某公路隧道围岩结构特征及力学性质研究.pdf

:./.某公路隧道围岩结构特征及力学性质研究收稿日期:作者简介:王丹微()女硕士讲师从事岩土体稳定性评价研究王丹微 庞大鹏(.吉林建筑大学测绘与勘查工程学院吉林 长春 .东北电力设计院有限公司吉林 长春)摘 要:公路隧道开挖施工过程中不可避免会对围岩完整性、连续性进行一定程度破坏 为了对隧道施工中围岩稳定性进行实时监测在隧道工程地质勘察中运用钻探、试验、物探及模型计算等多种方式结合手段对隧道围岩结构特征进行研究确定岩体结构控制面的方位和特性同时运用岩石室内试验方式对围岩密度、吸水率、强度参数及变形指标等进行准确测定获取隧道围岩物理力学性质参数进一步评价隧道围岩工程质量及稳定性为隧道施工中可能出现的工程地质问题做出预报关键词:隧道围岩结构特征力学性质中图分类号:文献标识码:文章编号:()公路隧道在施工及后期运行质量维护方面会不同程度地受到隧道围岩工程性质的影响与制约 尤其是特殊地质地貌条件下如何避免由于机械设备开挖引起围岩变形量过大进而出现一系列诸如硬岩岩爆、软岩大变形等失稳事故的发生已成为山区长大隧道工程施工中的重要议题 在实践工程中可通过对公路隧址区进行详细工程地质勘察查明隧道通过地段的地形、地貌、地层岩性、地质构造等工程地质条件在此基础上进一步查明隧址区断层破碎带位置及断裂活动性同时探明隧道围岩主要软弱结构面的产状性质及其与隧道轴线关系 通过岩体力学室内试验及原位测试对隧道各洞段围岩的成因类型、性质、分布范围、发生发展规律进行深入探讨为隧道地质超前预报提供定量化的参数支撑 隧道围岩地层基本特性分析)第四系全新统洪、坡积土():位于低矮山脉及剥蚀丘陵的前缘坡麓地带上部为褐色、黄褐色粉质黏土、黏土夹碎石层下部为碎石、角砾层磨圆差层厚 局部可达 )第四系全新统残坡积地层():分布于低山和丘陵边坡地带岩性主要为褐色黏土混碎石、角砾层理不明显层厚.局部可达 )太古界鞍山群四道砬子河组():分布于整个隧道区岩性上部由石榴二云片岩、含榴黑云石英片岩、石英云母片岩组成中部由混合片麻岩、混合岩化黑云斜长片麻岩组成下部由更长微斜混合片麻岩夹角闪片岩残留体组成本隧道区段位于岩组下部 隧址区大地构造分析.构造单元及其基本特征隧址区位于中朝准地台()之辽东台隆()中的铁岭至靖宇台拱()中部隆起部分的龙岗古陆 区内太古代结晶基底广泛出露断裂构造发育受清密断裂带(壳断裂)影响北西向小断裂构造在区内穿插因此清密断裂带活动构成了区内地震活动主要机制同时也控制着区内的地貌表现为北东南西向山岭与盆地相间出现的格局自晚第三纪以来本区多处发生过多次火山喷发形成火山锥、火山湖、熔岩谷地和台地对场地的区域构造发育造成影响.褶皱构造分析)龙岗复式背斜:位于测区南部核部为四道砬子组两翼为四道砬子河组上组、杨家店组及夹皮沟群三道沟组北西翼产状 南东翼 背斜轴向北东、长 宽约 由许多次背、向斜组成 本场地位于该背斜北西翼的次一级向斜凉水河子南向斜核部)凉水河子南向斜:发育在四道砬子河组下部组的混合岩化黑云斜长片麻岩中宽约 长约 其产状自南东向北西约为.断裂构造分析孤山子凉水冲断层:断层长大于 西部延出测区外东部被玄武岩所覆盖走向东西倾向北倾角 主要发育在四道砬子河组混合岩中 该断层于线路相交部位被玄武岩覆盖受该断裂影响隧址区次级小型断裂或岩石节理密集带发育.隧址区新构造运动研究第三纪初期测区基本全部隆起晚期火山活动较剧烈玄武岩占有较多面积 第四纪早期断裂构造发育沿断裂有大量的玄武岩浆溢出多分布于沟谷两侧 第四纪中更新世由于南北向挤压应力增强促使本区东西向构造重新活动使老的构造形迹不断得到加强新的断裂陆续发生而地壳内部火山气体和岩浆趋于地壳内部压力沿断裂上升在构造发育部位喷出地表形成龙岗火山群 至中更新世后期龙岗火山造锥结束晚更新世早期龙岗火山群再次活动至后期火山活动停止接受 第 卷 第 期 年 月 山西建筑 .了新黄土沉积 全新统晚期龙岗火山群第三次活动在构造应力继续加强的情况下使大椅山等火山口喷出大量玄武岩浆形成了今日所见的玄武岩地貌根据地震资料可知 年 月 日在龙岗火山群玄武岩台地之下曾发生过.级地震表明龙岗火山群玄武岩台地之下基底构造仍有活动火山处于相对稳定期属于休眠火山.隧址区区域地震情况境内地震与清密断裂带活动关系较为密切设计路线 左右范围内震级最高为里氏.级震中位于辉南县庆阳公社 区域东侧也有微震记录说明区内东西向、北东向构造活动迹象明显 本区没有级以上地震历史记载根据建设部建抗 号文和 中国地震动参数区划图本区属构造稳定区 隧道围岩结构特征隧址区出露的岩性主要为混合片麻岩受凉水河子南向斜和孤山子凉水冲断层挤压影响隧址区局部小型断裂构造发育 依据物探解译成果结合地质调绘、地质钻探和收集的资料隧址区发育 条挤压断裂破碎带由构造次生的节理裂隙对隧道围岩影响较大具体分析评述如下:)断层破碎带 断裂破碎带:物探解译近南北延伸破碎带斜交洞体轴线于地表 附近物探异常显示低阻带破碎带影响宽度 断裂倾向东表现压扭性倾角约 破碎带内岩体碎裂松散裂隙充水浅部岩体受挤压影响风化强烈)岩体节理裂隙 隧址区主要结构面发育特征及公路走向的空间关系见表结构面特征和赤平极射投影见图表 隧址区结构面特征编号结构面性质产状发育程度节理 条/节理 条/节理 条/条/片麻理 公路走向 结构面特征岩性节理贯通延伸间距 裂隙面铁质侵染节理宽 节理面平直蚀变较严重混合片麻岩节理贯通延伸间距 节理面 粗 糙 张 开 节 理 宽 度 约 节理面蚀变严重片麻理结合良好 由表 可知隧址区主要发育四组结构面分别为三组构造结构面节理 和 以及一组原生结构面片麻理 通过对三组节理特征分析可知节理 为剪节理节理面贯通性和延伸性均较好节理周围岩体蚀变严重对围岩力学性质有明显的不利影响节理 为张节理有一定张开度可能引起岩体进一步拉裂并引起地下水在裂隙中渗流量增大不利于岩体稳定性 原生结构面片麻理 对岩体变形及破坏影响不大通过对图 隧址区围岩结构面赤平投影图分析可知构造结构面节理 的走向与公路走向相近应特别重视以上两组节理对隧道围岩强度与变形的影响其他两组结构面在走向上与公路走向相关性不强NEWJ3J2J1P1公路走向S图 1隧址区结构面赤平投影图 隧道围岩工程性质研究.隧道围岩工程地质层隧道区地层下伏太古界鞍山群四道砬子河组()混合片麻岩上覆第四系松散层自上而下简述如下:碎石():杂色稍密稍湿分选、磨圆差棱角状碎石含量(质量分数)约 粒径 为主大者可达 碎石母质成分为混合片麻岩风化中等空隙填充角砾混土 该层分布于隧道两侧洞口地段和洞身顶部沟谷洼地揭露层厚./全风化混合片麻岩():黄褐色原岩风化严重结构、构造基本破坏矿物基本风化蚀变岩芯呈松散砂土状少量碎石状手掰易碎 该层分布于隧道南侧出口段和洞身段上部相对低洼地段钻探揭露层厚./强风化混合片麻岩():黄褐色、灰褐色中粗粒结构块状构造矿物部分风化蚀变风化裂隙极发育裂隙面铁质侵染岩体破碎呈松散碎裂结构岩芯呈碎石状、碎块状 该层隧址区内均有分布局部岩体破碎带部位厚度较大物探、钻探揭露层厚./中风化混合片麻岩():青灰色中粗粒结构夹片麻状构造矿物成分以石英、长石为主次为角闪石、云母局部裂隙发育裂隙轴夹角 岩芯呈碎块状、短柱状一般柱长 裂隙面见有铁染 该层分布整个隧道区岩体多以镶嵌碎裂结构为主局部受构造影响岩体破碎带呈碎裂松散结构 /.隧道围岩风化状态分析隧道区岩体风化程度不均全、强风化程度弱厚度一般小于.根据物探解译局部受断裂挤压破碎影响各钻孔均未揭穿其钻孔揭露基岩风化带厚度见表由表 可知该隧址区围岩风化带厚度以中等风化带厚度最大其次为强风化带的厚度因此隧道围岩风化程度以中等风化为主.隧道围岩岩石物理力学性质研究通过钻孔取样对隧址区岩体进行了室内物理、水理及力学性质参数试验可得整个隧址区的岩石物理力学性质指标见表 第 卷 第 期 年 月 山西建筑 表 钻孔揭露风化带厚度孔号风化带厚度/全风化强风化中风化(控制厚度)备注.断裂错断中风化岩.通过对隧道区岩石物理力学性质试验数据分析(如表 所示)可知取样深度较浅的混合片麻岩其吸水率、饱和吸水率均较高说明岩石空隙性发育良好岩体破碎程度较高同理其抗压强度、抗剪强度参数也明显低于埋深较大的岩石 因此该隧址区围岩性质一般整体属于破碎及较破碎可能在隧道开挖过程中发生变形过大应及时支护表 岩石物理力学性质成果表钻孔编号取样深度/岩石名称密度/干密度/饱和密度/吸水率/饱和吸水率/饱和系数抗压强度烘干/饱和/软化系数/抗剪强度摩擦角/()黏聚力/饱和变形弹性模量/泊松比.混合片麻岩.混合片麻岩.混合片麻岩.混合片麻岩.结论与建议)经收集资料、地表调绘、物探及钻探工作查明了隧道区岩性特征、时代、成因 该隧址区主要岩性为变质程度较深的混合片麻岩)隧址区局部小型断裂构造发育 隧址区发育 条挤压断裂破碎带由构造次生的节理裂隙对隧道围岩影响较大)通过对隧道岩体结构分析可知在该隧道围岩中发育的 组结构面中有两组剪节理对围岩变形和强度有较明显影响)隧道围岩风化程度以中等风化为主应在开挖中对风化带厚度较大的洞段进行加固处理)隧道围岩力学性质较差强度偏低易在开挖中出现变形过大问题参考文献:刘卫斌.大断面隧道地质勘察方法应用及成果分析:以黑白面将军山隧道工程为例.工程技术研究():.刘威军范俊奇李天斌等.深埋高地应力隧道勘察期岩爆烈度概率分级预测.水文地质工程地质():.罗均宇.山西某隧道的岩土工程分析.山西建筑():.马建雄明镜郭微等.山地城市越岭隧道工程勘察信息模型制作与应用.重庆大学学报(增刊):.谢 毅徐正宣陈明浩等.山区铁路隧道超长定向钻探关键技术研究.铁道工程学报():.袁 伟朱永珠幸大军等.综合地球物理勘察技术在铁山坪隧道勘察中的应用.工程地球物理学报():.(.):.:第 卷 第 期 年 月 王丹微等:某公路隧道围岩结构特征及力学性质研究