新开岭隧道洞口围岩工程地质评价

【摘 要】隧道围岩工程地质评价是隧道围岩稳定性和施工安全性的前提和基础性工作。在对庄河至盖州高速公路新开岭隧道围岩进行详细工程地质调查基础上，采用赤平投影与围岩基本质量分级相结合的方法，判定隧道围岩质量。研究结果表明：隧道洞口段岩体较为破碎，对边坡稳定不利，需进行喷锚、支挡及排水等工程处理。

【关键词】隧道；赤平投影；围岩质量分级；洞口边坡稳定性

0 前言

在新奥法理论体系中，围岩是承载的主体，利用围岩的自承能力维持隧道稳定是新奥法的核心理念。在这种体系中，围岩自身的稳定性对隧道建设起到至关重要的作用。因此，在隧道建设中，对围岩进行工程地质评价，是确保施工期围岩稳定的理论基础，是保证隧道施工工期和建设成本的前提。

本文在对庄河至盖州高速公路新开岭隧道隧址区工程地质条件进行详细调研基础上，获得了围岩抗压强度、完整性系数等基本指标，同时对主要结构面基于赤平投影方法进行危岩质量划分及工程地质评价，对围岩稳定性计算与分析具有指导意义。

1 新开岭隧道工程地质条件

1.1 地形地貌条件

隧道区属低山地貌，地形较简单，山顶较陡，洞口坡度为15°-25°。山体总体呈东西走向，最高海拔350.4m，最低海拔268.4m，相对高差92.0m。

1.2 地层岩性

测区基岩出露情况较好，大部分地段岩石裸露。地层主要为第四系碎石，印支期侵入的二长花岗岩和青白口系永宁组石英砂岩，石英砂岩与二长花岗岩为侵入接触关系。

1.3 区域构造条件

设计带内构造较发育，但总体较稳定。第四纪以来一直处于长期缓慢的间歇性的上升运动，至少有四次间歇性上升运动发生，上升幅度达120m以上。

1.4 水文地质条件

经地表调绘，测区在YK45+620位置有一条水沟，存在季节性地表汇水，流量很小，并随季节变化而变化，为5-7L/min；测区在YK46+160右18米位置有一条水沟，存在季节性地表汇水，流量很小，并随季节变化而变化，为7-9L/min。

经钻探判别，隧道洞口处钻孔内均见地下水，水位不稳定，埋深1.2-16.3米不等，地下水类型主要为第四系孔隙水及基岩风化裂隙水。

2 隧道洞口段岩体质量评价

2.1 隧址区主要结构面特征

隧道区二长花岗岩与石英砂岩接触关系为侵入接触。

隧道区节理裂隙较发育，且不规则，杂乱，主要有三组：J1 ：84°∠75°，节理面平均间距0.1～0.2米，结合程度一般，充填少量泥质，显剪性；J2 ：325°∠84°，J3 ：160°∠29°，节理面平均间距0.2～0.3米，结合程度一般，无充填，显剪性，调绘点位于K45+600、K46+100米处。根据物探横剖面Ⅰ和Ⅱ的结果，结合钻探和地面调查，推测K45+630-K45+640附近存在基岩构造破碎带，破碎带宽度为10米左右，构造破碎带产状为48°∠54°，编号为F1。此外，根据物探纵剖面Ⅰ和Ⅱ的结果，结合钻探和地面调查，推测K45+880处存在基岩断裂构造或岩石破碎带，构造破碎带产状为135°∠66°，编号为F2。隧址区主要结构面特征所示，其持平投影图如图1所示。

2.2 洞口段岩体质量及稳定性评价

2.2.1 庄河端洞口

隧道庄河端洞口属低山-缓坡地貌，地形坡角在15°～20°，隧道中心线与地形等高线斜交。洞口处地表向下以此为①碎石、②1全风化二长花岗岩、②2强风化二长花岗岩、②3中风化二长花岗岩。根据物探结果，结合钻探和地面调查，庄河端洞口处在SZK4501钻孔揭露中风化二长花岗岩，而在SZK4502钻孔未揭露中风化岩层，在SZK4503钻孔钻探深度14.0-32.0米处岩芯破碎，与物探推测K45+630-K45+640附近存在基岩构造破碎带相符，根据地面调查，破碎带宽度为10米左右，构造破碎带产状为48°∠54°，编号为F1。

洞口处围岩极破碎-破碎，碎、裂，块状结构，地下水修正系数K1=0.4，软弱结构面产状修正系数K2=0.4，计算二长花岗岩[BQ]=175.6，属Ⅴ级围岩，隧道开挖时，围岩受振动易发生掉块，甚至塌落，建议采用锚喷挂网式联合支护，采取适当的防水、排水措施。

2.2.2 盖州端洞口

隧道盖州端属低山-缓坡地貌，地形坡角在20°-25°，隧道中心线与地形等高线斜交。洞口处地表向下依次为①碎石、②2强风化二长花岗岩、②3中风化二长花岗岩③3中风化石英砂岩。

洞口处围岩极破碎～破碎，碎、裂，块状结构，地下水修正系数K1=0.4，计算二长花岗岩[BQ]=217.9，属Ⅴ级围岩，隧道开挖时，围岩受振动易发生掉块，甚至塌落，建议采用锚喷挂网式联合支护，采取适当的防水、排水措施。

2.2.3 洞口边坡稳定性分析与评价

洞口所处地貌为低山缓坡地貌，山体自然坡度为15°-25°，斜坡自然条件下较稳定，边坡开挖地层主要为碎石，全风化、强风化、中风化二长花岗岩，碎石一般呈松散-稍密状态，地下水影响较大，开挖高度内岩土体较不稳定，特别是洞口存在厚度为0.4-8.6米的碎石，因而施工时建议采取坡面防护，开挖后及时修建挡墙护坡，并采取防水、排水措施。

图1 主要结构面赤平投影图表

表1 新开岭隧道围岩级别

注：表中ZK表示隧道左线，YK表示右线.

3 隧道围岩质量评价

根据围岩的岩性、完整程度、风化状态、结构构造、节理裂隙发育情况及水文地质等定性特征，依据《工程岩体分级标准》，得到围岩基本质量指标BQ BQ=90+3Rc+250Kv。其中Rc为岩石单轴饱和抗压强度指标；Kv为岩体完整性系数。在此基础上，根据地下水条件、软弱结构面产状、高地应力等条件进行修正，得到围岩岩体基本质量指标修正值[BQ] =BQ-100（K1+K2+K3）。其中K1为地下水影响修正系数；K2为主要软弱结构面产状影响修正系数；K3为初始地应力状态影响修正系数，综合考虑围岩定性特征与定量指标，对隧道区围岩级别进行了分段划分，如表1所示。

3.1 隧道进口段围岩质量评价

属低山-缓坡地貌，地形坡角在15°-20°，隧道中心线与地形等高线斜交。洞口段岩体节理裂隙较发育，RQD=20-60%，岩石抗压强度为25.2MPa，纵波波速为3860-4350m/s，岩体完整性系数为0.38-0.89。根据物探结果，结合钻探和地面调查，庄河端洞口处在SZK4501钻孔揭露中风化二长花岗岩，与物探推测K45+630～K45+640附近存在基岩构造破碎带相符；根据地面调查，破碎带宽度为10米左右，构造破碎带产状为48°∠54°，编号为F1。

洞口处围岩极破碎-破碎，碎、裂，中-薄层状结构，地下水修正系数K1=0.4，软弱结构面产状修正系数K2=0.4，计算二长花岗岩[BQ]=175.6，属Ⅴ级围岩，隧道开挖时，围岩受振动易发生掉块，甚至塌落，建议采用锚喷挂网式联合支护，采取适当的防水、排水措施。

3.2 隧道出口段围岩质量评价

属低山-缓坡地貌，地形坡角在20°-25°，隧道中心线与地形等高线斜交。洞口处岩体节理裂隙较发育。RQD=20-70%，岩石抗压强度30.8MPa，纵波波速3460-4320m/s，岩体完整性系数0.63-0.84。

洞口处围岩极破碎-破碎，碎、裂，中-薄层结构，地下水修正系数K1=0.4，计算二长花岗岩[BQ]=217.9，属Ⅴ级围岩，隧道开挖时，围岩受振动易发生掉块，甚至塌落，建议采用锚喷挂网式联合支护，采取适当的防水、排水措施。

4 结论

通过研究，新开岭隧道围岩以二长花岗岩与石英砂岩为主，整体岩体较破碎，隧址区主要结构面为三组斜交节理及两条断层出露，受其影响，隧道围岩破碎程度较高，完整性差，围岩整体稳定性较差。隧道进出口段岩体风化程度高，基本质量等级为V级，应对围岩采取喷锚支护与防排水相结合的综合治理措施，以保证围岩的稳定。

【参考文献】

[1]徐干成，乔春生，刘保国，等.富溪双连拱隧道围岩强度及稳定性评价[J].岩土工程学报，2009，31（2）：259-264.

[2]蔡佳骏，李之达，易辉，等.ANSYS二维弹塑性分析在联拱隧道围岩稳定性评价中的应用[J].水利建筑与工程学报，2005，3（1）：10-15.

[3]刘小兵.隧道洞口边仰坡稳定性影响因素的综合性评价[J].铁道工程学报，2002，73（1）：38-41.

[责任编辑：许丽]