甘肃铁路山岭隧道地质勘察报告.docx
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甘肃铁路山岭隧道地质勘察报告
xx隧道左线工程地质勘察报告
一、工程概况:
xx隧道左线位于秦岭高中山区,隧道为穿越漳河与洮河的分水岭xx而设,横跨漳县、岷县两县,进口位于预设大草滩车站以南约900m,漳河西岸洪积扇上,沿途穿越小沟、石咀沟、南水沟、大战沟、瓦窑沟等沟谷,在素子沟右侧侯家台附近出洞,进口里程CK171+800,出口里程CK190+260,全长18460m,隧道进出口高程分别为2549.88m和2390.94m,隧道洞身最大埋深约715m,最小埋深约30m。
二、勘察概况及工作方法
本次勘察为初测阶段。
由于线路条件复杂,构造发育,三队地质组在2006年2~3月间,对线路可能通过区域进行了大面积的加深地质调绘工作,追踪断层,分析构造,填制工程地质图。
线路方案稳定后,专门对现隧道方案通过区域进行了细致的调查,2006年4月底外业工作基本结束。
为了加深认识,在外业调绘基础上,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6月底全部结束。
本次主要完成的勘查工作量见下表。
主要勘察工作量一览表表一
工作
阶段
工作
日期
卫星影像及航片解译
1:
1万图幅地质测绘
1:
2000图幅地质测绘
物探工作
钻探
长期水文地质观测点
备注
震法
电法
可控源音频大地电磁法
浅孔
钻探
深孔
钻探
综合测井
km2
km2
km2
点
点
km
孔-m
孔-m
孔-m
处
初测
06.02
~06.06
28
15
31
119
7.8
3-151.1
三、自然地理概况
(一)地理位置及交通概况
该隧道穿越漳河与洮河的分水岭xx,横跨漳县、岷县两县,通过大部分地区山势陡峻,人迹罕至,交通不便,仅前三里、牙扎湾、鹿扎等几个村寨和一个通讯塔有路可以到达。
(二)地形地貌
该隧道地形为秦岭高中山区,地面高程一般为2390~3214m,自然坡度大于50°,沟谷深切呈“V”字型,坡脚多斜坡堆积层、崩塌堆积层,沿线村庄多位于山梁、沟底等缓坡地带,泥石流普遍发育。
(三)气象特征
岷县气象站主要气象资料汇总表表二
地理位置
北纬:
34︒26'东经:
104︒01'
高程
2315.0m
建站时间
1951年1月
气象站地点
岷县西门外飞机场
代表里程及地点
数值及统计年限
数值
出现时间
统计年限
气压hpa(年平均)
770.1
1971~2000
气温
(℃)
年平均
5.8
1971~2000
极端
最高
33.3
2000.7.25
1971~2000
最低
-24.3
1972.2.9
1971~2000
最热月平均
16.1
7月
1971~2000
最冷月平均
-6.4
1月
1971~2000
最大月平均日较差
15.6
1971~2000
湿度
绝对
hpa
年平均
7.3
1971~2000
日最大
29.0
1971~2000
日最小
0
1971~2000
相对
(%)
年平均
69
1971~2000
日最小
0
1971~2000
降水量
(mm)
年平均
560.8
1971~2000
年最大
747.5
1973
1971~2000
年最小
361.7
1997
1971~2000
月最大
208.0
1973.8
1971~2000
日最大
61.5
1983.8.30
1971~2000
一次最大延续时间
84.8
1967.8.26~9.22
1971~2000
年平均降水日数
129.3
1971~2000
蒸发量
(mm)
年平均
1199.6
1971~2000
年最大
1437.8
1971~2000
风
(m/s)
平均风速及主导风向
1.3SE
1971~2000
各季平均风速及主导风向
春
1.8NESE
1971~2000
夏
1.2SE
1971~2000
秋
1.1SENE
1971~2000
冬
1.1NE
1971~2000
年平均大风日数(≥8级)
4.5
1971~2000
最大风速及
风向
定时
17.7NNW
1990.8.30
1971~2000
瞬时
24.0NW
1979.7.8
1971~2000
雪
降雪初终期
10.13~5.6
1971~2000
最大积雪深度cm
14
1991.2.28
1971~2000
冻土
最大冻结深度(cm)及初终期
90(12.2~3.3)
1983
1971~2000
其它
平均雾天日数
1.1
1971~2000
平均雷暴日数
5.0
1971~2000
土壤最大冻结深度采用值(cm)
90
该隧道工程地处漳县、岷县境内,因此本工程采用岷县气象站的气象资料。
该地区属温带半湿润气候与高寒湿润气候的过渡带上,气温低,无霜期短,降水量较为丰富(详见表二)。
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,茶铺、梅川、中寨、堡子一带为少雨区,年降水量小于550mm。
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。
(四)地震动参数
根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2001、《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,动反应谱特征周期为0.45s,相当于地震基本烈度七度。
根据剪切波测试报告,依据《铁路工程抗震设计规范》GBJ111-87中,表4.0.1-2分析,隧道范围内建筑场地类别为Ⅱ类。
四、工程地质特征
(一)地层岩性
该隧道地层条件复杂,按时代由新到老分别包括了第四系、第三系、二叠系、石炭系、泥盆系的地层,详述如下:
1、第四系:
1)人工填筑细角砾土(Q4ml6):
灰黄色、灰色,南水沟附近,212国道填料,厚度0.5~16m。
成分以附近砂岩、板岩碎块为主。
硬塑,
级普通土。
2)黏质黄土(Q4al3):
浅黄-灰黄色,隧道出口分布,厚度0.5~20m。
土质不均,多零星夹杂有角砾、碎石。
硬塑,
级普通土,σ0=150kPa。
3)黏质黄土(Q4sl3):
浅黄-灰黄色,靠近隧道出口侧瓦窑沟附近出露,厚度0.5~15m。
土质不均,多零星夹杂有角砾、碎石。
硬塑,
级普通土,σ0=150kPa。
4)细角(圆)砾土(Q4dl6、Q4pl6、Q4al6、Q4sl6):
灰黄色,广泛分布于测区的河沟谷阶台地和斜坡地带,厚度一般小于15m。
成份复杂,以灰岩、板岩、砂岩及砾岩等山体母岩碎块为主,粒径2~10mm占50~70%,潮湿-饱和。
中密,
级普通土,σ0=450kPa,错落堆积以松散为主,
级普通土,σ0=400kPa。
5)粗角(圆)砾土(Q4dl6、Q4pl6、Q4al6、Q4sl6):
灰黄色,广泛分布于测区的河沟谷阶台地和斜坡地带,厚度一般小于15m。
成份复杂,以灰岩、板岩、砂岩及砾岩等山体母岩碎块为主,粒径20~40mm占50~70%,潮湿-饱和。
中密为主,
级硬土,σ0=500kPa,错落堆积以松散为主,
级普通土,σ0=450kPa。
6)碎石土(Q4pl7、Q4sl7):
深灰色,广泛分布于季节性沟道和沟口及斜坡地带,洪积,错落堆积为主,厚度一般小于20m。
成份复杂,以灰岩、板岩、砂岩及砾岩等山体母岩碎块为主,棱角状,粒径60~100mm占50~60%,潮湿-饱和。
中密为主,
级硬土,σ0=500kPa,错落堆积以松散为主,
级普通土,σ0=450kPa。
7)黏质黄土(Q3eol3):
浅黄-灰黄色,局部分布,厚度0.5~25m。
土质较均。
硬塑,
级普通土,σ0=150kPa。
8)断层角砾(Fb):
主要分布于断层带中。
角砾原岩多为板岩、灰岩,色杂,部分断带物质风化呈土状,
级硬土,σ0=500kPa。
2、第三系:
主要分布于牙扎湾、九母路村附近,不连续出露,披盖于二叠系之上,与二叠系不整合接触,以砾岩为主。
砾岩(ECg):
紫红色、青灰色,中厚层状构造,砾状结构,砾石组分以砂岩为主,其次为灰岩,砾径一般在5-20mm,砂质充填,泥钙质胶结,胶结程度较好,角砾呈棱角状,磨圆差,分选差,岩层倾角较平缓,近水平,节理较发育,
级软石,σ0=500kPa,风化层厚5~10m,
级硬土,σ0=400kPa。
硬质岩。
3、二叠系:
出露于大坪村至隧道终点素子沟之间的广大区域,以f12断层与石炭系地层分界,主要为下二叠统的砂岩、砾岩、板岩及炭质板岩,多有互层,分述如下。
砂岩(P1Ss):
深灰色-灰黑色,中厚层状构造,砂状结构,部分段落含石英砂砾,节理、劈理发育,岩体破碎,
级软石,σ0=600kPa,风化层厚5~10m,
级硬土,σ0=500kPa。
岩层产状:
N60~85°W/50~66°S为主。
由试验分析,为极硬岩。
砾岩(P1Cg):
深灰色-灰黑色,中厚层状构造,砾状结构,砾石组分以砂岩为主,节理、劈理发育,
级软石,σ0=600kPa,风化层厚5~10m,
级硬土,σ0=500kPa。
岩层产状:
N40~80°W/50~66°N为主。
硬质岩。
板岩(P1Sl):
深灰色-黑色,板状构造,变晶结构,主要成分为石英、长石,含石英细粒,裂隙、节理发育,遇水易软化,
级软石,σ0=700kPa,风化层厚5~10m,
级硬土,σ0=600kPa。
岩层产状:
N40~65°W/30~85°N为主。
硬质岩。
炭质板岩(P1cSl):
青灰色-黑色,板状构造,变晶结构,主要成分砂质、钙质、炭质、铁质等,含石英细粒,裂隙、节理发育,遇水易软化,
级软石,σ0=500kPa,风化层厚5~10m,
级硬土,σ0=400kPa。
岩层产状:
N60~70°E/25~66°S、EW/35~85°N、N40°E/50~70°N为主。
软质岩。
4、石炭系:
主要在酒店子-大坪村一带连续出露,以F2区域断裂与泥盆系地层分界,主要为下石炭统砂岩、灰岩、板岩,有互层,分述如下。
砂岩(C1Ss):
浅灰色、浅黄色,中厚层状构造,砂状结构,主要成分为石英、长石,节理较发育,
级软石,σ0=600kPa,风化层厚5~10m,
级硬土,σ0=400kPa。
岩层产状:
N40~70°W/45~60°N为主。
由试验分析,为极硬岩。
灰岩(C1Ls):
浅灰色、浅黄色,层状构造,主要成分为石英、碳酸钙质,结构致密,节理不发育,
级次坚石,σ0=1000kPa,风化层厚5~10m,
级软石,σ0=900kPa。
岩层产状:
N30°W/45°S为主。
极硬岩。
板岩(C1Sl):
多与砂岩互层,灰色—黑色,板状构造,变晶结构,主要成分为石英、长石等,节理发育,
级软石,σ0=700kPa,风化层厚5~10m,
级硬土,σ0=600kPa。
岩层产状:
N40~70°W/45~60°N为主。
硬质岩。
5、泥盆系:
隧道进口至小沟段出露,岩性为上泥盆统大草滩群紫红色粉砂岩及浅灰色薄—细粒质石英砂岩夹少量紫红色粉砂岩。
砂岩(D3Ss):
是该区的主要出露岩性,砂岩一般为浅灰色-灰色,紫红色,细粒砂状结构,厚层状构造,主要成分为石英、长石,内夹板岩,因成分及状态的不同分为石英砂岩、粉砂岩等,岩石整体完整,节理比较发育,
级软石,σ0=600kPa,风化层厚5~10m,
级硬土,σ0=500kPa。
岩层产状:
N75°W/35~75°S为主。
由试验分析,为极硬岩。
6、压碎岩(Cru):
杂色,分布于各断层带中,成分以原岩为主,压碎结构,强风化-微风化,
级软石,σ0=600kPa。
(二)地质构造
线路行走于秦岭褶皱系的礼县-柞水冒地槽褶皱带及南秦岭冒地槽褶皱带中,地质构造极为复杂,类型多样。
区域内断裂构造发育,其展布与区域构造线基本一致,以近东西和北西西向为主,破碎带表现形式多为破碎带、揉皱带及不整合接触带。
与本段线路有关的主要褶皱与断裂构造为大草滩复背斜,线路以大角度穿过。
褶皱特征:
轴线呈NWW—EW向的“S”形展布,长200余公里,宽20-40km,核部为上泥盆统、两翼为石炭系、二叠系地层,其翼角为50-70°,两侧的上古生界及华力西期、燕山期花岗岩体中,断裂构造发育。
断层在地貌上一般表现为断层崖、垭口、褶皱、滑坡错落等特征较明显。
与本段线路有关的断裂主要为美武-新寺断裂带F2,发育于上述大草滩复背斜南翼,走向N65-80W,断层面以北倾为主,倾角30°-70°,压扭性特征显著,曾发生过向西错动,由多条近平行的断层束组成。
可分为两个较大的断裂带,即酒
店子-大坪北西向的压扭性冲断裂和老幼店-砖头寨-郭家沟的北西向弧形构造,发育有断层角砾岩、压碎岩,断裂带中有石英脉充填。
该段发育的次级断层有f9、f10、f11、f12、f13、f14、f15、f16,这些断裂大多数被第四系物质覆盖,但地貌上比较明显,结合观测点及可控源音频大地电磁法物探成果,对各断层形态及特征做如下分述:
1、F2断层:
为该区主要的区域性断层,压扭性逆断层,产状N58°W/600N,发育于泥盆系和石炭系分界处。
上盘砂岩(D3Ss),下盘砂岩(C1Ss),由断层角砾、断层泥和压碎岩组成。
线路在CK172+800~CK172+980处通过该断层,破碎带宽度约180m,地貌上表现为大沟沟谷。
2、f9断层:
性质不明,推测为逆断层,产状N54°W/890S。
上下盘均为板岩(C1Sl),由断层角砾、断层泥和压碎岩组成。
线路在CK174+770~CK174+870处通过该断层,破碎带宽度约100m。
3、f10断层:
逆断层,产状N61°W/860S。
上下盘均为板岩(C1Sl),由断层角砾、断层泥和压碎岩组成。
线路在CK175+170~CK175+345处通过该断层,破碎带宽度约175m。
4、f11断层:
逆断层,产状N60°W/600N。
上盘为板岩(C1Sl),下盘为灰岩夹砂岩、板岩(C1Ls+Ss+Sl),由断层角砾、断层泥和压碎岩组成。
线路在CK175+620~CK175+700处通过该断层,破碎带宽度约80m。
5、f12断层:
逆断层,产状N60°W/80~890N,发育于石炭系和二叠系分界处。
上盘为灰岩夹砂岩、板岩(C1Ls+Ss+Sl),下盘为砾岩夹砂岩、板岩(P1Cg+Ss+Sl),由断层角砾、断层泥和压碎岩组成。
线路在CK175+970~CK176+310处通过该断层,破碎带宽度约340m。
6、f13断层:
逆断层,产状N60°W/560N。
上盘为砾岩夹砂岩、板岩(P1Cg+Ss+Sl),下盘为砾岩(P1Cg),由断层角砾、断层泥和压碎岩组成。
线路在CK177+125~CK177+300处通过该断层,破碎带宽度约175m。
7、f14断层:
性质不明,推测为逆断层,产状N84°W/890S。
上盘为砂岩夹炭质板岩(P1Ss+cSl),下盘为砂岩夹板岩(P1Ss+Sl),由断层角砾、断层泥和压碎岩组成。
线路在CK178+125~CK178+275处通过该断层,破碎带宽度约150m。
8、f15断层:
逆断层,产状EW/560S。
上盘为砂岩夹炭质板岩(P1Ss+cSl),下盘为砂岩夹板岩(P1Ss+Sl),由断层角砾、断层泥和压碎岩组成。
线路在CK181+925~CK182+150处通过该断层,破碎带宽度约225m。
9、f16断层:
逆断层,产状N520W/720S。
上下盘均为砂岩夹炭质板岩(P1Ss+cSl),由断层角砾、断层泥和压碎岩组成。
线路在CK187+467~CK187+597处通过该断层,破碎带宽度约130m。
五、水文地质特征
本区地下水的形成受地形地貌,岩性、构造、植被、气温等多种因素控制和影响,特别是在构造作用下,断层破碎带,褶皱带,节理密集带、岩性接触带,以及在灰岩带溶蚀发育区为地下水的贮存运移创造了良好的内部条件。
本区地下水类型主要为
第四系孔隙潜水
构造裂隙水
层间裂隙水
灰岩岩溶水等。
本次初测对xx隧道位置通过的各沟谷进行了重点调查及流量量测,对隧道附近沟水,褶皱带、断层带通过沟谷取水样进行了水质常规化验及同位素氚分析。
xx隧道通过分水岭地段与原xx公路隧道位置基本一致,因此,本次调查过程中对该公路隧道进行重点调查,对xx公路隧道涌水量进行准确测量,预测中除充分分析利用xx公路隧道实测水文地质资料外,采用地下径流模数法、比拟法、地下水动力学法、大气降水入渗法预测隧道涌水量:
(一)地下水流量测量
隧址区河流北端属于漳河水系,南端属于洮河水系,隧道通过河流、沟谷枯水期的流量及计算参数如下表:
河流流量量测参数表表三
河谷归属
河谷名称
主沟长度(km)
坡降
(‰)
汇水面积(km2)
流量
(m3/d)
隧道北侧
小沟
5.8
10.34
3.21
石咀沟
8.4
5.95
5.33
3672.7
杀人沟
1.3
23.08
1.56
847.3
无名沟
0.6
66.7
0.68
54
隧道南侧
南水沟
3.5
8.571
2.89
鹿寨沟
2.1
11.43
2.53
242.8
大战沟
2.2
10.1
1.037
304.5
瓦窑沟
5.2
2.68
1.468
480.6
注:
1.以上流量为2006年3月份实测(山上有大量积雪,沟谷冰水覆盖,实测流量偏小)
2.隧道涌水量计算
(二)隧道涌水量计算
xx隧道长18.46km,水文地质条件复杂,为了取得合理的隧道涌水量值,采用了地下水动力学法,地下径流模数法、比拟法、大气降水入渗法,并进行了分析筛选,最后确定了隧道涌水量值。
(1)地下水动力学法
本方法利用初测阶段隧道位于小沟内F2断层带的M—2号钻孔抽水资料
采用公式预测隧道最大涌水稳定流公式
1
公式中:
QO——隧道通过含水体地段的最大涌水量(m3/d);
K——含水体渗透系数(m/d);
H——静止书水位至洞身横断面等价圆中心距离(m);
d——洞身横断面等价圆直径(m);
L——隧道通过含水体的长度(m);
计算CK171+800~CK173+600段隧道的最大涌水量3007.2.1m3/d、正常涌水量1503.6m3/d(计算参数及过程略)
(2)地下径流模数法计算
采用公式为Qi=Mi·Ai2
Mi=Qi*/Fi3
Ai=Bi·Li4
式中Qi*——隧道通过地表水流域时流水量(m3/d);
Mi——地表水流域地下径流模数(m3/d·km2);
Ai——隧道所在流域汇水面积(km2);
Qi——地表水流域的枯水流量代表该流域地下水径流量(m3/d);
Fi——地表水流域汇水面积(km2);
Bi———隧道在流域通过时影响宽度(km);
Li———隧道通过流域时可能涌水段长度(km)。
地下径流模数及分段涌水量的计算结果见表四:
河流名称
代表隧道里程
河流流量
Q(m3/d)
汇水面积
F(km2)
地下径流模数M(m3/d.km2)
涌水量
(m3/d)
小沟
CK172+550~CK173+600
3.21
石咀沟
CK173+600~CK175+800
3672.7
5.33
689.1
3142.3
杀人沟
CK175+800~CK178+150
847.3
1.56
543.1
1246.9
无名沟
CK178+150~CK179+800
54
0.68
79.4
104.8
南水沟
CK179+800~CK183+000
2.89
鹿寨沟
CK183+000~CK185+550
242.8
2.53
95.97
195.8
大战沟
CK185+550~CK187+650
304.5
1.037
293.64
471.34
瓦窑沟
CK187+600~CK190+260
480.6
1.468
372.4
777.6
地下径流模数及分段涌水量表表四
(3)比拟法
5
式中:
Q、Q’——新建、既有隧道通过含水体地段的正常涌水量(m3/d)或最大涌水量(m3/d);
F、F’——新建、既有隧道通过含水地段的涌水面积(m2);
S、S’——新建、既有隧道通过含水体中自静止水位计起的水位降深(m);
拟建xx铁路隧道CK177+500~CK187+800段与xx公路隧道相交其岩性、地貌特征,植被、气候等条件一致,比拟法预测隧道涌水量,涌水量见表五:
比拟法预测隧道涌水量表表五
代表隧道里程
段长
(m)
新建隧道涌水面积(m2)
既有隧道涌水面积(m2)
正常涌水量(m3/d)
最大涌水量m3/d)
CK177+500~CK181+500
4000
122760
66459.8
2531.2
5062.4
CK181+500~CK182+500
1000
30690
605
1210
CK182+500~CK183+400
900
27621
499.1
998.2
CK183+400~CK186+650
3250
99742.5
1778.9
3557.8
CK186+650~CK187+800
1150
47569.5
915.4
1830.8
正常涌水量(m3/d)
6329.6
最大涌水量(m3/d)
12659.2
注:
1.既有公路隧道长1712m,在2006年3月隧道测流正常水量为517.8m3/d;
2.公路隧道的断面面积按照120m2,新建单线铁路隧道的断面面积为75m2。
(3)降水入渗法
Q=2.74·w·α·A
式中:
Q——隧道通过含水体地段的正常涌水量(m3/d)
α——降水入渗系数,根据经验或试验数据确定;
w——年降水量(mm)
A——隧道通过含水体地段的面积(km2)
根据隧址岩体特点(属裂隙中等-发育):
a一般取值0.15;石灰岩地段a取值0.5;计算时含水体宽度的取值断层影响带、浅埋、石灰岩地段宽度1000m,其他地区600m、w降水量560.8mm。
计算隧道总涌水量Q=5100.8m3/d。
根据计算隧道涌水量偏小。
(4)隧道涌水量计算选择
综合分析隧道水文地质条件及上述计算结果,选择地下径流模数及比拟法、地下水动力学法相结合来计算隧道涌水量。
(三)富水性分区及评价
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