【關(guān)鍵詞】改善；梁山隧道；工程地質(zhì)條件 

　　1 概述 

　　新建張家口至呼和浩特快速鐵路途經(jīng)河北省、內(nèi)蒙古自治區(qū)，東起河北省張家口南站，西迄于呼和浩特東站。線路全長286km，速度目標(biāo)值250km/h。該鐵路為內(nèi)蒙古通往華北地區(qū)的第一條快速客運專線，也是中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃的重要組成部分。該項目建成后，將分流現(xiàn)有京包線的客流，極大增強內(nèi)蒙古及更遠地區(qū)鐵路運輸能力。 

　　梁山隧道位于內(nèi)蒙古自治區(qū)烏蘭察布市卓資縣境內(nèi)，該段為典型的低中山區(qū)，地形起伏較大，山體沿線路方向總體呈“M”形，隧道進口、出口兩端山體高聳，中部為寬大沖溝。定測長隧道方案最大埋深384m，長度約7.5km，為張呼線第二長隧道。穿過的巖性復(fù)雜，地質(zhì)構(gòu)造、不良地質(zhì)、特殊巖土發(fā)育，線路方案的選擇意義重大。 

　　梁山隧道所經(jīng)山體分布有危巖落石、巖溶等不良地質(zhì)及斷層構(gòu)造，特殊巖土以隧道中部長大段落膨脹巖為主，局部分布濕陷性黃土，且該段水文地質(zhì)條件較為復(fù)雜。選擇不良地質(zhì)和構(gòu)造影響小、繞避膨脹巖的通道，優(yōu)化線路方案，改善梁山隧道工程地質(zhì)條件意義重大。 

　　2 自然特征 

　　2.1 地形地貌 

　　隧道穿越卓資剝蝕中低山區(qū)，沖溝發(fā)育，地面高程1410.2m～1727.2m之間，相對高差最大約317m，自然坡度較陡，一般為15～31°，整體地形為西南高東北低，植被多為樹木及少量雜草。 

　　2.2 地層巖性 

　　梁山為卓資縣境內(nèi)最高山脈，主要為太古界大理巖、片麻巖，由于受構(gòu)造變動、巖漿活動的破壞及強烈混合巖化、花崗巖化作用的影響，各段巖性特點有所不同。中部出露白堊統(tǒng)下統(tǒng)白女羊盤組凝灰?guī)r，該套巖層為一套陸相火山噴發(fā)-沉積地層，不整合接觸于太古界地層之上，北部以火山碎屑巖為主，層狀構(gòu)造較明顯，南部為熔巖，層理不清，以塊狀構(gòu)造為主。第三系上新世大面積的玄武巖覆蓋于上新世以前地層及花崗巖之上，局部可見玄武巖不整合在早白堊統(tǒng)之上。第四系上更新統(tǒng)地層主要分布于沖溝或河床兩側(cè)的一級階地。一般具二元結(jié)構(gòu)，上為風(fēng)成黃土，下為沖洪積碎（卵）石土。第四系全新統(tǒng)地層主要分布于沖溝溝底，河床部位，巖性多為碎石類土，局部見漂石。 

　　2.3 地質(zhì)構(gòu)造 

　　隧址區(qū)處于陰山山系的大青山東南部，其基底由太古界集寧群混合大理巖和片麻巖構(gòu)成，隧道中部白堊系凝灰?guī)r發(fā)育，大部分呈傾角平緩的單斜構(gòu)造覆于基底，與太古界片麻巖斷層接觸。 

　　2.4 水文地質(zhì) 

　　隧址區(qū)未見地表水，隧道中部沖溝發(fā)育，雨季有短時間急流，向北匯入大黑河；上述地表水均屬于黃河水系，最終均向西匯入黃河，多為源短流急的季節(jié)性河流，雨季河水猛漲，水流湍急，枯水季節(jié)流量較小，甚至干涸。地下水主要為基巖裂隙水及碳酸鹽巖裂隙巖溶水兩類。地下水對普通混凝土結(jié)構(gòu)無侵蝕性。 

　　2.5 不良地質(zhì) 

　　（1）巖溶 

　　巖溶發(fā)育在質(zhì)地較純、顆粒粗和厚層大理巖中，純質(zhì)大理巖巖溶最為發(fā)育，其次為變粒大理巖和混合大理巖，太古界集寧群厚層變粒大理巖和混合大理巖等可溶巖，地表大理巖溶隙、溶洞等溶蝕現(xiàn)象不發(fā)育，地下巖溶形態(tài)以順結(jié)構(gòu)面和斷裂發(fā)育的溶隙、溶洞為主。 

　　本線隧道東北側(cè)1.7km左右為丹拉高速福生莊1號隧道，根據(jù)施工資料，隧道開挖揭露溶洞大小從0.2×0.8m小溶洞至最大13×24×10m的巨型溶洞，溶洞局部有碎石充填物及塌落巨石。大理巖區(qū)巖溶對隧道影響程度較大，特別是隧道應(yīng)考慮巖溶水突水、突泥問題，設(shè)計及施工時須注意。 

　�。�2）危巖落石 

　　隧道進口處危巖落石：隧道進口自然坡度30-50度，巖性為片麻巖強風(fēng)化，發(fā)育2-3組節(jié)理，巖體較為破碎，呈塊狀或者大塊狀，坡面可見散落石塊，落石粒徑一般30-50cm，最大可達1.2m左右。施工過程中建議進行放坡或做其它相應(yīng)防護。 

　�。�3）泥石流 

　　隧道進口溝谷發(fā)育小型泥石流，泥石流類型主要水石流，位于泥石流通過區(qū)，堆積的主要成分是礫石、碎石和少量塊石，少量砂礫組成。比一般洪水破壞力大，以沖刷為主，對護岸及建筑物產(chǎn)生慢性沖刷破壞。 

　　2.6 特殊巖土 

　�。�1）膨脹巖 

　　隧址區(qū)中部分布白堊統(tǒng)下統(tǒng)白女羊盤組凝灰?guī)r、泥巖、砂質(zhì)泥巖，遇水迅速崩解、軟化，工程性質(zhì)極差。根據(jù)鉆孔取樣試驗，自由膨脹率Fs：31～44%，蒙脫石含量M：7.1～39.31%，陽離子交換量CEC（NH+）：172～383.94 mmol/kg，具有中等～強膨脹性。膨脹巖會導(dǎo)致隧道圍巖開裂，導(dǎo)坑下沉，圍巖脹突，坍塌與冒頂、底臌等病害，對隧道工程影響較大[1]。 

　　（2）濕陷性黃土 

　　隧址區(qū)大里程方向山坡表層覆蓋第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積砂質(zhì)黃土，具有濕陷性，根據(jù)鉆孔取樣試驗，黃土自重濕陷性系數(shù)δzs=0.019-0.092，濕陷系數(shù)δs=0.059-0.09，具有Ⅲ級嚴(yán)重自重濕陷性。 

　　3 優(yōu)化過程分析 

　　3.1長隧道方案的主要工程地質(zhì)問題 

　�。�1）膨脹巖 

　　根據(jù)現(xiàn)場調(diào)繪，隧道區(qū)中部淺埋段分布有白堊系凝灰?guī)r、砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)砂巖，屬于膨脹巖，具有中～強膨脹性，長度為860m，隧道埋深在40m左右，圍巖以V級為主，施工風(fēng)險大，存在很大的施工安全隱患。 

　�。�2）斷層構(gòu)造 

　　根據(jù)現(xiàn)場調(diào)繪結(jié)合物探、鉆探揭示隧道中部發(fā)育有5條北東向延展的斷裂帶（見圖2）。 

　�。�3）膨脹巖淺埋段地下水位高 　　隧道中部沖溝發(fā)育，雨季有短時間急流，向北匯入大黑河。地下水以基巖裂隙水及碳酸鹽巖裂隙巖溶水為主。隧道中部的5條斷裂為主要富水帶，除接受大氣降水補給外，還受周邊基巖裂隙水側(cè)向補給，局部沖溝出漏泉水，地下水較豐富，水位較高，根據(jù)調(diào)查顯示DK222+000-DK222+500沖溝段，地下水位均高于設(shè)計軌面。圖3為梁山隧道中部南溝正面和側(cè)面照片，從中可以大致看出本段為扇狀寬大沖溝，且沖溝上游匯水面積較大，地層以松散的第四系坡積層和風(fēng)化嚴(yán)重的白堊系凝灰?guī)r為主，容易形成地下水的運移儲存通道。 

　　通過地質(zhì)調(diào)繪、物探和鉆探，最終分析得出：長隧道方案穿過斷裂破碎帶較多、且通過強膨脹巖段落較長、地下水發(fā)育的膨脹巖段軌面低于地下水位，是該方案的主要問題。長隧道方案的主要工程地質(zhì)問題見下表1。 

　　3.2 優(yōu)化隧道方案采取的主要手段 

　�。�1）采用工程地質(zhì)綜合勘察方法。 

　　在開始調(diào)繪之前，對小組成員進行了所需知識和需要解決問題的培訓(xùn)，大致了解了本區(qū)域的地質(zhì)情況，做好準(zhǔn)備工作，帶著問題去現(xiàn)場。在現(xiàn)場，我們以地質(zhì)調(diào)繪為主，輔以必要的物探、鉆探驗證工作，通過多元勘察方法進行對比分析，相互驗證，共計完成帶狀調(diào)繪12km，大面積調(diào)繪48km2，地質(zhì)觀測點300余個，攝影點200余個，物探剖面14.2km，鉆探1000余米，水文試驗、土工試驗若干。 

　�。�2）查明構(gòu)造、不良地質(zhì)、膨脹巖分布范圍。 

　　針對構(gòu)造：首先我們結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料進行地質(zhì)調(diào)繪，對地質(zhì)調(diào)繪難以確定的斷裂構(gòu)造，我們盡可能垂直構(gòu)造方向布置物探剖面，以確定斷裂構(gòu)造的產(chǎn)狀，最終描繪到工程地質(zhì)圖中。 

　　針對不良地質(zhì)：首先大面積調(diào)查，確定地表巖溶、危巖落石的位置、范圍以及規(guī)模，并實地測量；地下隱伏的巖溶，我們通過布置物探剖面，反演解譯巖溶的分布狀況。最終以實測坐標(biāo)反映到工程地質(zhì)圖中。 

　　針對膨脹巖：根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，我們知道白堊系凝灰?guī)r、泥巖具有膨脹性，并了解了其野外識別特征及遇水易崩解的特性[1]，在大面積地質(zhì)調(diào)繪中進行初判（見表2）。 

　　通過大面積地質(zhì)調(diào)繪，首先依據(jù)膨脹巖的特性我們初步判定后，圈定膨脹巖的分布范圍，然后再通過勘探孔取樣判定膨脹等級及層位深度[2]，最終在工程地質(zhì)圖上反應(yīng)出來。 

　�。�3）查明水文地質(zhì)條件 

　　水文地質(zhì)調(diào)查期間本段未見地表徑流，中部沖溝發(fā)育，局部沖溝出漏泉水，水量不大，在不易查清的地段布置水文試驗孔，進行水文試驗，確定滲透系數(shù)等參數(shù)。 

　　3.3 優(yōu)化后隧道方案 

　　通過各種勘察方法的綜合應(yīng)用，有針對性的查明構(gòu)造、不良地質(zhì)、膨脹巖分布范圍及水文地質(zhì)條件，最終得出優(yōu)化方案為建議梁山隧道在中部南溝地下水發(fā)育的強膨脹巖地段露頭，從而確定了目前的短隧道方案，該方案前半段外移靠近高速公路，圍巖條件較長隧道方案沒有太大變化，在中部出露837m，以路基和橋的形式通過，中后段盡量靠近長隧方案，避開長大段落膨脹巖。優(yōu)化后的梁山短隧方案，穿過膨脹巖段落長度由860m減少到300m，隧道洞深穿過的斷裂帶由5條減少到3條，且滿足了地下水發(fā)育的強膨脹巖段落隧道露頭的目標(biāo)，降低了膨脹巖引起的工程風(fēng)險，施工工期相對較短，不需設(shè)置輔助坑道，工程代價相對較低。短隧方案見圖4。 

　　4 結(jié)束語 

　　梁山隧道工程地質(zhì)條件的改善，在充分分析了長隧道方案的各種工程地質(zhì)問題后，綜合運用各種勘察方法，有針對性的查明該區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、不良地質(zhì)、膨脹巖分布范圍及地下水條件，最終確定了目前的短隧道方案，有效的解決了長隧道方案的工程地質(zhì)問題，工程地質(zhì)條件得到明顯改善，不管從工程經(jīng)濟合理，還是施工安全上都有非常顯著的現(xiàn)實意義。 

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