福仁山隧道工程地質研究

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【摘要】福仁山隧道是中國水電十四局承建的西成鐵路西安至江油段（陜西境內）站前工程XCZQ-5標段的一座典型隧道工程。該隧道地處秦嶺南麓低中山區(qū)，位于商丹斷裂帶和勉略-巴山弧形斷裂構造帶夾持的南秦嶺構造帶，內部組成與構造變形十分復雜，工程地質現(xiàn)象較為特殊，具有一定的研究意義。

【關鍵詞】福仁山隧道；工程地質特征；地質構造

1福仁山隧道工程概述

目前在建的西成客運專線按國鐵Ⅰ級、雙線建設，設計時速250公里每小時，功能以客運為主，從西安出發(fā)，穿越秦嶺經陜西漢中、翻越米倉山進入四川境內，經四川廣元至江油與綿成樂客運專線相接直抵成都，預計線路通車后，將大大縮短西安到成都的直線距離。從西安到漢中僅需1小時、到成都需3小時。該項目由西安至四川江油段和成綿樂城際鐵路兩段組成，全長660公里，項目投資估算總額約為688億元。西成客專陜西段全長342.9公里，建設工期5年。中國水電十四局負責西成鐵路西安至江油段（陜西境內）站前工程XCZQ-5標段，正線全長31.81Km。該標段主要包括：羅曲隧道進出口路基工程94.7m，隧道工程4座（包括部分得利隧道6330m、福仁山隧道、羅曲隧道、范家咀隧道）總長度30.47Km，橋梁3座（金水河特大橋、酉水河大橋、金龍河大橋）總長度1.2457Km。福仁山隧道地處秦嶺南麓低中山區(qū)，隧道范圍平均海拔1200m，最高海拔為1634.1m，洞身地表起伏較大，地表自然坡度為30°~40°，分布有眾多基巖“V”形侵蝕谷，多為南北展布，隧道區(qū)域山高坡陡，基巖裸露，溝壑縱橫，地形復雜，植被茂密。隧道起訖里程為DK159+625.95~DK172+725.5。進口位于金水河牛角壩，出口位于酉水河宋家堰，最大埋深929m，最小埋深46m，洞身均位于直線以上，隧道以3‰上坡進洞至DK162+900后以8‰下坡出洞。進口位于金水河右岸坡地上，隧道中含有一座斜井，為本標段重點控制隧道。本隧道建筑限界采用《高速鐵路設計規(guī)范》（TB10621—2009）中規(guī)定的限界尺寸，隧道內采用“通隧（2008）0201”中的襯砌內輪廓，軌面有效面積為92m2，隧道內線間距為4.6m.曲線上隧道襯砌內輪廓不加寬，施工針對圍巖情況采取短進尺、分部開挖和初期支護，二次襯砌及時跟進，以確保施工安全。

2沿線氣候條件

本區(qū)域為亞熱帶濕潤季風氣候，特點是溫暖濕潤，四季分明，降水量多集中在夏秋季節(jié)，常有暴雨災害，年平均氣溫15.2℃，極端最高氣溫38.4℃，極端最低氣溫-5.9℃，年平均降水量785.5mm，年平均蒸發(fā)量1160.5mm，最大積雪厚度4cm。

3工程地質特征

3.1地層巖性

隧道通過的地層主要有第四系全新統(tǒng)（Q4），志留系下統(tǒng)（S1），元古界中上統(tǒng)（Pt2-3）及太古界（Ar）的構造巖類。（1）第四系全新統(tǒng)（Q4）主要包括：膨脹土（Q4d19）、卵石土（Q4d17）、碎石土（Q4d17、p17）、塊石土（Q4d18），多為灰黃色，粒徑小于或等于2-60mm的約占10％，大于60-100mm的約占25％，大于200mm的約占55％。（2）志留系下統(tǒng)（S1）：片巖夾大理巖（S1Sc+Mb），大理巖（S1Mb）、片巖（S1Sc）、主要為灰黃青灰色變晶結構，片狀塊狀構造。（3）元古界中上統(tǒng)（Pt2-3）：變粒巖夾大理巖（Pt2-3Gr+Mb），大理巖夾片麻巖（Pt2-3Mb+Mb）。多為灰褐色，淺灰色，風化厚度約為1-10mm。（4）太古界（Ar）：片麻巖夾大理巖（Pt2-3Gr+Mb），灰褐色，淺灰色粒狀變晶結構，塊狀結構，風化厚度2-8mm。（5）構造巖類主要包括：碎裂巖，多為青灰色、灰褐色，寬度約20-65m，工程地質較差。

3.2地質構造

福仁山隧道位于商丹斷裂帶和勉略-巴山弧形斷裂構造帶夾持的南秦嶺構造帶，相當于秦嶺造山帶的蜂腰部位，隧道主體位于佛坪窟窿的南半部，歷經多次地質構造活動的影響，其內部組成與構造變形十分復雜。目前已經發(fā)現(xiàn)的主要斷層包括：f66、f67、f68、f69、f70、f70-1、f71、f71-1、f71-2，其中f66為逆斷層，產狀N65°-N80°W（65°-N75°），破碎帶寬約為10-30m，斷層帶物質成分為碎裂巖，局部夾斷層角礫巖，斷裂帶內部巖體較為破碎，隧道洞身通過地段為DK159+856~DK159+878.4。f67為逆斷層，產狀N60°-N80°W（50°-N65°），斷裂帶寬30~40m，內部成分為斷層角礫，洞身通過地段為DK160+281~DK160+318。另外，隧道段還發(fā)育兩處背斜及一處向斜，背斜核部洞身中心里程為DK165+543~DK169+062，巖體破碎，節(jié)理發(fā)育，向斜核部未穿過洞身，富水，巖體破碎，節(jié)理發(fā)育，由于隧道區(qū)各地質體的發(fā)育時代，構造運動強烈，區(qū)域性大斷裂貫穿東西，發(fā)育數條低序次斷裂，巖石節(jié)理裂隙較發(fā)育，分布較多節(jié)理密節(jié)帶，巖體較破碎-較完整。

3.3不良地質及特殊巖土

（1）隧道范圍內不良地質為隧道進口處左側分布的大理巖巖溶，巖溶現(xiàn)象主要發(fā)育在隧道進口左側金水河右岸的大理巖中，以溶洞形式發(fā)育，溶洞直徑約1-3m，可見延伸深度大于10m，不完全填充，充填物為角礫及雜砂土。（2）隧道范圍內的特殊巖土為膨脹土，具弱-中等膨脹性。

4工程設計情況

針對福仁山隧道地層巖性多樣、地質構造復雜、不良地質現(xiàn)象多發(fā)的工程地質特點，施工單位在詳細的實地勘察和室內研究的基礎上，制定了較為科學合理的設計方案：（1）洞口工程采用斜切式洞門，并設置明洞段，出口采用倒斜切式洞口邊仰坡設置截水天溝，邊坡采用錨網噴支護。（2）洞身工程隧道內部采用“通隧（2008）0201”中的襯砌內輪廓，軌面有效面積為92m2，隧道采用復合式襯砌，初期支護采用噴錨支護設置噴混凝土，錨桿，鋼筋網，鋼架，二次襯砌等，各襯砌類型預留變形量，特殊地形地質地段對支護措施采用管棚，小導管等措施進行了加強。

參考文獻：

[1]才.隧道工程[M].北京：人民交通出版社,2013.

[2]蘭州鐵道學院.隧道工程[M].北京：人民鐵道出版社,1977.

[3]張咸恭.工程地質學[M].北京.地質出版社,1983.

[4]高速鐵路設計規(guī)范(TB10621—2009)[S].2009.

作者：高熙賀 單位：楊凌職業(yè)技術學院