施工中应加强超前支护、及时衬砌，并做好防排水工作以防突然涌水危害。7、仰坡边坡坡率：第四系全新统粉质黏土：1:1(须防护)，碎石土：1:1.25～1:1.5(须防护)；二叠系－三叠系砂岩、板岩：强风化层，1:1～1:1.25，弱风化层，1:0.75～1:1。8、最大土壤冻结深度90cm。9、地震动峰值加速度为0.15g（相当于地震烈度七度）。-12- 附件1、观测点　28份（D2G-515~D2Z-542）2、钻孔岩性鉴定表　7份（D2Z-514~D2Z-520）3、土工试验报告　份4、水质报告　　　　　　　　　　　　　　份　5、静力触探成果图　　　　　　　　　　份　　　6、工程地质平面图1份7、工程地质纵断面图1份-12-'