第１２卷 第１０期 ２０１２年 １０月 中 国水运 Ｖｏ１．１２ Ｏｃｔｏｂｅｒ Ｎｏ．１Ｏ ２０１２ Ｏｈ ｉ ｎａ Ｗａｔｅｒ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ 东湖通道工程地质条件的可行性研究分析 郝 勇，熊振明，陶永锋，王先登 （武汉市政工程设计研究院有限责任公司，湖北武汉４３００２３） 摘要：文中介绍了东湖通道的工程地质条件，通过对各岩土层分布特点、特殊性岩土等的分析与评价，对工程的 场地稳定性及适宜性作出评价，并提出了相应的建议。 关键词：东湖通道；特殊性岩土；工程地质条件 中图分类号：ＴＶ６４ 工程概况 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—７９７３（２０１２）１０—０１８７—０３ 一、为解决武汉市二环线自汉ＩＺｌ至东湖风景区、东湖开发区 的交通问题，拟修建东湖通道工程。该工程全长约１ ２ｋｍ， 横贯东湖。其中：穿湖段长约６ｋｍ，该通道为城市主干道， 设计车速６０ｋ＿ｍ／ｈ，双向６车道。拟采用桥隧结合方案。 桥梁包括鲁磨路高架桥、东湖中水桥、红庙高架桥。隧 道主要为湖中隧道段。 各构筑物概况如下： 湖中隧道：拟采用闭合框架、Ｕ型槽，整板基础，基础 预计埋置深度约湖底下１２．０ｍ，拟采取明挖法施工，宽约 ３０ｍ，长约２，４００ｍ。 鲁磨路高架桥：拟采用预应力砼箱梁，桩基础，桩径拟 采用１．５ｍ，单墩荷载约９，０００ＫＮ，桥跨约３０—４０ｍ。 东湖水中桥：拟采用预制梁，桩基础，桩径拟采用１．５ｍ， 单墩荷载约９，０００ｋｎ，桥跨约２５—３０ｍ。 红庙高架桥：拟采用预应力砼箱梁及钢箱梁，桩基础， 桩径拟采用Ｉ．５ｍ，单墩荷载约９，０００ＫＮ，桥跨约３０—４０ｍ。 二、通道区工程地质条件 １．地形地貌 图１ 通道区及邻区地质构造图 ３．场地岩土的构成与特点 可行性研究阶段经过收集资料，调查天然地质露头，并布 置一定数量的钻孔，在勘察所揭穿的范围内，覆盖层为第四系 湖积相淤泥及淤泥质土、粘性土、冲洪积相的粘性土层。下伏 第三系、三叠系、二叠系、石炭系、泥盆系及志留系基岩。 场区地层分布不均。主要表现在： （１）基岩埋深全线起伏大。 （２）受构造影响，局部有破碎带。 （３）沿线志留系岩层在岩性上有变化，虽以泥岩为主， 东湖通道自西北向东南穿越东湖，西北端接红庙立交， 东南端经鲁磨路、团山路接珞喻路虹景立交。东湖现状呈椭 园形，湖面宽３，０００ｍ左右，环湖地面高程一般２１．０－２３．０ｍ 左右，湖底高程１５．５—１８．４ｍ左右，湖底较平坦。 工程沿线在地貌单元上属于长江三级阶地，跨东湖段属 于湖区，其他地段为剥蚀堆积垄岗区。 ２．地质构造 但层间多夹有泥质砂岩、砂层，局部夹薄层灰岩等，局部所 夹灰岩薄层有溶蚀及钻进漏水现：象。 （４）淤泥质土或软塑状粘性土在湖中间最大揭露厚度达 拟建通道主体段位于汉口一新界复背斜中段的磨山向斜段。 近１０ｍ，局部淤泥质土中含有有机质，可能形成沼气。 ４．地表水及地下水 拟建通道主体段位于汉口一新界复背斜中段的磨山向斜 段。汉口一新界复背斜北起柏泉一北湖，南至吴家山一新店，东 西长约５０ｋｍ，宽６－１２ｋｉｎ。东湖以西为汉口一东湖倒转背 斜（６），背斜开阔，核部为志留系，两翼由泥盆系一二叠系 通道全线地表水主要为东湖湖水，水量丰富。水深 ２．０－４．０ｍ左右。场地地下水主要为上层滞水及基岩裂隙水。 上层滞水赋存于上部填土中，水量有限，一般埋深 组成。背斜轴部被白垩一下第三系覆盖。北翼正常，倾向北， 倾角４５－８５。，南翼倒转，倾向北，倾角６０－７０。。 青山断层从线路中间通过。受断层及褶皱构造的影响， 局部岩性比较破碎，裂隙发育。线路设计终点附近有一推测 断层（Ｆ２）通过。见图１。 收稿日期：２０１２—０６—２０ １．０－３．０ｍ。基岩裂隙水赋存于下伏基岩裂隙中，根据地区经 验，水量一般有限，但强风化及破碎带局部可能水量较丰， 另外，在灰岩区，可能存在较丰富岩溶水。 三、不良地质作用及特殊性岩土 作者简介：郝勇（１９８０一），男，武汉市政工程设计研究院有限责任公司工程师，从事岩土：亡程勘察设计工作。 １８８ 中国水运 第１２卷 通过调查，拟建线路区域无崩塌、滑坡、泥石流，但存 在岩溶及破碎带等不良地质作用。 沿线特殊性岩土有填土、软士、膨胀土、红粘土等。 人工填土结构松散，均一性差，堆积时间长短不一，强 判定，沿线ｄｈｔｄＫ９＋７５０￣ｄｈｔｄＫ９＋８８０段建筑及桥梁场地 类别为Ｉ１类，其余路段均为Ⅱ类。 东湖湖底普遍分布有软弱土层，下伏岩层中发育有断层 及破碎带，岩性不均，局部变化较大，但无活动断裂存在。 根据 建筑抗震设计规范 （ＧＢ５００１ １－２０１０）的划分原则， 场地主要属抗震一般地段，湖中软土分布段属抗震不利地段。 度低，工程性质差，工程设计应注意其差异性大的影响。 软土主要是东湖湖底分布的淤泥（２一１）及淤泥质土 （２—２），具低强度，高压缩性，根据土工试验及工程经验， 上部２—１软土为新近湖积欠固结土，应考虑欠固结土在自重 红庙立交段在２０ｍ深度范围内有饱和砂土，但其地质年 代为第四世纪晚更新世，可不考虑液化问题，也可不考虑软 压力下的固结问题。 ４—２层老粘土，根据试验，自由膨胀率平均值为２７．４％， 但个别试样自由膨胀率试验值大于４０％而小于６０％，该层 土具不均匀的弱膨胀潜势。 沿线红粘土依据钻探揭示主要分布在桩号 Ｋ１０＋６００～Ｋ１ １＋０５４段，该层土具有上硬下软、含水量高、 孔隙比大、高液限、高塑限、低压缩性的特点。其天然含水 率、孔隙比、压缩系数等随深度的增加而变大，塑性状态随 深度增加而由硬变软以至流塑，地基强度随深度增加而由高 到低，纵向上的变化是不均匀的。同时其物理力学性质随地 形、地貌及水文条件的不同而改变，如坡岗地带排水条件好 的地段地下水埋藏较深，其天然含水率、孔隙比、压缩系数 等均较好，地基强度较大承载力较高，岩溶地段或谷地则相 反，尤其在溶沟、溶槽等易于积水的红粘土，往往形成软土 性质，红粘土在平面上亦具有不均匀性，该层土一般具弱胀 缩性。因本次钻孔数量及间距有限，其分布有待进一步查明。 工可勘探钻孔中未揭露溶洞，但部分岩芯见明显溶蚀现 象，ＺＫ２２钻孔漏水严重，故不能排除沿线有溶洞发育甚至 局部岩溶较为发育的情况，特别是处于构造破碎带及岩性变 化较大的地段。岩溶发育具体情况须进一步勘察确定。 根据区域资料，青山断层Ｆ１９及Ｆ２断层从拟建线路中 通过，但本次钻探布孔有限，未予以揭示，钻孔ＺＫ３中岩石 明显较破碎，强度不均，推测为受青山断层之影响。局部地 段受构造影响，发现有破碎带，但工可阶段布孔间距大，对 地质构造现象揭示有限。因此下一阶段勘察应加大勘察力度， 进一步查明断层性质及破碎带范围。桩基础宜避开破碎带， 当无法避开时，应增加桩长穿透断层泥。 另外，泥岩、泥质砂岩风化岩及其风化形成的残积土具 遇水软化，易崩解特性。根据武汉市经验及软化系数，泥岩、 泥质砂岩多为软化岩石。 四、场地地震效应 根据鄂建［２ｏｏＩ］３５７号文及武建设字［２００２１３１ １号文， 武汉地区抗震设防烈度为６。，设计基本地震加速度值为 ０．０５ｇ，设计地震分组为第一组，地震小区划属于ⅡＡ区。 拟建工程抗震设防类别为重点设防类，应提高一度按７ 度采取抗震措施。 为了划分场地的类别，工可研究勘察在ＺＫ３、ＺＫ１５两 个钻孔中进行了场地剪切波波速测试，测试方法采用单孔检 测法，实测部分岩土层剪切波速和根据地区经验给出估算波 速划分场地土类别。根据计算结果，结合沿线工程地质纵断 面图，按 建筑抗震设计规范 （ＧＢ ５００２ １－２０ＩＯ）及 公 路桥梁抗震设计细则 （ＪＴＧ／Ｔ Ｂ０２—０ １－２００８）有关规定 土震陷问题。 五、隧道段工程地质条件评价 根据规划，拟建隧道拟采用Ｕ型槽及闭合框架，采取整 板基础，基础预计埋深约在湖底以下１２ｍ。 拟建隧道段上覆软土较厚，下伏基岩为志留系泥岩、泥 质砂岩及粉砂岩，局部夹薄层状灰岩。 隧道段工程地质条件对于拟建隧道，主要存在四个问题： ｌ，全线位于东湖水域，地表水丰富，明挖法施工前应采取围 堰抽排湖水，围堰堆载及地表水压力对基坑稳定性有不利影 响；２，上部软弱土层较多，其具体评价见本报告第五节工程 地质评价表，采用明挖法施工应考虑好基坑支护问题；３， ４－２层为老粘性土，与３—１层及３—２层粘性土强度及压缩性 差异较大，可能存在地基受力及沉降不均匀问题；４，隧道埋 设于湖底一定深度，应考虑整体抗浮稳定性问题，可考虑设 置一定数量的抗浮桩，以下伏基岩为抗浮桩桩基础持力层， 抗浮水位应按最不利情况选取，东湖控制水位为１９．６５ｍ， 但由于今年来排泄不畅通，汛期水位经常超过此水位。为保 证工程安全，建议充分论证后选取不利条件下的抗浮水位， 且不应低于控制水位１９．６５ｍ。 六、桥梁段工程地质条件评价 根据规戈 ，全线桥梁为高架桥，一般拟采用预应力砼箱 梁，设计单桩荷载达９，０００ｋＮ。根据已有资料及可行性研究， 全线桥梁段岩面起伏较大，一般覆盖层埋深不足，考虑到单 桩荷载较大，高架桥宜采用桩基础。 建议以下部中风化基岩或微风化基岩作桩基础持力层，采 用嵌岩桩型式。红庙立交段局部强风化岩层较厚段，可考虑以 强风化岩层为桩基础持力层，采用摩擦桩型式。青山断层及 Ｆ２断层待进一步查明性质及规模后再考虑调整桥梁跨距跨越 或者以桩基础穿越断层破碎带进入下盘较完整岩石中。灰岩地 段，钻进中有漏水现象，因此不排除有溶洞发育的可能。 七、场地稳定性及适宜性评价 （１）武汉地区的大地构造属于古老的地质构造，近期无 新的活动迹象，不存在发生强震的构造环境和条件，局部小 范围低强度的地震对拟建工程无影响。 （２）通过本次调查，拟建线路区域无崩塌、滑坡、泥石 流，但存在岩溶及破碎带等不良地质作用。 （３）场地不良地质作用不发育，虽有构造破碎带分布，但 并无活动性断层，动力地质作用对工程无影响，环境工程地质 条件较简单。根据拟建工程规模，按照 城市规划工程地质勘 察规范 ＣＪＪ５７—９４第３．０．１０条附录Ｃ规定分类，场地稳定。 （４）本工程主要位于东湖区域，岩土种类较多，沿线填 土较厚，湖中段有较厚层淤泥分布，其工程（下转第２２３页） 第１０期 黄明池：丹坑隧道监控量测变形分析 ６ ２ Ｏ Ｏ 一哪） 崭 ２ Ｏ 皆、 ６ Ｏ Ｏ Ｏ ２２３ 丹坑隧道共计布置周边收敛位移断面６５个。对丹坑隧 道初期支护净空收敛监测结果进行统计，详情如表１所示。 表１ 周边位移断面不同围岩级别的变形规律 顶下沉大约经过６０ｄ后沉降基本稳定，说明围岩是稳定的。 表２拱顶下沉断面不同匪岩级别的变形规律 变化区间 围岩级别 测点编号 左线 右线 ２ Ｏｆ）一 ，５０ １ ５（）～一｝００ １ ｆ）ｆ）～３ ５（）～９ｆ）０ ７ ５（】 １ ００ 一｝００ １ ５０一一： ５ ０（） Ｏ ５０～一１８ ５Ｃｌ １ ００～一：－Ｏ ５０ ９ ００一一：一６ ００ ０ ５０一一：・６ ５０ ０ ５ｆ）～一４ ０Ｉ） ０ ５０～一８ ５（） １ ｆ）（）～一１０ ５０ １ ００～一１５ １ 一１ ５Ｏ 一１２０ｆ）（） ４ Ｏ（）～－６５ ００ １ ００～－８５ ００ 隧道开挖后拱部受力较大。由于隧道断面跨度大，使得 拱顶局部会出现拉伸区。Ⅲ级围岩收敛变形较小，在开挖后 大致ｌＯｄ内变形较快，此后变形速率减缓；下台阶开挖时， 沉降速度较快，大约５ｄ后逐渐趋于平稳。Ⅳ、Ｖ级围岩地 段围岩变形持续的时间较长（图５），一般在４０—６０ｄ左右， ＾ Ｖ ３ ００～ ５ ００ 丹坑隧道左线ＩＺＫ４９９＋７２Ｖ 村 顶下沉曲线陶 一ｌ５。 ．Ｓｚ—ＳＧ１／ｍｍ一△ｚ—ＳＧａ／ｍｍ——●一，１ｚ￣２／ｍｍ…断面距掌子】甜 璃 ” 开挖对围岩稳定的影响范围在３倍洞径左右，上台阶开挖围 岩收敛变形占总变量量的６０％－７０％，下台阶开挖上台阶开 峭ｓ 挖围岩收敛变形占总变量量的３０％￣４０％。总体上，丹坑隧 道周边收敛位移大约经过６０ｄ后收敛变形便趋于基本稳定。 丹玩隧道左线ｚＫ５ｏ０＋２４７初衬周边位移曲线图 斗一△ＡＢ—＋＿△ＡＣ— 一△ＢＣ 距掌子面距离 下台阶掌予面距离 ２６ ３ ４Ｏ ０ １２０ 图６典型断面拱顶下沉曲线图 四、结论 ｊ目匣 ∞ 研 ∞ ∞ ９０ ３ ６０置 ３０ 斟 斟 （１）从监测数据反映，目前围岩及结构变形稳定，可以 停止施工期监测； （２）对于隧道围岩而言，在开挖后大致３０ｄ内及下台 阶开挖后１５ｄ内沉降较快，此后沉降逐渐趋于平稳，约经过 ６０ｄ后沉降基本稳定； （３）下台阶的开挖过程中，支护和锚喷应及时跟进，以 降低隧道二次开挖对隧道稳定的不利影响； （４）因丹坑隧道断面大，加大监控量测的密度和力度， ０ ｌ一８ １—１６ １ ２４ ２ １ ２ ９ ２—１７ ２—２５ ３－５ ３ １３ 测量日期（天） 图５典型断面周边位移曲线图 ３．拱顶下沉 丹坑隧道共计布置拱顶下沉断面７０个。如表２，Ｖ、Ⅳ、 Ⅲ级围岩拱顶下沉最大累计下沉量为一１２０ｒａｍ、一３０．５ｒａｍ、 一对出现的问题首先及时口头报警，然后以公文的方式分析并 提出建议，在很大程度上避免了施工中危险事件的发生。 参考文献 【１】夏才初，潘国荣．土木工程监测技术［ＭＩ．北京：中国建筑 出版社．２００１． …●…＿…●…＿…＿…－－●＿…●…－…●…●一－ ９ｒａｍ。如图６，测点埋设初期变形较大，此后沉降速度减缓； 距离开挖工作面超过２倍洞径以外拱顶下沉变形较小；下台阶 开挖时，沉降速度较快，下沉持续时间较短。总体上，隧道拱 …●…●…●…●…－…●…－…●…＿…●…－一（上接第１８８页） 地质特性差异较大，地表水对工程影响 拟建线路区域无崩塌、滑坡、泥石流，但存在岩溶及构 造破碎带等不良地质作用。 大，根据 城市规划工程地质勘察规范＞＞ＣＪＪ５７—９４第３．０．１ １ 条附录Ｄ规定，总体来说，场地较适宜拟建工程建设，但局 部有软土分布，基岩中有破碎带，局部有岩溶发育可能，故 局部场地适宜性较差，设计及施工中应引起注意。 总体来说，本场地属稳定场地，除局部地段适宜性较差 外，大部分地段较适宜拟建工程建设。 八、结论与建议 总体来说，拟建通道区场地稳定，除局部地段适宜性较 差外，大部分场地较适宜拟建工程建设。 （２）应考虑东湖水体对工程建设的相应影响。 （３）对拟建桥梁工程，全线高架桥建议采用桩基础，以 下部中风化或微风化岩层作为桩基持力层。强风化层较厚地 段可考虑以强风化层岩石为桩端持力层，采用摩擦桩型式。 桩基础应考虑可能的破碎带的不利影响，灰岩地段，有可能 （１）工程区在地质构造单元上位于汉口一新界复背斜中 段，青山断层从线路中间通过。 区内的４条活动性断裂为：Ａ石首一九江断裂，Ｂ广济 一发育有溶洞。对拟建隧道工程，应考虑抗浮问题。 参考文献 ［１ｌ安守先．武汉市基岩地质图说明书，１９８５． 襄樊断裂，ｃ信阳—岳阳大断裂，Ｄ麻城一团风一多市大 断裂。均远离拟建桥址，可不考虑新构造断裂的影响。 【２Ｉ岩土工程勘察规范【Ｍ】．北京：中国建筑工业出版社，２００９．