长大岩溶隧道专项地质勘察.doc

1、1长大岩溶隧道专项地质勘察隧道工程地质勘察报告一、概述 隧道概况隧道进口里程为 DK242+105，出口里程为 DK248+728，隧道长 6.623km。其进出口分别位于恩施市白果坝镇及屯堡乡周家湾。隧道进口路肩标高为 801.72m，出口路肩标高为876.79m，设计为单面上坡，坡度为 114。隧道洞身最大埋深达 800m。 工作经过及工作量：为查明隧道区的地形地貌、地层岩性、地质构造、岩溶发育特征、地下水补给、径流、排泄条件，准确预测隧道涌水量（包括洞身的最大及正常分段涌水量），查明存在的主要地质问题、危害程度，并提出相应的工程处理措施等，我院在遥感判释、扩大范围大面积地质测绘、专项岩溶

2、水文地质调查、物探、深孔钻探、测试、长期水文动态观测、探洞等方面做了大量工作，先后经历了 1999年 8月12 初测（24坡度方案），2002 年 3月5 月定测（24坡度方案）、2002 年 7月9 月初测（18坡度方案），2002 年 10月12 月定测（18坡度方案，速度目标值 120km/h），2003 年 6月9 月（18坡度方案，速度目标值 120km/h）定测等众多阶段，专项地质工作自 02 年开始至今在不断地进行，贯穿到各次勘测工作之中，共计完成工作量如下表：表 1 隧道专项地质完成工作量一览表2 专项地质解决的主要地质问题：本隧道的专项地质工作在查明隧道的地形地貌、地层岩性、

3、地质构造、不良地质、工程地质及水文地质条件的基础上，重点解决如下地质问题：1、 隧道突水、突泥隧道穿越的地层均为可溶岩，岩溶强烈发育，线路穿越白果坝背斜这一蓄水构造，发育多条暗河系统，隧道在施工过程中可能发生大规模突水突泥，施工风险极大。查明突水突泥位置（或地段）、规模，提出相应工程措施，指导设计和施工，把风险降至最低程度，是本隧道专项地质工作最主要任务。2、天然气在隧道附近发现有多个含气构造。由于天然气富含甲烷、硫化氢等易燃组分，到达一定浓度会发生燃烧甚至爆炸，严重危及人身和机具的安全；硫化氢等为有毒气体，吸入人体会造成人身损害；硫化氢还具有很强的腐蚀性。隧道穿越气田区或封闭构造圈时，可能遭

4、遇天然气，因此，对该地区隧道进行天然气危险性评估，为设计和施工提供依据，采取相应工程措施，确保施工和运营的安全，是本隧道专项地质勘察研究的工作内容之一。3、地应力越岭深埋长隧道通常都存在地应力偏高的问题，高地应力对工程会带来一系列不利影序号 项目名称 单位 隧道 附注1 遥感判释（1:1 万） Km2 602 1/万大面积地质测绘 Km2 863 1/万岩溶水文地质调查 Km2 1004 电法 Km 15 震探 Km 16物探 大地音频电磁 Km 31.99 浅孔 孔m 116.110钻探 深孔 孔m 3757.7812 综合测井 孔m 3757.7814 水文试验 孔 317 地应力测试 孔

5、m 145018 “瓦斯”测试 孔处19 石样 组 5220 水样 组 524 重要水点长期观测 处 1 1个水文年25 探洞 处m 7290.526 气象站 处 1 1个水文年27 天然气危险性评估 全隧道区3响，如硬质岩可能发生岩爆，软质岩可能发生扩容变形，它们轻则破坏隧道的支护，延误工期；重的可能造成施工人员伤亡和机具设备的破坏，威胁施工安全，甚至摧毁整个隧道洞身。因此，布置必要的深孔，进行孔内地应力测试，实测隧道洞身地应力状态，预测工程灾害（如岩爆、软质岩的扩容变形等）的发生和发展，为隧道设计和施工组织提供依据，避免或降低施工风险，是本隧道专项地质工作的又一个任务。4、地温地壳浅部的温

6、度在一定深度后会随深度的增加而增加，深度愈大，温度越高。同时，其它一些原因也可能导致地温异常。人体要正常进行劳动，需要一个气候适宜的气温环境，高温环境会引起人的生理机能障碍，危害人体健康，并且会导致事故率增加，劳动生产率严重下降。因此，在深埋隧道进行地温预测，根据预测结果，采取相应措施，保证施工人员的身心健康，减少事故率，保证施工工期，是本隧道专项地质内容之一。二、自然地理 地理位置隧道地处湖北省鄂西南山区，属恩施市白果坝乡与屯堡乡交界地带，工作区内交通不便，隧道进口处为宽 45m 的碎石路（恩利县级公路），出口处无机耕路，洞身山区内因大山阻隔，交通十分困难。（图 11）； 图 1 交 通 位

7、 置 图 地貌：测区属中低山区，海拔高程在 7501750 米之间，区内最高山峰标高为 1739.3米，最低标高在隧道进口白果坝镇，标高为 789米。测区地形高山深切，地势陡峻，相对高差大，山体自然坡度约 20o40 o，局部发育陡崖。植被发育，人烟稀少。落水洞、漏斗广为分布。 河流水系测区属清江水系，线路左侧有渡口河，蜿蜒汇入车坝河水库。 气象测区属亚热带季风性气候，雾多湿重，雨量充沛。区内山峦叠嶂，沟壑纵横，相对高差约 1000m，呈现极为明显的垂直气候特征。一般海拔每升高 100m，气温下降40.50.6。恩施地区是清江流域两大暴雨中心之一。年降雨量 12001500mm，49月份为雨季

8、。恩施市年平均气温 16.3，极端最高气温 41.2，极端最低气温-12.3，元月份平均气温 5.0,七月份平均气温 27.1，年平均降雨量 1439.4mm，24 小时最大降雨量 227.5mm(80年 6月 17日)。三、地层岩性隧道通过的地层主要有寒武系、奥陶系和第四系。现将地层从老到新叙述如下:1、寒武系（）呈 NE向展布于白果坝背斜核部及两翼。(1)、寒武系下统（ 1）天河板组（ 1t）：灰色薄层泥质条带灰岩，夹灰绿色页岩、细晶灰质白云岩。为白果坝背斜核部地层，测区地表未见出露，厚度大于 250m。石龙洞组（ 1sl）：上部为灰灰白色，厚薄层白云岩夹鲕粒灰岩和灰岩，下部为溶崩角砾岩含

9、少量石盐假晶，顶部为灰绿色水云母页岩。为白果坝背斜核部地层，测区地表未见出露，厚约 100150m。(2)、寒武系中统（ 2）高台+茅坪组（ 2g+m）：高台组为灰绿色水云母页岩与薄层泥质白云岩或深灰色薄层灰岩互层；茅坪组上部为黄绿色薄层状泥质白云岩、砂质白云岩夹石英砂岩或白云质粉砂岩、溶崩角砾岩；下部为浅灰色细晶白云质灰岩夹微晶白云岩。为白果坝背斜核部附近，厚约 151m。光竹岭组（ 2gn）：浅灰、灰色厚层微晶细晶灰岩、条带状灰岩夹钙泥质页岩、白云岩及白云质灰岩。为白果坝背斜两翼地层，测区地表大量出露，厚约 503m。(3)、寒武系上统耗子沱群（ 3hz）岩性为灰白色、深灰色中厚层白云岩夹

10、灰岩、灰岩与白云岩互层，局部含灰质白云岩；为白果坝背斜两翼地层，测区地表大面积出露，厚约 450m。2、奥陶系（O）在测区范围内，呈 NESW向展布于白果坝背斜北西翼，与下伏寒武系呈整合接触。地层厚约 275m。(1)、奥陶系下统（O 1）南津关组（O 1n）：灰浅灰色中厚至厚层微晶灰岩夹微晶白云质灰岩，局部夹泥质灰岩，底部为灰绿色、黄绿色、紫灰色页岩夹生物屑亮晶灰岩，厚约 105m。5两 河 口4 5 661万 县利 川 花 椒 坪21323沐 怃团 堡12 枝 城龙 凤 坝543芭 蕉上 茅 坝4白 果 坝 5恩 施屯 堡 6 及 其 编 号活 动 断 裂线 路 方 案断 裂 及 其编 号

11、向 斜背 斜分乡组（O 1f）：灰色中厚层生物碎屑灰岩与灰绿色页岩互层，厚约 30m。红花园组（O 1h）：灰色深灰色，中厚层生物屑灰岩，及砂屑灰岩，厚约 20m。大湾组（O 1d）：灰色、紫红色生物屑灰岩夹灰绿色灰黄色页岩，中厚层，厚约60m 。牯牛潭组（O 1g）：青灰色生物屑灰岩、瘤状微晶灰岩，中厚层，厚约 25m。(2)、奥陶系中上统（O 23 ）庙坡组（O 2m）：灰灰黑色页岩与薄层含炭质灰岩的夹层和互层，中薄层,厚约 10m。宝塔组临湘组（O 2b+3l）：瘤状灰岩、龟裂纹微晶灰岩，灰色、紫红色、黄绿色等,中厚层，局部含薄层，厚约 20m。五峰组（O 3w）：灰黑色炭质页岩，薄层硅

12、质岩与紫灰色页岩互层，中薄层，厚约 5m。3、第四系（Q）零星出露，多分布于测区山谷、洼地及山坡，以残坡积为主，主要为黏性土，呈棕黄色，硬塑半干硬，夹少量灰岩、页岩碎石，厚 05 米。四、地质构造测区位于新华夏系第三隆起带(川鄂褶皱带)内，主要构造形迹以 NENNE 向褶皱为主。图 2 构 造 纲 要 图 褶皱 线路斜穿白果坝背斜。白果坝背斜长约 40Km，宽 10Km，轴向约 N45E，核部为寒武系地层，两翼由奥陶系三叠系地层组成。北西翼地层倾角较陡，3050 度，南东翼较缓，2030 度，轴部向西斜歪。 6 断裂在背斜核部附近（DK244+637.9）发育北东向的二次纵张断裂白果坝断裂。白

13、果坝断层先期为纵张，后期为压扭性，在隧道区表现为逆断层。茅坝槽断层为宽 1060m 的断层破碎带（东宽西薄），角砾多呈菱角状，少数磨园，具泥化现象，断面较粗糙，倾向310左右，倾角 45左右，断距较小。从断层特征、泉水出露情况及岸云水库无渗漏等情况综合分析，该断层为阻水断层。根据既有钻孔注水试验结果，断层带的渗透系数为0.00196m/d，平均影响半径 33m（钻探过程中使用了泥浆循环，试验数据仅做参考）。隧道与断层走向夹角约 35 o。 节理隧道区节理、裂隙较发育，但规模较大的节理、裂隙（主指延伸长度大于 20 米以上者）主要发育在白果坝背斜南东翼和背斜倾伏端，其发育方向有 N1015E、N

14、30E、N30 40W、N80 W，节理裂隙延伸长度 2050 米（可见长度）不等，最小间距10 米左右，最大间距在 50 米以上，节理裂隙多呈直线延伸，但裂面多呈弧形（波浪状），并可见挤压、扭动擦痕，在隧道进口西侧，雷达石至关口一带上述特征显示明显，其中关口一带节理、裂隙密度较大，节理、裂隙具有张性特征，张开宽度 215cm 不等，岩石破碎。隧道区节理、裂隙发育与区内构造密切相关，严格讲白果坝背斜与白果坝断层形成时的挤压应力对节理、裂隙影响甚大。调查发现隧道进口段恰好位于白果坝断层的南西尖灭端，地表未形成断层破碎带，主要靠岩层节理、裂隙发生拉张或扭性来释放能量，因此在隧道进口一带，地表裂隙发

15、育规模大，可见延伸长在 520 米，张开 210cm 不等。在白果坝背斜南东翼恩施利川公路两侧可见延伸长度 2050m 的节理，间距 1050m 不等，裂面见擦痕和磨光面，裂隙中有泥质充填，经量测构造节理、裂隙走向主要为 NNE向和近东西向两组，裂隙间距多大于 2m，局部可见 1025cm 的破碎带。隧道中段至出口属白果坝背斜倾伏端，岩层中 N1015E 与 N3560W 向的构造节理、裂隙发育，此方向的构造节理、裂隙有可能是形成地下岩溶发育的主要因素。本次调查主要裂隙见表 31、图 13、14、15。 表 2 隧道区节理、裂隙一览表点号 产状 间距 (m) 点号 产状 间距(m) 点号 产状

16、 间距 (m)EW/ 2 080 0.5 325 0/ 0.550/ 1 9088 0.2 75/ 0.510547 20052 0.025 32040 0.5145308140/10573 1.5 20084 1.5 365 16580 11121580 1.2 319 30083 1.0 3550 0.57265/4580 2 20/ 0.5 378 7566 0.625025 0.8 50/ 2 13063 0.59719070 13225579 2 14036 0.24062 0.3 320/ 0.5 380 29570 1.51407026 0.5 104 20570 0.8 108

17、1 0.69061 2 2565 0.817540 2 30560 1153300/ 11082585 1330/ 21622050 18 新构造运动及地震隧道区域的新构造动运动表现为大面积的间歇性抬升。间歇性抬升的结果，造成了区域广布的多级剥夹面。19541974 年重庆至宜昌间的重复大地水准测量结果表明，该区域表现为缓慢的大面积升隆运动，处于变幅不大的总体抬升状态。地震是断裂活动的重要证据。建始至恩施断裂带(由猫儿坪断裂、龙凤坝断裂、桅杆堡断裂组成) 为一活动性断裂带，其成生和发展经历了多次构造运动，具有继续性，多期性，复合性特征。该断裂带在燕山运动中得到进一步发展，它既控制了东侧的中生界

18、白垩系盆地，又对上白垩统正阳组起到切割破坏作用。在现代地貌特征上，东西两侧也绝然不同，其东侧为海拔 400900 米的丘陵地形，西侧为海拔 10001600 米的中山山地。这种地貌反差，反映第四纪仍有较强活动。据历史记载和 1959 年三峡地震台网建立以来，区内地震活动微弱，破坏性地震（Ms4.7 级）仅在隧道南西 40km 的利川毛坝乡曾于 1931 年 7月 1 日发生过 5 级地震（震中地震烈度 VI），在隧道 50km 范围内再无其它强震发生。从9 + J J K J + + 1 2 1 15 4 6 51 1 1 22 33 0 0 00 0 13 0 0 0 O O O0 0 0

19、0 0 O + 0 + J 5 0 0 蘀 其规模、特征、变形速率和地震活动水平分析，属于弱活动断裂，不具备孕育强震条件。根据中国地震动参数区划图(GB18306-2001)，隧道区动峰值加速度为 0.05g，动反应谱特征周期 0.35s。五、不良地质测区的不良地质有岩溶、地应力、天然气、高地温等。 岩溶：隧道大部经过寒武系、奥陶系地层，地表岩溶强烈发育，漏斗、落水洞、岩溶洼地密布，地下暗河发育，地下水丰富，可能发生大规模的突水、突泥和涌水。在设计中应采取严格的封堵、排水、防渗等措施，在施工中应采取各种手段进行超前探测、预报，确保施工安全，并做好发生地质灾害的各项处理预案，同时进行环境地质灾害

20、监测。该项在以后章节详细论述。 地应力：本隧道为深埋隧道，最大埋深达 800m，可能存在高地应力引起岩爆等地质灾害的发生，施工中应注意加强监测和防护。该隧道的深孔未完成，地应力测试工作待深孔完成后进行，届时再补充该隧道的地应力评价。 天然气：图 6 恩施万县铁路及沿线（含气）构造位置图101、隧道附近圈闭特征简介截止 2002年底，铁路沿线已发现圈闭 19个。其中齐岳山以西发现有建南、高峰场、寨沟湾等三个气田，新场、龙驹坝、茨竹垭等三个含气构造。齐岳山以东发现有野马槽、高坎子、小青垭、鱼皮泽、白果坝等圈闭构造， 齐岳山以西地区勘探程度较高，已发现的地下圈闭可靠性较好，齐岳山以东的小青垭、野马槽

21、、高坎子、马前等为地面调查发现的地表构造，缺乏深部地震资料，其特征不落实，地下圈闭可靠性较差。下面简述隧道附近白果坝圈闭构造特征。白果坝构造白果坝构造位于恩施市白果坝镇，构造位置属中央复背斜，为一 NE/SW向的梳状半箱状长轴背斜，其核部出露下寒武统，长 58.5km，宽 11km，地面调查发现该构造存在 4个高点。白岩高点离铁路线距离较远，大于 10km；刘兰坪高点被断层破坏不显高点；经分析认为暗云、猫子洞高点较可靠。在该构造地表 3s、 2q地层中发现沥青、气苗多处，多沿断层分布。2、天然气对隧道的影响分析隧道为背斜型隧道，穿过地层层位有： 1t、 1s、 2q、 3s、O 1n、O 2+3，隧道海拔797.27834.76m。隧道穿过白果坝构造主高点附近。上世纪六十年代地面调查发现 1sl、 2+3地层中沥青、气苗多处，虽然在白果坝构造核部钻井 3口，未见油气显示，但隧道施工中遇到断层时可能遇到正在散失的天然气。隧道穿过白果坝构造高部位，白果坝构造沿轴部断层发现多处气苗，说明其所含油气仍然在泄露，可能会对隧道产生影响。由于隧道穿过 2q、 3s、O 1n可能含有天然气的地层，建议在施工中遇到该层位时注意通风、作好设备防腐及人员的安全工作，特别是在遇到断层时注意是否有 H2S气味，注意防火。