红岩寺隧道工程地质勘察报告1、前言1.1 工程概况红岩寺隧道是拟建的湖北省保康至宜昌高速公路襄阳段的一座分离式隧道，根据施工图设计，左线起讫桩号ZK14+962～ZK21+640，长6678m，属特长隧道，最大埋深约655.6m，进洞口走向方位角178°，出洞口走向方位角175°；右线起讫桩号YK14+915～YK21+661，长6746m，属特长隧道，最大埋深约654.5m，进洞口走向方位角178°，出洞口走向方位角175°。
进洞口洞门拟采用端墙式，出洞口洞门拟采用削竹式，单洞净空（宽×高）：10.25×5.0m。
1.2 勘察方法及完成的勘探工作量隧址工程地质详勘采用了工程地质调绘、钻探、地震勘探、EH4电磁法、声波测井、室内岩土试验以及利用初勘资料等综合勘察方法。
根据设计要求，在隧址区布置9个钻孔，洞口孔2个，洞身孔7个，孔号是SZK43～49及SZK201～202，利用初勘孔CZK104、CZK107～108及CZK363～364。
分别从纵向和横向布置浅层震探及深层EH4大地电磁测线，以测定隧址围岩弹性纵波速、探测山体有无断层异常带，并配合钻孔划分隧道土石及风化带界线。
工程地质调绘采用近期1：2000航测地形图为底图，重点对地层、岩性、不良地质体和地层分界线展开调查和测绘，并绘制工程地质平面图。
勘察日期为2011年8月1日～2011年10月14日,目前已完成实物工作量见表1-1所列。
完成实物工作量表表1-12、工程地质条件2.1 地理位置及交通条件隧址所在地进口段及洞身段隶属于湖北省保康县后坪镇，出口段隶属于歇马镇，隧道进、出口附近有省道S223及村村通经过，交通条件较好。
2.2 地形地貌隧道区微地貌属构造剥蚀溶蚀中山地貌区，海拔高程一般约为540.0～1314.0m，拟建隧道穿越聚龙山脉，经过区域地表地形整体起伏大，地势陡峭。
所跨山体系南北分水岭，地表水往南流入沮河，汇入长江；往北流入桂河，汇入汉江。
2.3 地层岩性根据地质调绘及钻孔等勘察手段得出，隧址区揭示出三叠系嘉陵江组（T1j）白云质灰岩、大冶组（T1d）灰岩、二叠系龙潭组（P2l）页岩、茅口组（P1m）灰岩、栖霞组（P1q）灰岩、志留系砂帽组（S2s）粉砂岩及罗惹坪组（S1lr）页岩。
岩性特征见表2-1。
地层岩性特征表表2-12.4 地质构造本隧道区域上位于聚龙山—肖家堰复向斜核部，并与通城河断裂带（F2）相交。
聚龙山—肖家堰复向斜区域上轴线呈近东西～北西西向，核部由三叠系组成，两翼地层为二叠系及志留系，该向斜北翼局部呈倒转状。
轴部地层陡立，倾角多在60°～85°，两翼地层倾角多在30°～50°。
本隧道轴线近南北走向，垂直穿越聚龙山—肖家堰复向斜轴部通城河断裂始于后坪，经马良、通城河向南延出区外，基本与通城河相伴平行展布。
系由一组宽约1～2Km的断裂带组成。
断裂切割二叠系、三叠系和白垩系，形成了控制远安地堑的西侧断裂带。
该断裂呈北西向展布，为逆断层，产状60～90°∠50～80°。
断裂带与复向斜平面上呈近正交，断层两盘地层在平面上错动距离达1公里以上。
受断层及复向斜影响，隧道沿线地层变化频繁，断裂带附近有若干派生的分支断层，在ZK19+200～ZK29+420附近呈现最为明显。
本隧道ZK14+962～ＺK18+200段轴线与通城河断裂带走向近平行，平面相距700～900m（地表），于K19+200～K29+420（地表投影桩号）呈大角度相交。
根据勘察期间地质调查、钻探验证和EH4探测解译综合分析，目前隧道区轴线可溶岩围岩分布段落（ZK14+962～ＺK19+200段）均整体位于通城河断裂带东侧。
隧道岩层进洞口处产状350°∠47°；出洞口处产状353°∠36°，洞身段产状变化大，总体上洞身段岩层倾角较陡，倾角50～70°，具体见工程地质平面图和纵断面图。
2.5 水文地质条件红岩寺隧道所处位置区域范围内，进口段有桂河经过；山间沟谷有常流水，但无降雨时水量较小，与岩溶泉水相通；出口端通小河沟，汇入沮河。
隧道区进口端距五道峡风景区约1Km，在五道峡风景区分布有大量岩溶泉、地下暗河，可见多级水平溶洞发育，根据区域水文资料分析，五道峡深切沟谷为地下岩溶水系统的排泄基准面之一。
隧道所穿越的聚龙山脉为汉水和长江的区域分水岭，山脉绵长，汇水巨大，核部山体均为碳酸盐岩，为岩溶水的发育提供了良好的天然条件。
为准确评估隧道区岩溶水文地质条件，为合理选线及评估施工期间岩溶突水涌水风险，勘察期间特委托专门研究机构进行了水文地质专题研究工作，对隧道区域进行大范围调查，评估了隧道施工突水风险段落及水头压力。
根据专题成果报告，有以下结论：1）通城河断裂带整体倾角大于80°，具有一定的隔水性，是隧道区五道峡岩溶水系统与乌龙洞——白龙洞岩溶水系统的边界；2）隧道轴线全部位于通城河断裂带东侧的石板沟—姚家湖岩溶水系统，避开了五道峡岩溶水系统，对五道峡自然保护区环境的影响小；3）石板沟—姚家湖岩溶水系统以表层——浅层岩溶水为主，地下岩溶发育程度相对较差，隧道揭露大型岩溶管道的可能性较小，五道峡岩溶水系统以深层岩溶水为主，地下岩溶发育，多发育岩溶管道，隧道远离五道峡岩溶水系统，隧道方案线位于该断层东侧，岩溶水补给有限，大大降低了隧道大型突水的机率。
详细成果见《湖北省保康至宜昌高速公路襄阳段红岩寺隧道、尚家湾隧道岩溶水文地质专题研究报告》。
根据地表水文点观察，结合地形地貌，岩性和构造条件判断，项目区汇水面积大，局部地表水排泄条件较差，地下水比较发育，以岩溶水及第四系孔隙水和基岩裂隙水为主。
地下水的补给主要靠大气降雨，排泄方式主要为地表径流、蒸发以及通过岩溶泉向坡脚排泄。
水质分析试验表明，地表水及地下水对混凝土无腐蚀性，对钢筋有微腐蚀性。
2.6 岩溶由于隧道构造发育，裂隙较多，加上地表汇水作用，导致灰岩区局部岩溶发育，其中五道峡风景区附近溶洞和暗河最为发育。
地调显示隧址区地表岩溶洼地较多，溶沟、溶槽、石芽发育，有落水洞，具典型的岩溶喀斯特地貌特征。
2.7地震烈度根据国家《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）及5.12汶川大地震后颁布的局部修订文件中附录A的规定，该地区抗震设防基本烈度为6度。
设计基本地震加速度值为0.05g。
设计地震分组为第一组。
场地类型为Ⅱ类，设计特征周期为0.35s。
3、岩土体工程地质特征及围岩等级划分3.1岩土体的工程地质特征第①层，覆盖层：洞口分布，系残坡积，母岩为页岩，充填粘性土、角砾等，工程地质性质差。
第②层，白云质灰岩（T1j）：灰色，中厚层状，锤击声较脆，岩质较坚硬。
钻孔未见，仅地调见，倾角比较陡，工程性质较好，开挖自稳性能较好。
第③层，灰岩（T1j）：浅灰、肉红色，薄层状构造，夹中厚层，岩质较坚硬，总体溶蚀发育。
倾角大，工程地质性质较好，开挖自稳性能较好。
第④层，糜棱岩：母岩成分为灰岩，岩体受构造影响、挤压。
岩质软，锤击易沿裂隙面断开，风干易散，工程性质较差。
第⑤层，页岩（P2l）：局部分布，灰色，薄层状，岩质软。
钻孔未见，仅地调见，倾角比较陡，工程性质较差，开挖自稳性能一般。
第⑥层，灰岩（P1m）：深灰～浅灰色，厚层状，锤击声较脆，岩质较坚硬。
钻孔未见，仅地调见，倾角比较陡，工程性质较好，开挖自稳性能较好。
第⑦层，灰岩（P1q）：深灰～灰黑色，厚层状，锤击声较脆，岩质较坚硬。
工程性质较好，开挖自稳性能较好。
第⑧层，粉砂岩（S2s）：局部分布，粉砂质结构，岩质较软，工程性质一般，开挖自稳性能一般。
第⑨层，页岩（S1lr）：灰～灰褐色，隧道两端分布，薄层状构造，岩质软，岩体受构造影响破碎，倾角相对比较缓，工程性质较差，开挖自稳性能较差。
3.2围岩主要物理力学指标红岩寺隧道岩石试验统计表表3－1围岩主要物理力学指标推荐值3.3隧道围岩分级根据钻探、地表调绘、工程物探成果，本隧道围岩按定性与定量相结合的方法分段评价，分级采用现行《公路隧道设计规范》（JTGD70—2004）第3.6.3～3.6.5条规定的围岩质量指标BQ值判别法，即：一般情况： BQ＝90+3Rc＋250Kv；Rc＞90Kv+30时： BQ＝180＋520KvKv＞0.04Rc+0.4时： BQ＝190+13Rc在具体计算时，Rc 、Kv值均以分段中的钻孔数据为主，Kv值的取定以钻孔声波测试成果为依据，综合了钻孔RQD值、岩体体积节理数。
分段中无钻孔数据的，取统计值。
［BQ］＝BQ－100（K1＋K2＋K3）K1、K2、K3分别为地下水、主要软弱结构面及初始应力状态修正系数，其取值标准见《公路隧道设计规范》表7-3-10～表7-3-12。
隧道左线围岩级别划分表表3-2隧道右线围岩级别划分表 表3-34、隧道开挖岩爆预测 4.1 深孔地应力测试成果本隧道选择CZK364孔进行了地应力测试，测试孔深435m 。
测试数据见表4-1。
红岩寺隧道CZK364孔地应力测试成果表 表4-1测试区域内最大水平主应力量值范围在2.8～12.0MPa之间，最小水平主应力在2.1～8.8MPa之间，按岩石容重27.0kN/m3计算，最大水平主应力测压系数（λ=σH /σz）在0.8～1.7之间。
由上表可知深度182.8m、261.5m及322.8m处应力量值相对较小，主要是相应部位岩芯整体性差引起的。
图1为钻孔CZK364的实测最大、最小水平主应力及自重应力随深度变化关系曲线。
测试孔应力随深度变化关系曲线表明：应力量值基本上随深度的增加而增加，深部岩体应力呈现σH >σZ>σh的特征，说明测试区域应力场以水平应力为主导。
最大水平主应力测压系数在浅部岩体相对较大，主要是由于测试孔浅部受地形地貌的影响较大。
最大水平主应力方位为N14°E- N27°ECZK364钻孔测试结果进行线性回归分析，其最大、最小水平主应力与深度的关系式如下：σH=0.0246H+0.96 R2=0.88σh=0.0189H+0.69 R2=0.95CZK364钻孔最大水平主应力方位为N14°E- N27°E之间。
4.2 地应力场与隧道轴线布置隧道轴线方向主要受整个工程布置情况及地质条件决定，但地应力的大小和方向对它有重要影响。
研究表明，在以水平构造为主的应力场中，洞室轴线宜与最大水平主应力方向平行或成小角度相交布置，否则边墙将产生严重的变形和破坏。
根据地应力测试结果，最大水平主应力方向与隧道轴线方向（约N10︒W向）的夹角较小（约32︒），对隧道围岩的稳定性相对有利。