中寨隧道岩土工程勘察与评价分析论文_课件教案

2021-09-26 论文

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  摘要:

  为初步查明中寨隧道所处场地的工程地质条件,对场地稳定性作出评价。采用了工程地质调绘、钻探、物探、瓦斯测试、取样试验等综合勘察方法,对中寨隧道存在的工程地质问题进行分析和评价,指出隧址区的不良地质为采空区、瓦斯、岩溶等,分析了不良地质对隧道建设的影响,初步对隧道围岩级别进行划分,提出相关工程措施建议,为隧道的初步设计提供了工程地质资料。

  关键词:中寨隧道,采空区,瓦斯测试,岩溶,物探

  1、区域地质特征

  1.1地形地貌。拟建中寨隧道地处贵州高原向湘西丘陵过渡地带的北部边缘一带,场区属溶蚀-侵蚀低山地貌。进口端为斜坡地形,自然坡度20°~30°;洞身段穿越山脊,最高点海拔919.6m;出口端为斜坡地形,自然坡度10°~30°。场区海拔介于716.3~950.0m,相对高差233.7m;隧道轴线通过段海拔为751.3~919.6m之间,相对高差168.3m。

  1.2地层岩性及地质构造。隧址区地层岩性复杂,上覆第四系残坡积粘土,下伏基岩为二叠系灰岩、煤系,和志留系泥岩等。场区位于扬子准地台-黔北台隆-遵义断拱-贵阳复杂构造变形区,无断层通过,岩层单斜,岩层产状8°~30°∠16°~45°,拟建场区节理发育,主要发育的节理产状有J1:80°∠65°,J2:220°∠33°两组。根据《中国地震动参数区划图》(GB18306-2015)查得场区地震动反应频谱特征周期为0.35s,地震动峰值加速度值为0.05g,对应地震基本烈度为Ⅵ度。

  2、隧址区工程地质问题分析

  2.1采空区。隧址区出露有煤系地层,因此,勘察的第一步便是确定是否存在采空区及煤层瓦斯。位于ZK94+990~ZK95+035处的陡崖及陡崖左右一带分布有集中采空区(含硫磺矿开采及小煤窑开采),系当地村民私采滥挖所为。采空区的存在对高速公路建设的影响是严重的。因此,查明隧址区的采空区分布范围是本隧道勘察的重要任务之一。

  2.2煤层瓦斯。瓦斯在煤系地层的隧道中始终存在,它是与煤层相生相伴的,煤层瓦斯的存在严重影响隧道施工安全。其浓度的不同造成的影响大小也不同。瓦斯勘察是目前隧道勘察中的一个难点。

  2.3岩溶。贵州省每条高速公路建设均会遇到不同程度的岩溶地质问题,本隧道穿越可溶岩区,地层露头中发育有溶洞、岩溶洼地,且地表溶沟溶槽发育。施工中揭露隐伏岩溶(溶洞、岩溶裂隙及岩溶管道等)的可能性较大。查明隧址区的岩溶发育情况也是本隧道勘察的重要任务之一。

  3、隧址区工程地质问题评价

  3.1采空区。根据调访,开采年限为1950年至1960年左右,大部分井口已垮塌掩埋。洞宽1~3m,高1~1.5m,进深20~120m不等,开采方向多为15°~20°,采空区沿K95+000陡崖下方呈带状开采,形成了平面长约40~120m,宽约700m的煤窑群采空区。硫磺矿厂开采规模较小,开采进深约20~50m,该处采空区离隧道较远,对隧道建设无影响。其余小煤窑的开采规模也较小,开采进深最大处约为100m。该区的采空区位于隧道上方78~100m处,对隧道无直接影响。但隧道施工爆破震动,可能导致采空区上部积水老煤窑底板岩层的垂向裂隙、节理与下部隧道连通,也可能沿岩性接触带贯通进入隧道,带来高能涌水的重大安全风险。

  3.2煤层瓦斯。采集了深孔揭露的代表性岩样,进行了隧道瓦斯测试。

  (1)瓦斯含量本次采集了隧道深孔揭露的代表性煤样,进行了室内瓦斯含气量测试,总含气量为17.37mlg-1。测试结果见表1。

  (2)瓦斯压力根据隧道S-ZK3深孔煤层瓦斯压力测试,瓦斯压力为0.08MPa,测试结果见表2。

  (3)煤的瓦斯放散初速度及坚固性系数根据代表性煤样进行室内检测,煤的瓦斯放散初速度及坚固性系数见表3。

  (4)煤与瓦斯突出性危险根据瓦斯压力、瓦斯放散初速度、煤的破坏类型等,对煤与瓦斯突出危险性进行判定,结果见表4。

  通过瓦斯测试报告和类似工程经验,隧道穿煤段瓦斯含量0.05mlg-1、瓦斯压力0.08MPa,煤与瓦斯无突出危险性。本次瓦斯压力测试段落钻孔深度50~61.2m,隧道穿煤段的最大埋深为120.6m,要大于测试段落深度,其瓦斯压力随煤层埋深的增加有增高的趋势,在隧道埋深范围内的`瓦斯压力要高于此次测试结果。

  3.3岩溶。针对岩溶问题,布设了一条可控源音频大地电磁法勘探测线,总长1.2km,该方法具有信号稳定、信噪比高、穿透力强等特点。使用的仪器为美国EMI与Geometrics两家公司联合生产的EH-4。异常出现在在可溶岩地层中,其视电阻率与围岩呈明显低阻变化,推测为溶蚀节理裂隙发育,不排除存在溶洞发育的可能;其中几个异常区域与隧道区域相交,隧道开挖过程中,可能出现涌泥、涌水或空洞现象,需加强防护;ZK95+023附近,两侧岩体视电阻率呈明显变化,结合地调资料分析,推测为岩体变化,岩性界面在ZK94+760附近与隧道相交。存在的问题:因本阶段施工钻孔数量有限,钻孔位置未揭露溶洞发育,但不排除钻孔外其他位置存在隐伏岩溶发育的可能。

  4、结论与建议

  对隧道建设有影响的不良地质为煤层瓦斯、岩溶,须对不良地质处治后,方可建设。结合以上初步勘察存在的问题及施工图阶段对勘察精度的要求,建议详细工程地质勘察阶段采取有针对性的勘察对策如下。

  (1)隧道局部穿越煤系地层,存在小煤窑采区,由于煤层瓦斯的复杂性和不确定性,对隧道安全有较大影响,下阶段需进一步查明煤层与隧道的平面及空间关系,并加强现场瓦斯测试及附近煤矿瓦斯资料的收集,便于设计进行瓦斯隧道的专项设计。

  (2)加强深部钻探勘察,对代表性的物探异常进行钻探工作,一方面可对物探成果进行验证,同时可进行声波测井和水文地质试验,以对隧道穿越可溶岩地层段围岩完整性和富水性进行定量评价,并获取隧道洞身段不同含水层的水文地质参数,对隧道涌水量进行精确预测。

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