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摘要：赣深高铁龙南隧道位于江西省赣州市全南县、龙南市境内，隧道全长10.24公里，地质条件差，安全风险高，是一级高风险隧道。定测时重点查明了中寨（全南）～江头圩（安远）大断裂（断层F8），施工中穿越断层F8之后又遇到时定测时未查明的断层F8-1，并出现拱部突然塌方约2000 m的不良地质现象。为查明F8-1断层性质及影响范围，采用物探、钻探相结合的方式专门针对断层F8-1进行施工勘察。本文主要对龙南隧道断层F8-1的勘察成果进行分析，并提出相应处理建议。
Abstrct:The Longnan Tunnel of Ganzhou-Shenzhen High-speed Railway is located in Quannan County and Longnan County,Ganzhou City,Jiangxi Province. The total length of the tunnel is 10.24 kilometers,with poor geological conditions and high safety risks.It is a first-class high-risk tunnel.The last phase of the survey focused on identifying the Zhongzhai (Quannan County)-Jiangtou Wei (Longnan County) large fault(Fault F8).After crossing the fault F8 during construction,it encountered the unidentified fault F8-1 in the previous stage.And there is a sudden collapse of landslide with about 2000 cubic meters earth rock.In order to find out the nature and image range of F8-1 fault,a combination of geophysical exploration and drilling is used to carry out construction investigation specifically for F8-1fault.This paper mainly analyzes the investigation results of the fault F8-1 in Longnan Tunel,and put forward corresponding treatment suggestions.
关键词：隧道；断层；反磁通瞬变电磁法；地质雷达法；基底钻探；注浆；混凝土桩复合地基。
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Keywords: tunnel; fault; inverse flux transient magnetic method; GPR metfod;basement drilling; grouting;.concrete pile composite foundation.
1、工程概况 1.1工程概述
其中施工安全风险最高段落为长185米的F8区域性大断层破碎带，最高水压达0.5兆帕，最大日涌水量达1.8万立方米，总涌水量达到3000余万立方米，在采用“增设迂回导坑排水、地表与洞内注浆相结合、加强支护结构”等综合处理方案穿越F8断层施工区域在后，又遇到F8-1断层破碎带。
龙南隧道洞身DK100+005～DK100+070段为F8-1断层破碎带，母岩为泥盆系老虎坳（D2l）组的砂岩，掌子面多呈全风化夹强风化状，有明显断层破碎挤压现象。开挖过程中DK100+070、DK100+066、DK100+061右侧拱脚位置出水，从底部向上冒水，清水，高20～30cm，初始水量较大，流量约50m/h，之后逐渐减小，后稳定在9m/h。
2019年12月27日下午15:40左右DK100+056.6拱部突然坍塌，坍塌体呈土夹碎石状，无水，约2000 m。
1.2 工程地质条件 1.2.1 场地地形地貌
龙南隧道属低山区地貌，总体地势为中间高两端低，中部地势陡峭，两侧稍缓和；区内最高海拔为860m，相对高差为100～500米，隧道最大埋深约为580m。沟谷内多发育溪流，局部沟底出露基岩，山坡及山间谷地植被较发育。F8-1断层破碎带附近隧道埋深90～110米。
1.2.2 场地地层岩性
（一）、第四系人工填土（Q4ml）
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（1）0 人工填土：稍密，潮湿，主要成份为碎石，层厚1.6～2.8m，平均层厚2.06m。
（二）、泥盆系老虎坳组（D2l）
（11）3-0 砂岩：全风化（W4），灰褐色，芯呈土状、砂土状，受地下水浸泡软化。层厚2.8～15.4m，平均层厚9.18m；埋深2.0～5.0m，平均埋深2.61m。
（11）3-1 砂岩：全风化（W4），灰褐色，原岩结构尚可辨，岩芯呈土状、砂土状，局部夹少量碎块状强风化，层厚1.0～42.8m，平均层厚13.92m；埋深7.9～73.5m，平均埋深34.76m。
（11）3-2 砂岩：强风化（W3），黄褐色、灰褐色，裂隙发育，岩芯破碎，多呈碎块状、块状，裂隙面不新鲜，层厚0.0～＞35.0m，埋深1.6～69.9m，平均埋深22.82m。
（11）3-3 砂岩：弱风化（W2），主要矿物成分为石英、长石，砂质结构，中厚层状构造，节理裂隙发育，岩芯多呈柱状、短柱状，少量块状，节长一般5-35cm，RQD=45%。
1.2.3 地质构造
区域上，F8-1断层属于中寨（全南）～江头圩（安远）大断裂（F8）的次生断裂，中寨～江头圩大断裂表现为一系列近于平行的断裂构造，断裂延伸40～70km，断裂多为压性断裂，受旋扭作用影响，不同部位断裂面倾向不一，性质互异，总体走向北偏东约40°。该走向同线路里程DK99+960～DK100+000段地表冲沟走向一致。此外，隧道拱顶DK100+056.6坍塌后，地表DK100+012附近出现平行裂缝。总体分析，F8-1断层应由小里程倾向大里程，视倾角约65°，洞身断层破碎带宽约50m，交于地表DK99+961～DK100+019附近，断层破碎带岩体以全～强风化砂岩为主，呈土夹碎、块石状，除三处出水点外，掌子面一般无水。
图1：龙南隧道断层F8-1位置及产状图
1.2.4、水文地质特征 （一）、地下水补给特征
测区地形切割较为强烈，相对高差较大，风化裂隙十分发育，地面植被层较发育，强风化层厚度较厚，大气降水为地下水主要补给来源。
（二）、径流及排泄特征
部分大气降水通过裂隙、断层带下渗后，通过包气带后由垂向径流转向水平径流，其中大部分赋存于浅部的风化裂隙和构造裂隙中，通过短途径的地下径流后在沟谷中或悬崖部位以下降泉或散流形式排泄，一般径流途经短，径流强度较大，径流深度较小，地下水水位动态变化大，部分沿着大的构造裂隙和断层破碎带向深部径流，成为深部地下水静储量的一部分。
（三）、涌水量的计算与分析
钻探过程中，部分钻孔（分别位于DK100+045左侧1.3m、DK100+065右侧6.4m、DK100+065左侧1.2m处）孔口有涌水现象，水头高约5cm， DK100+064左侧1.2m处有一处出水点，推测为断层破碎带内裂隙水集中出水口。根据钻孔涌水情况判断目前承压水位标高约228.2m，目前DK100+005～+070段地下水流量约9m3/h（216 m/d）。
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图3：F8-1断层汇水面积
采用降水入渗法计算该段出水量： ，其中，α断层破碎带
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取0.25，W正常年降水量取1800mm，最大年降水量取2857mm，A取0.41km，则计算得该段正常出水量为506m；最大出水量为802m。
本隧道施工过程中遇到断层裂隙水集中流出，稳定流量25~30m/h,即600~720m/d，考虑丰水期系数，预测该段最大出水量为1080m/d，其最大出水量高于降水入渗法计算出水量，故建议设计该段采用最大出水量1080m/d进行设计。
2、勘察概况、工作方法
为查明断层F8-1附近隧底基底软弱层分布情况，查明洞顶坍塌体的分布范围，进行本次补充勘察。
（一）拱顶空腔及松动岩体探测
1、2020年6月25日从隧道内采用地质雷达、反磁通瞬变电磁法等物探对隧道仰拱顶进行探测。作业里程为DK100+030至DK100+120段，于线路中心拱顶及左右3.5m共布置三条测线。
（二）隧底勘探
1、2020年6月21日分别使用地质雷达、反磁通瞬变电磁法对隧底进行了探测。其中地质雷达分别采用了100MHz天线、200MHz两种天线，反磁通瞬变电磁法在DK99+985至DK100+150段布置测线4条，沿隧道中线左右2.5m、左右5m布置。
2、机动钻探
从DK100+005~+085纵向每10m布置一条勘探断面，终孔要求一般为开孔强（弱）风化15m或穿透全风化层进入完整基岩内不少于5m。
3、勘察成果 3.1拱顶上部
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3.1.1、地质雷达法
2020年6月25日使用200MHz天线对DK100+030至DK100+120段隧道拱顶进行探测，由于拱顶DK100+050至DK100+085段二衬未施工，一衬表现平整度差且锚杆头密度大，不满足地质雷达作业基本要求，同时无法保证高空作业人员安全，结合隧底地质雷达勘探效果有限，故停止地质雷达数据采集作业。
3.1.2、反磁通瞬变电磁法
受测区两端台车控制，拱顶反磁通瞬变电磁法勘探作业里程为DK100+030至DK100+120段，由于现场钻机以及施工机具设备影响，无法对边墙进行作业。线路中心拱顶及左右3.5m测线见图2到图4所示：
图2 DK100+030至DK100+120段拱顶线路中心HPTEM电阻率剖面
图3 DK100+030至DK100+120段拱顶线左3.5m HPTEM电阻率剖面
图4 DK100+030至DK100+120段拱顶线右3.5m HPTEM电阻率剖面
从拱顶左中右三条测剖的电性剖面来看，DK110+050至DK110+070段均存在较明显的低电阻率凹槽，推测该区域拱顶围岩完整性较差，推断围岩完整性较差。推测拱顶围岩完整性差、有地下水富集的可能性。
3.2隧底
3.2.1、物探探测成果 （1）地质雷达法
图 5 DK99+985至DK100+120段
100MHz地质雷达剖面
Tu图5 图6 DK100+025至DK100+120段100MHz地质雷达剖面
2020年6月21日分别使用100MHz天线、200MHz天线对F8-1断层隧道底进行探测，地质雷达剖面见图5、图6所示：
由于作业现场台车、钢筋、机具、物料堆放较多，干扰源较多，地质雷达作业条件受限。从200MHz隧底地质雷达剖面来看，电磁波信号衰减较快，仅可以反应5m左右的深度，受仰拱钢筋网影响，存在极强的多次波，勘探效果不佳； 100MHz雷达有效信号深度约15m左右，同样受到多次波影响，从振幅特征来看DK100+025至DK100+070段振幅较强，整体反应隧底以下围岩区域含水率高。
1.
反磁通瞬变电磁法
图7 DK99+985至DK100+150段中线左2.5m HPTEM电阻率剖面
图8 DK109+985至DK110+150段中线右2.5m HPTEM
电阻率剖面
图9 DK99+985至
DK100+150段隧底三维视电阻率成果左、右侧视图
反磁通瞬变电磁法也属于时间域电磁方法，相比地质雷达方法，设备存在一定的搞干扰能力，同时勘探深度较地质雷达勘探深度要大。实际工作沿龙南隧道出口DK99+985至DK100+150段布置测线2条，原则上沿隧道中线左右2.5m布置，实际受现场隧道底堆放物料、台车、作业机械等影响，现场采集作业时有一定调整。
从图7至图9反磁通瞬变电磁法反演电阻率剖面及三维视图来看，作业区域范围内2条测线整体电性特征具备相似性，其中DK100+020至DK100+070段存在明显的低电阻率凹槽，推测该区域隧底围岩完整性差；DK100+070至DK110+090段存在一高阻突起，推断为岩性变化影响（不排除外源电磁干扰造成数据畸变的可能性）；测线两端存在的低阻异常为两端台车干扰影响反应。整体来看DK100+020至DK100+070段低阻槽反应明显，推测隧底围岩完整性差、有地下水
富集；低阻槽形态变化整体来看，小里程方向低阻发育深度变化较缓慢，而大里程方向电阻率存在低阻与高阻突变的电性分界线，倾角陡立。
3.2.2、机动钻探
（1）隧底隧底补充机动钻孔布置平面图及剖面成果见下图
DK100+005~+085隧底补充机动钻孔布置图
左线剖面图 中线剖面图 右线剖面图
通过地质钻探取芯分析，断层F8-1破碎带内岩石风化强烈，顶部5.0~18.6含水量高，岩芯灰黄色，呈可塑土状，土质软弱；下部岩芯呈全风化土夹碎块状，灰黄色，稍湿，中密。F8-1破碎带周边岩体岩性为砂岩，灰白色，风化较强烈，岩芯破碎，RQD=10-40%。钻进时孔口少量涌水。其中断层F8-1在铁路左线位置宽约30m，中线位置宽约45m，右线位置宽约36m，倾向小里程，推测倾角约70-80。
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4、结论
通过地质雷达、反磁通瞬变电磁法并结合地质钻探等勘探手段揭示： （1）DK100+025~+070范围内隧道洞顶一定深度内存在松动岩体，最大厚度超过20m，不排除坍塌空洞的存在；综合以上物探成果并结合管棚钻机在钻孔深度范围内未发现空腔的情况。
（2）隧道基底DK100+020~DK100+070段物探低阻反应明显，钻探揭示本段基底呈土状全风化层厚度变化剧烈，DK100+035线路右侧全风化层最大厚度达84m，中间夹厚度不等的强、弱风化岩层。
（3）隧道基底DK100+025~DK100+070段钻探揭示在隧底以下1.2~11m处遇承压水，稳定水头在隧底标高以上约5cm（承压水位标高约228.2m）。
（4）结合本段开展的补充综合勘探成果，判定在DK100+025~DK100+070间发育一陡倾断层F8-1，倾向小里程端，倾角陡倾。受其影响，本段隧道基底岩体风化不均现象突出，发育承压断层裂隙水。根据承压水观测数据并结合地形地貌、区域水文地质条件，预测该段最大出水量为1080m/d。
5、意见建议
（1）、拱顶加固处理，拱顶上部需根据松动岩体厚度、空腔位置采用加固处理。建议采用径向注浆、超前大管棚等施工措施。
（2）、地基加固处理，受断层裂隙水浸泡影响，DK100+025~DK100+070段断层破碎带内基底以下5.0~18.6米范围内土质软弱，地基承载力低，需进行地基加固处理。建议采用袖阀管注浆和混凝土桩复合地基等加固措施。
（3）、断层内承压水需进行专项防排水设计，建议增设排水洞减压排水。 （4）、加强超前地质预报，加强隧道变形监测。 6、结语
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1、在山区隧道地质勘察时，由于地质构造的复杂性，地质钻探施工困难且布孔数量有限，而物探存在电磁波受干扰及解译的多解性，难免有未查明的破碎带存在，施工时应加强地质超前预报，必要时及时做施工补充勘察。
2、当隧道施工遇到复杂地质构造时，易形成垮塌、涌水、等突发事故，软弱的破碎带承载力低、压缩性高，后期还可能产生翻浆、地面沉陷等地质灾害，应采取适当的围岩加固及地基处理措施。
3、隧道施工遇复杂地质条件时，多种勘察方法并用，地质素描、物探、钻探多项措施并举可以相互验证，得出比较理想的勘察结果。
参考文献：
1：《赣深高铁龙南隧道大型富水断层破碎带施工技术》马栋, 闫肃, 王武现，隧道建设，2020年第11期 。
2:《浅埋隧道塌方处治方法研究》马涛，岩石力学与工程学报，2006年10月 。
3：《岩溶隧道地质预报的几种主要方法及应用研究》苟德强，谢衔光，铁道工程学报，2017(1)。
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