1、工程科技 213 西丰至开原高速公路路线工程地质评述 沈俊海 (辽宁大通公路工程有限公司，辽宁沈阳110111) 摘要：本文充分利用西丰至开原高速公路遥感调绘报告，根据线路区区域地质、地形、地貌、岩土体类型及工程地质特征、水文地质 条件，对线路区分段进行工程地质评述。 关键词：西丰至开原高速公路；工程地质；评述 1概述 西丰至开原高速公路线路位于辽宁北部地区，起点在西丰县安民 镇晓阳村东(124。58 05“，42。57。52“)，终点在开原金沟子镇小 湾屯村(12401 20“，42。37 32“o近东一西走向，连接西丰县与 开原市，线路自东向西走向与寇河流向基本一致，终点与沈阳至四平高 速
2、公路相接。沿途经过安民、西丰、郜家店、威远、城东、开原老城、金沟 子等乡镇。线路全长约86884公里。 2工程地质评述 西丰至开原高速公路的工程地质评述，充分利用了前期工程地质 遥感调绘报告，对区域地质、水文地质、工程地质及环境地质资料进行 了全面的分析、整理和利用，现按线路里程对其进行工程地质评述如 下： 21 K0+000K5+580段。该段为低山丘陵、山前冲洪积斜坡地貌， 地形起伏较大。丘顶呈馒头状，绝对标高在340380m，坡度1525。， 线路从山坡脚和山间冲沟的开口处穿过。 上覆地层为第四系全新统(Q 、Q )粉质粘土、粉土、淤泥、淤泥 质粉质粘土、角砾、碎石土等；下伏基岩主要为华
3、力西期( 43)侵人的 二长花岗岩，侵人面积较大，属较坚硬块状火山岩类，风化层厚度几米 至十多米，基底较稳定。 地下水位较深，一般5-8米左右，为基岩裂隙水和孔隙潜水，受大 气降水和地表径流的影响，水化学类型多为HCO。-CaNa型，水质良 好，对混凝土无腐蚀陛。 局音 、面积的揭露淤泥及淤泥质粉质粘土，为山间洼地湖沼相沉 积成因，面积小，段落短(100140米)，厚度薄(12米厚)，埋深浅(一般 小于2米)，处理起来较为方便，直接挖除即可。 22 K5+580K6+320段该段为为河流冲积阶地及河床漫滩地貌 区。地形较为平坦，起伏不大，地面标高260265米。 上覆地层为第四系全新统(Q 、
4、Qfi)粉质粘土、卵石以及卵碎石 混粘眭土，下伏基岩主要为华力西期(11 )侵入的二长花岗岩以及古 生代奥陶系烧锅屯组(0s)的浅粒岩为主，属较坚硬块状火山岩和浅变 质岩石。 段落内穿越一条河流一清河，地下水位很浅，一般25米左右，以 基岩裂隙水、孔隙潜水为主，水位受大气降水和地表径流的影响，水化 学类型多为HCO -CaNa型，水质良好，对混凝土无腐蚀I生。 23 K6+320K9+010段。该段为山前冲洪积斜坡地貌和低山丘陵 地貌区，以山前斜坡地貌为主。地形起伏不大，地面标高为240290米 左右，线路从山坡脚处穿越。 上部第四纪覆盖层为几米至十几米不等，岩陛以粉质粘土、角砾、 卵碎石为主
5、，下伏基岩以古生代奥陶系烧锅屯组(0s)浅粒岩为主，局部 揭露华力西期( 43)侵入二长花岗岩、花岗岩。 地下水位较深，一般610米左右，为基岩裂隙水和孔隙潜水，受大 气降水和地表径流的影响，水化学类型多为HCO，-CaNa型，水质良 好，对混凝土无腐蚀性。 24 K9+010K1 1+040段。该段为河流冲积阶地及河床漫滩地貌 区。 地势起伏不大，地形较平坦，地面标高为230240米间，设计线路 穿越乌鲁河河床及其冲积阶地。 上部第四纪覆盖层为2710米厚， 陛以粉质粘土、角砾、卵石为 主，少量细颗粒的砂类土，下伏基岩以古生代奥陶系烧锅屯组(Os)浅粒 岩。 地下水位很浅，一般25米左右，以
6、地表孔隙潜水为主，受大气降 水和地表径流的影响，水化学类型多为HCO -CaNa型，水质良好，对 混凝土无腐蚀陛。 25 KI 1+040K16+600段。该段为山前坡冲洪积斜坡地貌区。 段内地势起伏不大，地面标高为220250米之间，线路穿越低丘 的坡脚处。 上部第四纪覆盖层为0562米，岩性以粉质粘土、粉质粘土混碎 石、碎石为主，基岩以古生代奥陶系烧锅屯组(0s)浅粒岩、华力西期 (11 43)侵入的二长花岗岩为主。 地下水位一般5-8米左右，为基岩裂隙水和孔除潜水，受大气降水 和地表径流的影响，水化学类型多为HCO，-CaNa型，水质良好，对混 凝土无腐蚀陛。 26 K16+600 K1
7、8+200段。该段为河流冲洪积阶地和河床漫滩地 貌区段内地形较平坦，地势起伏不大，地面标高一般在202207米之 间。 上部第四纪覆盖层16125米，岩生以粉质粘土、粉土、粉质粘土 混碎石、卵石为主，下伏基岩主要为华力西期( 43)侵入花岗岩和古 生代奥陶系烧锅屯组(0s)浅粒岩为主，属于较坚硬的块状火山岩类和 浅变质岩。 地下水位很浅，一般2-3米左右，以孔隙潜水为主，受大气降水和 地表径流的影响，水化学类型多为HCO，-CaNa型，水质良好，对混凝 土无腐蚀陛。 27K18+200K30+530段。该段为山前斜坡地貌和低山丘陵地貌 区，以山前斜坡地貌为主。 区内山间冲沟较多，纵断上多呈U字
8、型、波浪型，地势起伏较大， 地面标高一般在195240米之间。 上部第四纪覆盖层一般为几米至十几米厚，岩生以粉质粘土、粉质 粘土混碎石、碎石为主，下伏基岩主要为中生代白垩系安民组(K a)的安 山岩、安山质凝灰岩，德仁组(K d)的泥岩、泥质粉砂岩和华力西期 ( y 4)侵入的二长花岗岩等。 地下水位一般4-8米左右，为基岩裂隙水和孔隙潜水，受大气降水 和地表径流的影响，水化学类型多为HCO -CaNa型，水质良好，对混 凝土无腐蚀性。 除揭露极软岩砂泥岩外，未见其它不良地质现象，基底较稳定。 28 K30+530K41+100段。该段为低山丘陵地貌区和冲积阶地地 貌区，以低山丘陵为主。 地势
9、起伏很大，地面标高为170208米，设计线路基本沿着山坡 脚穿越，纵断线多呈“u”型和“V”型的冲沟。 上部第四纪覆盖层很薄，厚度一般小于4米，岩f生主要以粉质粘 土、粉质粘土混砂砾、粘土混砂砾、角砾、卵石为主，下伏基岩主要为二 长花岗岩。 地下水位一般38米左右，为基岩裂隙水和孔隙潜水，受大气降水 和地表径流的影响，水化学类型多为HCO，-CaNa型，水质良好，对混 凝土无腐蚀l生。 29 K41+100K50+055段。该段为河流冲积阶地及河床漫滩区。 地形较为平坦，随桩号增大地势呈下降之势，地面高程在137150 米之间，在该段落主要穿越寇河流域及其一级冲积阶地。 上覆第四纪地层一般37
10、米厚，岩陛主要为粉质粘土、粉质粘土混 碎石、砾石、卵石，下伏基岩以二长花岗岩为主，局部揭露少量的安山 岩，均为较坚硬块状火山岩类。 地下水位一般l一4米左右，以孔隙潜水为主，受大气降水和地表径 流的影响，水化学类型多为HCO -CaNa型，水质良好，对混凝土无腐 蚀陛。 该段落有两段沿河、改河路基段，应做好路基的冲刷防护设施。 214 工程科技 210 K50+055 K57+215段。该段为低山丘陵地貌区及山前斜坡 地貌地质区，区内地形起伏较大，地面高程在130150米之间。 上覆第四纪地层几米至十几米厚，主要地层为粉质粘土、卵石、碎 石，下伏基岩以二长花岗岩为主。 地下水位一般5-8米左右
11、，为基岩裂隙水和孔隙潜水，受大气降水 和地表径流的影响，水化学类型多为HCO -CaNa型，水质良好，对混 凝土无腐蚀陛。 21 1 K57+215K68+600段。该段为河流冲积阶电及河床漫滩区， 在该段主要经过寇河一级冲积阶地和主河床漫滩区，地形起伏不大，地 面高程在110125米之间。 上覆第四纪地层厚度一般为几米至十几米厚，主要为粉质粘土、粉 土以及粉质粘土混碎石，下伏基岩主要为花岗岩、角闪岩。 地下水位一般2-4米左右，为基岩裂隙水和孔隙潜水，受大气降水 和地表径流的影响，水化学类型多为HCO -CaNa型，水质良好，对混 凝土无腐蚀陛。 212 K68+600K74+310段。该段
12、为低山丘陵地貌区及山前斜坡 地貌工程地质区，段落内地形起伏较大，地面高程在1 10 170米之间。 上覆第四纪地层主要由粉质粘土、粉土及砂、砾卵石组成，厚度一 般不足十米，下伏基岩主要为花岗岩、斜长角闪岩，局部揭露断层破碎 带接触带。 地下水位一般5-8米左右，为基岩裂隙水和孔隙潜水，受大气降水 和地表径流的影响，水化学类型多为HCO -CaNa型，水质良好，对混 凝土无腐蚀性。 213 K74+310K86+884476段。该段为波状剥蚀微丘区，段落内 地形起伏不大，山顶呈馒头状，地面高程在100136米之间。 上覆第四纪地层厚度不足1米至十几米，岩生主要有粉质粘土、淤 泥及淤泥质土、砂类土
13、及圆砾、卵石，下伏基岩为泥岩、砂岩。 地下水位一般610米左右，为基岩裂隙水和孔隙潜水，受大气降 水和地表径流的影响，水化学类型多为HCO -CaNa型，水质良好，对 混凝土 艚蚀眭。 区内揭露的砂岩、泥岩、泥质砂岩等均为泥质胶结，属于极软岩，具 有层理明显、遇水软化、干后龟裂、高压缩陛、低承载力的特点。特别对 于浅基础的构造物施工时应注意基坑不能积水，否则，基底会变成泥 状，降低承载能力；对于挖方边坡应注意边坡的防护，特别是对于对挖 方存在不利组合层理现象的防护。 结束语 综上所述，通过对西丰至开原高速公路工程地质评述，对各段落区 内地貌类型及其特点、地下水类型、地层分布及不良地质现象进行了
14、概 括分析，整体对线路区工程地质条件有了个深刻的认识。总体而言， 线路区整体工程地质条件较好，适合高速公路建设。 参考文献 fllGB5001-2001，建筑抗震设计规范fs 2GB50021-2001，岩土工程勘察规范fs 3西丰安民至开原金沟子高速公路工程地质勘察报告 辽宁省交通规 划设计院，2009 (上接21 2页) 综合以上分析，对工作面留设核心土可得出以下几 点初步结论： 合理的核心土长度，能同时抑止地层的水平位移和地层的垂直位 移，但其控制地层水平位移的效果优于下沉。 工作面处及工作面前方地层的运移是以水平位移为主，因此工作 面正面预支护主要是抑止向隧道内空的水平位移。对地层下沉
15、甚微。 增大核心土长度能显著控制水平位移，但超过一定值后却会导致 地层下沉增加。这清楚地表明：核 土长度存在着最佳长度。分析认为， 对台阶长度的建议值为：最小值不宜小于05D，而最大值不宜大于1D。 工作面留设核心土不仅能有效降低松弛区的范围，而且能在工作 面前方产生压密区。这一点也被现场实测所证实。 (2)工作面核心土高度。工作面杨 土的高度是核心土留设的另一 重要参数，通过分析不同工况条件下，核心土留设高度与工作面临界高 度的关系可得出以下结论： 工作面留设一定高度的核心土，能有效控制工作面的开挖稳定性。 核J 土留设高度愈大，计算临界高度值愈大，工作面愈稳定。 尽管增大核心土高度利于控制
16、工作面稳定，但毕竟存在个施工 上的极限高度。 无核心土的工作面自由表面处，如前所述，水平位移依然产生，若 地层条件差，则必然造成工作面土体剥落坍塌。因此这意味着为控制工 作面自由表面处的稳定，工作面正面预支护的存在有其必要性。 根据以上原理计算并结合围岩量测情况，确定在此地层中开挖核 心土预留长度为6-8m，高度为4m。 32临时仰拱法 321临时仰拱的作用 临时仰拱作为地质条件较差情况下隧道施工方法的一种辅助措 施，施工工艺简单实用，经济效益显著，在隧道辅助措施中得到了广泛 应用。在可能发生大变形的浅埋地段，以注浆加固为主进行主动加固， 临时仰拱作为必要补充。 322台阶法有无临时仰拱的对比
17、分析 (1)分析模型。在前人研究基础上，为进一步分析台阶临时仰拱的 作用，采用FLAC 建立数值分析模型。分析和探讨台阶法有无临时仰 拱对隧道结构及围岩变形的影响程度和影响规律。 由于运用台阶法进行计算时，计算范围为60 m x 50 m x 120 m。 典型断面Y=30 m。取台阶法有临时仰拱开挖至30 nl，如图2所示。 计算各工况及其施工步骤如表1所示。 (2)围岩位移分析 沉降分析。拱顶沉降随着开挖长度的增大越来越大。无论哪 种工况，开挖到15步之后，增长速度增大，这是由于工作面到达了典 型断面处，典型断面拱顶临空使得沉降迅速增大。有临时仰拱的拱顶沉 降：较小，台阶法有临时仰拱拱顶沉
18、降比无临时仰杉 小804。 收敛位移分析。对于收敛位移，变化规律与拱顶沉降基本相似。但 是收敛位移值比拱顶沉降值小。开挖完毕后，台阶法无临时仰拱收敛值 为239 em，拱顶沉降值为336 em。从图中还可看出采用台阶法时若 施加临时仰拱，其控制收敛位移效果较好，比未施加临时仰拱减小 3054。计算结果与临时仰拱作用机理吻合，即临时仰拱对两侧洞壁位 移起到了支撑控制作用。 隆起分析。通过分析拱底隆起的变化规律与拱顶沉降以及收 敛位移的变化规律相似。 4施工方法的应用 经过上述比较分析，决定选用三台阶临时仰拱法进行隧道开挖，并 在上台阶预留核 土以支撑掌子面。 优化后施工方案临时仰拱采用I18工字
19、钢，纵向间距1m，并喷射混 凝土，必要时应加大支护拱脚及临时竖撑。上台阶预留核心土，核心土 高4m，长6-8m。 苗 懦TI 析采用三台阶临时仰拱开挖法并预留核 心土，隧道净空收敛值较小，最大累计值处于正常范围内；拱顶下沉的 观i贝0结果表明：拱顶下沉均较小，处于正常范围内。 5结论 研究表明，采用优化的三台阶临时仰拱法并预留核心土开挖，比较 适合本地段的隧道开挖。 根据大量理论分析进行方案比选以及现场实践表明蓁山隧道上述 围岩中采用优化的三台阶临时仰拱法并在掌子面预留核心土支撑掌子 面可有效的控制围岩变形，隧道开挖后在掌子面预留核心土可有效的 控制掌子面位移及掌子面前方的地表沉降。根据监控量测反馈结果显 示在此类围岩在掌子面开挖后3-lOd变形速度最陕变形量最大，此时 在其他主动防护措施在外临时仰拱作为一种有效补充控制围岩周边收 敛及地表变形作用明显。 参考文献 1 晓明，郑俊杰，张荣军隧道施工引起的地表变形数值模拟叨 f21崔小鹏，孙韶峰，王广宏，侯敏CRD工法及三台阶七步开挖工法的对 比和改进【J1
