青岛海底隧道F_3断裂分析评价

收稿日期 : 2006 08 16 第一作者简介 :罗先钰 (1964—) ,男 , 1984 年毕业于西南交通大学工程 地质专业 ,高级工程师 。
图 1 海口隧道场区磁异常及断裂分布
2 F3 断裂带工程地质特征
211 F3 断裂带的分布特征
从图 1可以看出 , F3 断裂带表现为北西向线状分 布的串珠状正高异常带 。根据磁异常 、地震及钻探资 料 , F3 断裂 带总 体上 呈北 西 —南 东方 向延伸 , 走 向 NW 320°。其内部主要由后期具磁性的中基性岩脉充 填 ,宽 80～100 m ,有由北向南东变窄趋势 。岩脉倾向 北东 ,倾角较陡 (约 75°) ,亦代表了 F3 断裂带的产状 。 在与北东向断裂交汇处 ,岩石破碎非常明显 。 F3 断裂 自湾口外侧进入胶州湾 ,先后切割了 NE向 F2 断裂 、 F1 断裂 ,并可能与大沽河 —黄岛北断裂相接后延入陆
暗涵施工采用 Ⅲ级监测管理标准。具体标准见表 2。
管理等级 Ⅲ Ⅱ Ⅰ
表 2 Ⅲ级监测管理标准
管理位移
U0 <Un /3 U n /3≤U0Βιβλιοθήκη Baidu≤U n 2 /3
U0 >Un2 /3
施工状态 可正常施工 应注意 ,并加强监测 应采取加强支护等措施
图 3 计算模型
( 2 )涌水量的预测
隧道涌水量的预测方法很多 ,多数方法 、公式仅适
用于陆域隧道 。海域隧道处于半无限含水层中 ,采用
《铁道工程水文地质勘测规范 》( TB10049———2004 )
(说明 B1313 - 3)中推荐的水底隧道涌水量预测公式 ,
当含水体厚度 T = ∞时 ,有
求得基岩渗透系数一般为 01014～01074 m / d,最大为 01134 m / d。总体上富水性弱 ,渗透性差 ,主要为微透
青岛海底隧道 F3断裂分析评价 :罗先钰 曾洪贤
63
水层 —弱透水层 。
3 F3 断裂带工程评价
311 F3 断裂带活动性
场区区域地质构造研究表明 ,区内断裂构造以北 东向为主 ,断裂数量较多 ,规模较大 ,起控制性作用 。 北西向断裂规模较小 ,活动性一般较弱 。
表 2 岩体完整性
岩体名称
③3 微风化正长斑岩 ③4 微风化破碎正长斑岩 ④3 微风化辉绿岩 ④4 微风化破碎辉绿岩 ⑤3 微风化英安玢岩 ⑤5 微风化碎裂英安玢岩
纵波速度 / (m / s) 完整性系数 岩体完整性
4 200
0169
较完整
3 720
0154
较破碎
4 210
0172
较完整
3 615
场区新构造运动以长期间歇性抬升运动为特征 , 处于稳定 、缓慢的整体上升运动之中 ,区内无强地震的 发震条件 ,场区地震基本烈度为 Ⅵ度 。
地震活动研究表明 ,场区现代地震活动频次低 、震 级小 ,现代地震活动水平低 ,且震中分布零散 ,无异常 分布迹像 。所发生的地震没有一次与 F3 断裂有关系 。
从 F3 断裂带北段被沧口断裂错断关系来判断 , F3 断裂带活动时间要比沧口断裂早 ,而已有的资料表明 , 沧口断裂最近一次活动距今约 10万年 。
F3 断裂带规模虽然相对较大 ,但其在本场区的基 本特征主要表现在岩脉的充填及节理密集带的发育 , 最近一期岩脉充填后 ,未出现严重的错断位移现象 ,裂 隙中碎裂岩石多被后期方解石脉胶结 。
0153
较破碎
4 260
0179
完整
3 560
0155
较破碎
根据《公路工程地质勘察规范 》( JTJ064—98 )的 隧道围岩分类标准 ,湾口隧道 F3 断裂带围岩按工程地 质特征 、结构特征及岩体纵波等划分为 Ⅳ～Ⅴ类 。考 虑到隧道位于海底 ,地下水与海水存在事实上的水力 联系 ,地下水对围岩稳定有不利影响 ,围岩分类应降低 1级 ( Ⅲ～Ⅳ类 ) 。
⑥只预算每个抽水孔的单位长度隧道的涌水量 。
计算结果如表 3所示 。
表 3 单位长度隧道涌水量
计算 计算 孔号 工况
π
k / (m /d)
H0
H
γ 0
h
/m /m /m
海平潮 3114 01052 4 0 56166 6 39 z - 1 海高潮 3114 01052 4 0 59166 6 39
海平潮 3114 01076 5 0 60176 6 37 z - 2 海高潮 3114 01076 5 0 60176 6 37
海平潮 3114 01000 9 0 65134 6 37 z - 3 海高潮 3114 01000 9 0 65134 6 37
海平潮 3114 01001 7 0 69101 6 35 z - 5 海高潮 3114 01001 7 0 69101 6 35
213 F3 断裂带的物质组成特征
研究表明 ,湾口隧道海底北西向 F3 断裂形成于中 生代之前 ,曾错断过元古代的变质岩系 。最后一次大 规模活动 ,错断了场区广泛分布的白垩纪潜火山岩系 。
在长期活动中 ,断裂带的组成物质不断发生变化 ,而燕 山晚期的活动 ,多伴有中 —基性岩脉的侵入 ;燕山期以 后 ,断裂带的组成趋于稳定 。
F3 断裂带及其附近岩体结构主要呈块碎石镶嵌 状 —块状砌体结构 ,在岩脉侵入过程中 ,岩脉及两侧岩
隙水 。地下水主要受海水的垂直渗入补给 ,地下水位 变化与海水潮水同步 。受海水压力的影响 ,地下水具
体内形成了数条宽度不大的节理裂隙密集带 。带内岩 承压性 ,承压水头比海平面略低 。
体节理裂隙发育 ,间距多小于 5 cm ,带内岩石主要为
隧道施工穿越 F3 断裂带时 ,其拱部无支护时 ,可 产生较大的坍塌 ,侧壁有时会失去稳定 。所以 , F3 断
裂带围岩自稳能力较差 ,开挖时应采取支护措施 。
313 F3 断裂带涌水量
( 1 )计算模型 计算模型如图 3所示 。
K—含水体渗透系数 / (m / d) ; H—自地表水水面至洞身横断面等 价圆顶部距离 /m; h—隧道底面至海底面的距离 /m; r0 —洞身横 断面的等价圆半径 /m。
场区地质构造主要表现为断裂构造 。据区域地质 资料及场区工程物探成果 ,隧道场区海域主要断裂有 6条 (见图 1 ) ,其中 N E 向 3 条 ,分别为 F1 、F2 和 F6 (沧口断裂 ) ; NW 向断裂有 3 条 , 分别为 F3 、F4 、F5 。 除 F6 外 ,其他 5条断裂均穿过隧道轴线 。在穿过隧道 轴线 5条断裂中又以 F3 规模最大 。
q0 / (m3 / d·m )
71683 81090 121023 121023 01147 01147 01303 01303
(下转第 70页 )
70
铁 道 勘 察
2006年第 5期
图 4 暗涵与桥基之间土体加固范围 (单位 : mm )
图 5 雷达检测测线布置示意
轻微变 化引起的 。因异常厚度较小 ,施工中没有进行 处理 。但距拱顶较近的异常 ,即小于 115 m 的异常 ,可 能是由于施工影响所致 ,施工中进行了小导管回填补 偿注浆处理 。
通过及时的雷达检测和对异常扰动地层的回填注 浆处理 ,有针对性的避免了扰动地层的进一步发展 ,有 效控制了暗涵施工对地层的影响 。
314 暗涵结构和桥梁结构的监控量测
监控量测是浅埋暗挖法施工的重要一环 ,通过监 测数据和成果分析反馈 ,达到信息化施工的目的 。
施工中针对两条暗涵 ,主要进行了地表沉降 、建筑 物沉降 、管线沉降 、拱顶沉降 、结构收敛 、围岩应力 、结 构内力等项目的监测 。
场区新构造运动以长期间歇性抬升运动为特征 , 处于稳定 、缓慢的整体上升之中 ,区内无强地震的发震 条件 ,场区地震基本烈度为 Ⅵ度 。
1 场区地质概况
湾口隧道场地地貌上分属湾口海床及两岸低山丘 陵 。隧道轴线处海面宽约 313 km ,最大水深约 42 m。 位置靠近水域中央 ,海床自最深处向两岸逐渐上升 。 海底地形在中部形成一宽阔的海底面 ,为主要通航区 。 向两侧分别形成两个较陡的斜坡 ,斜坡间发育一宽窄 不一的缓坡平台 。海底基本无覆盖层 ,基岩主要为岩 浆岩及火山岩 。
表 1 岩石强度指标
名称
项目 单轴极限抗压强度 /MPa 干燥 饱和 天然
③3 微风化正长斑岩
92
75
④3 微风化辉绿岩
91
58
63
⑤3 微风化英安玢岩
89
73
岩石饱和抗剪 C /MPa φ/ ( °) 1512 6311
513 6210 3917 3019
图 2 青岛海底隧道 F3 断裂带工程地质断面示意
基岩裂隙含水层属非均质含水层 。受裂隙密集
破碎岩 、碎裂岩 ,岩体呈角 (砾 )碎 (石 )状松散结构 — 度 、开启程度 、连通状况以及充填物多少等影响 ,其渗
块碎石状镶嵌状结构 。
透系数各向异性 ,变化较大 。通过钻孔抽 、压水试验 ,
214 F3 断裂带地下水特征
F3 断裂带地地下水类型较为单一 ,主要为基岩裂
钻探揭示 ,在物探判释的 F3 断裂带内 ,第四系覆盖 层不发育 ,仅在 Z2～Z4间分布有厚 015～2175 m 的粗 砂砾石 ;基岩岩性主要为辉绿岩 ,其北侧为正长斑岩 ,南 侧主要为英安玢岩 (见图 2) 。基岩强度较高 ,属较硬 — 坚硬岩 (见表 1) 。 F3 断裂带两侧基岩风化程度相对较 低 ,以中风化为主 ,厚度较薄或缺失 ;中部基岩风化较 重 ,以强风化为主 ,厚度较大 ,厚达 11～13 m。
Luo X ianyu Zeng Hongxian
摘 要 青岛胶州湾湾口海底隧道隧址存在一条穿过隧道轴线址较大的 F3 断裂 。在分析其工程 地质特质的基础上 ,对 F3 断裂的性质及其对隧道的影响进行了分析评价 。
关键词 海底隧道 断裂带 活动性 围岩分类 涌水量
拟建的青岛胶州湾湾口海底隧道位于团岛和薛家 岛之间 ,全长 6 000多 m ,其中海底部约 3 300 m。在该 项目可行性研究阶段 ,物探发现拟建湾口海底隧道存 在多条断裂 ,其中以一条北西向的断裂带规模最大 ,物 探异常带宽约 250 ～300 m ,长达数公里 ,推测为大沽 河口 —朝连岛南区域性断裂 ( F3 断裂 ) 。为了评价其 对湾口隧道方案影响 ,采用钻探 、物探 、水文地质试验 等手段 ,进一步查明了其性质 、产状 、规模 ,为隧道设 计 、施工提供了地质依据 。
综上所述 , F3 断裂晚更新世以来未有明显活动迹 象 ,属非工程活动断裂 ,稳定性较好 。
312 F3 断裂带围岩分类
F3 断裂带及附近基岩节理裂隙发育 ,但节理以密 闭或方解石充填为主 。根据钻探和声波测井资料分析 , F3 断裂带岩体可分为“较破碎 ”和“较完整 ”两类 ,总体 上“较完整 ”岩类所占比例大一些 ,在“较完整 ”岩体内 呈条带状分布“较破碎 ”岩带 。岩体完整性见表 2。
青岛海底隧道 F3断裂分析评价 :罗先钰 曾洪贤
61
青岛海底隧道 F3 断裂分析评价
罗先钰 曾洪贤
(中铁大桥勘测设计院有限公司 , 湖北武汉 430050)
Ana lysis and Eva lua tion on Fracture F3 in Q ingdao Harbour Tunnel a t Sea Bottom
q0
2πk ( H
=
-
h0 )
ln 2h - 1
r0
隧道涌水量预测计算条件 :
①根据隧道设计断面计算等价圆直径为 12 m ,半
径为 6 m。
②以最高潮水位 5151 m,作为地下水最高水头值。
③隧道内排水沟设计水深 h0 取 0。 ④隧道顶板埋深取 25 m 计算 。
⑤渗透系数取每个抽水孔的计算平均值 。
62
铁 道 勘 察
2006年第 5期
地 。从上述资料来判断 , F3 断裂是一条区域性的大 断裂 。
212 F3 断裂带的运动学特征
F3 具有右旋张扭特征 ,这表现在对 NE向断裂的 右行错动 ,断裂带两侧海底岩体节理发育及钻孔岩芯 中有多处方解石充填的张性裂隙 。
从区域资料分析 ,北西向断裂不甚发育 ,规模较 小 ,可认为北西向断裂与北东向断裂构成共扼断裂系 统 。如灵山卫镇西月里涧断裂长 6 km ,走向 320°,断 层产状 50°∠78°,断裂带宽约 3 m ,为张扭性 。田村 — 张家沙沟断裂长 7 km ,走向 320°,为物探资料及基岩 地质界线错移而推断的断裂 。对比可知 , F3 与上述两 条断裂具有相近的性质 。