温州雁荡山地区铁路隧道施工地质问题探讨

文章编号：

1009-4539 (2021) 02 - 0085 - 05

设计咨询

温州雁荡山地区铁路隧道施工

地质问题探讨

聂信辉

(中铁第四勘察设计院集团有限公司湖北武汉

430063)

摘要

：塌方、掉块、围岩整体失稳等是隧道施工中要解决的主要难点问题。浙江雁荡山地区的铁路客运专线和货

运专线两个项目分布有双线隧道、单线隧道。各隧道所穿越的山体地形、岩石地层等存在一定差异，

28 km6.4 km

围岩稳定性、施工工况具有丰富性和多样性。雁荡山地区工程地质条件较好，但在隧道进出口、浅埋地段，特别是风

化层深厚地段，隧道施工易发生拱顶塌方冒顶；加之围岩压力过大、隧底软化，地基承载力不足，易导致围岩整体变形

下沉。本文结合雁荡山地区火山运动及成岩背景，分析了该地区岩体结构、隧道工程地质条件，并结合隧道施工中出

现的问题提出改进隧道设计、施工、现场管理的建议，可为本地区以后隧道工程的勘察、设计及施工提供参考。

关键词

：熔结凝灰岩岩体结构面隧道围岩分级不稳定工况

中图分类号：文献标识码：：

U451 +.2; P51 A DOI 10.3969/j. issn. 1009-4539.2021.02.019

Discussion on the Key Issues of Railway Tunnel Construction in Yandang

Mountain Area of Wenzhou

NIE Xinhui

(China Railway Siyuan Survey and Design Group Co. Ltd.，Wuhan Hubei 430063China)

，

Abstract

：

Collap, block drop, and overall instability of surrounding rock were the main difficult problems to be solved in

tunnel construction. The two railway pasnger dedicated lines and freight dedicated lines in the Yandang Mountain area of

Zhejiang were distributed with 28 kilometers of double-track tunnels and 6.4 kilometers of single-track cargo tunnels. The

tunnels had certain differences in traversing mountain topography and rock strata. The construction conditions show a

relatively rich diversity. The engineering geological conditions of the Yandang Mountain area were well, but at the entrance

and exit of the tunnel, shallow-buried ctions, especially ctions with deep weathered layers, tunnel construction was

prone to vault collap and roof fall

；

in addition, the surrounding rock pressure was too large, the tunnel bottom was

softened, and the foundation bearing capacity was insufficient, it was easy to cau the overall deformation and sinking of

the surrounding rock. Bad on the volcanic movement and diagenetic background of the Yandang Mountain area, this

paper analyzed the rock mass structure and tunnel engineering geological conditions in this area, and put forward

suggestions for improving tunnel design, construction, and site management for the problems that occurred during tunnel

construction. It could provide reference for the survey, design and construction of future tunnel projects in this area.

Keywords

：

sintered tuff rock mass structural plane tunnel surrounding rock classification unstable condition

；；；

_ 货运专线两个项目分布有雁荡山隧道等总长约为

m 28 的十一座双线客专隧道，以及乌石岭隧道等

km

浙江温州乐清市雁荡山地区铁路客运专线和 总长约为6.4 的八座单线货运隧道。隧道群分

km

收稿日期：

2020-10-25

基金项目：中国铁路总公司科技研究开发计划重大课题（

K2018G015)

作者简介：聂信辉（），男，浙江慈溪人，高级工程师，主要从事岩土工程，铁路勘察设计工作；

1969—E-mail: *********************

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聂信辉：温州雁荡山地铁路隧道施丨:地质问题探讨

K

布于雁荡山核心景区（世界地质公园）至中雁荡山

风景区东侧边缘的低山丘陵火山岩山体中，南北分

布范围约60 。

km

客专隧道和货运隧道均历时约三年完成施工，

各隧道施工总体保持了平稳安全的状态。各隧道

在穿越山体地形、岩石地层等存在一定差异，围岩

稳定、施工工况表现出较为丰富的多样性。本文对

本地区岩层成因、岩体结构、围岩形态进行阐述，结

合隧道施工中出现的典型的围岩稳定工况分析，提

出优化隧道设计、施工和管理的建议。

碎屑物粒径大小可进-•步划分为粗火山灰、细火山

灰和火山尘三种。在酸性岩浆喷发时，主要成分一

般是玻屑和火山灰，岩屑和晶肩居次要地位；在中

基性岩浆喷发中，岩屑和晶屑数量相对增加。凝灰

岩有些由成分单一的火山灰厚积而成，有些系酸性

岩涌流成因，称为流纹质凝灰岩。

(2) 熔结凝灰岩，是雁荡山地区广泛分布的主

要地层岩体，其在第一、第三、第四岩石地层单元中

普遍发育，也是隧道工程穿越的主要岩层。其成因

是火山作用时，刚性和塑性物质构成的炽热火山碎

屑流，在重力流动和负荷压力的共同作用下，在沿

地表流动（或地下涌流）、堆积过程中，使得火山碎

屑物质彼此熔结成岩。其碎屑物质包括火山作用

中熔岩被粉碎而形成的炽热的熔浆碎屑和玻屑、

火山尘、熔浆晶屑，以及灼热的刚性岩屑。形成的

结构构造为熔结凝灰结构、熔结角砾结构和假流

纹构造。熔结凝灰岩因熔结凝灰结构，岩石命名

为“熔结凝灰岩”。由于成因差异，熔结凝灰岩通

常细分为流纹质熔结凝灰岩、流纹质玻屑熔结凝

灰岩等。

(3) 流纹岩，喷溢相火山岩是形成雁荡山景区

2区域地质特性

2.1地质构造

雁荡山破火山是中国燕山地质运动中岩浆大

爆发的一个典型代表。在中生代时期，太平洋板块

向亚洲大陆板块低角度斜向俯冲，地处中国东南沿

海的雁荡山白垩纪破火山，即在这一具有全球意义

的构造背景下形成。该岩带以酸性岩浆的爆发占

主导地位，大面积的火山碎屑流堆积，包括未熔结、

熔结凝灰岩，其岩浆爆发的体积约48万3。三期

km

破火山活动，造就了雁荡山享誉中外的奇秀名山。

从工程地质来说，地质公园内岩体抬升、剥蚀、切

割，导致火山根部天然裸露成多方位立体断面模

型，其产物涵盖了不同岩相的岩石，包括地面涌流

堆积、火山碎屑流堆积、空落堆积、基底涌流堆积和

流纹质熔岩等，岩石地层单元、岩相剖面、岩石结构

均十分典型。工程区先后经历了四期喷发，自下而

上形成四个岩石地层单元。最后一期火山喷发后

又有岩浆侵人，构成一个侵入单元 _4]。

n

距今三千多万年前至二千多万年前，雁荡山沉

没在海中，岩体受到海水的侵蚀。以后又遭到多次

海水进退侵蚀作用，岩体又进一步剥蚀风化。层层 岩性以酸性、中性为主，正、斜长石矿物成分含量

叠置的巨型流纹岩经过一亿多年的地质作用，形成

了锐峰叠嶂穹岩巨谷的地质奇观。从工程地质来

看，区域岩层呈现强度高、整体性较好的总体特性，

以及局部存在岩体破碎、堆积层厚薄不一、侵蚀风

化严重的地质现象。

2.2地层岩性

(1)凝灰岩，是火山碎屑岩的细分，其组成的火

山碎屑物质有50%以上的颗粒直径小于2 ,成

mm

分主要为火山灰，在火山喷发中凝（熔）结而成。依

86

观赏岩体的主体。火山作用时，岩浆从火山通道中

比较平静溢流和侵出，使岩体具有显著的流纹构造

而命名。喷溢的流纹岩，由于内部流动和冷却条件

的差异，其上部、中部和下部岩石的结构和岩石类

型有明显的区别。岩流单元的上部，流纹构造比较

发育;球泡流纹岩一般发育在流动单元中上部或中

下部，含角砾流纹岩（流纹不规则）一般发育在岩流

单元的下部。

(4) 花岗斑岩，在雁荡山附近山体，侵入岩大多

以岩株、岩脉形式出现，岩基地表裸露情况较少。

高，属浅层岩，岩石命名为花岗斑岩,地勘报告命名

为二长花岗斑岩。隧道穿越山体，经常会遇到岩浆

侵人岩的情况。

3场区隧道围岩特征

3.1岩体结构面及其影响

对于围岩强度较高的隧道，通常情况下围岩稳

定可以认为主要受到结构面、风化程度和相对开挖

断面空间位置影响:5_7]。雁荡山地区的火山岩岩体

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整体性较好,岩体强度较高。表1以熔结凝灰岩为

例，说明围岩结构面的主要形态及其影响。

表熔结凝灰岩结构面及其影响

1

序号岩体状态

1

2

3

4

5

6

7

8

段、断裂破碎带；级围岩主要位于级围岩的过

IVV

渡段和浅埋段；、级围岩位于正常深埋的山体

nm

岩层中。、1级围岩占总长的52. 5%。由于货运

UII

隧道以中短隧道为主，进出口浅埋段相应围岩级别

较低，所占比例偏高。以其中三条中长隧道的围岩

长度分布进行统计，、级围岩占总长的7〇.〇%，

nni

与客运隧道的围岩级别分布基本相同。地质勘探资

料和现场掘进情况显示，场区围岩状况总体较好。场

区中长隧道的构造带总长度约占总长的2. 〇%。

结构面

(

带）分类

主要特点

结合面位置不规则，厚度变化大；

对围岩稳定有影响

厚度变化大，特殊情况下对围岩

稳定有影响

节理面规则、紧密，对围岩稳定有

影响

竖向分布为主，断裂缝宽不等，黏

土填充;对围岩稳定影响较大

破裂面密布，结构面难以区别；对

围岩稳定影响较大

熔结面软化受地下水影响加重；

;

对围岩稳定影响较大

层理面软化受地下水影响加重； 化岩体

;

对围岩稳定影响较大

节理面软化受地下水影响加重；

;

对围岩稳定影响较大

岩体软化成黏土，结合面等结构

面成为围岩稳定的渗水通道、薄

弱面;对围岩稳定影响大

懷结结合面

未风化

岩体

(~

巨块

块状）

层理面

节理面

构造影响带

构造破碎带

溶结结合面

中、强风

(~

块状

碎块状）

层理面

节理面

全风化

岩体

4影响场区围岩稳定的重点因素

(1) 场区浅层土

雁荡山地区山体石峰耸立、植被茂盛，山体表

构造带

岩体

层土总体不发育，局部受地质作用影响，存在一定

厚度的堆积层。根据地质纵断面和现场施工情况，

山体表层土大多小于2 ，对隧道进出洞影响不大。

m

但是，在大型山坳冲沟处、山体崩塌发育的坡脚区，

局部地层的堆积土厚达十余米。因堆积土地层往

往地下水也发育，围岩地层的稳定性很差，隧道施

工须引起特别重视。

(2) 地下水作用

场区属亚热带季风气候区，雨水充沛。地下水

受地形及雨水补给影响较大,通常发育于冲沟汇水

区、地质构造岩石破碎带区域。地质勘察报告和隧

道掘进显示，中等富水区出现情况不多，地下水水

压不高，最大涌水量小于200 3/。浅埋隧道围岩

md

稳定受地下水影响较大，对深埋隧道影响不大。

(3) 风化和海水侵蚀作用

在通常情况下，岩体受风化侵蚀作用有限，弱

风化层基岩埋深较浅。但是,在货运铁路五重山隧

道穿越丘陵山包时，深埋29 围岩出现全风化的情

m

况;客专雪岭隧道和附近的货运隧道，均出现隧底

以下10余米处出现全风化土层的情况。这种超深、

超强风化土对围岩稳定影响很大。出现这种情况

的原因可以理解为两处地层系崩石堆积所致。因

堆积地层结构松散，其分布深度又处于海蚀和风化

交替作用的不利位置，受风化和海水侵蚀作用比较

强烈，导致岩块完全侵蚀软化。

9

软弱面

3.2隧道穿越场区地层形态及围岩稳定

工程区总体属低山丘陵地区，最高山峰约700 ,

m

滨海平原地面标高约5.0 ，隧道线路高程一般为

m

25 左右。因此，隧道以穿越500 以下的低山为

mm

主，少部分穿越500 ~ 700 的中低山。按隧道埋置

m

深度和穿越地层分类，围岩拱部自稳状况见表2。

表隧道穿越地层围岩自稳状况

2

序号围岩自稳性

1

2

3

4

5

625~

7

8

9 500 ~

10

隧道穿越地层

穿越山坳冲沟

不稳定

不稳定

不稳定〜暂时稳定

不稳定-暂时稳定

不稳定〜暂时稳定

稳定

不稳定-暂时稳定

基本稳定

稳定（偶发轻微岩爆）

不稳定~暂时稳定

隧道埋

置深度

隧道埋

深小于

25 m

穿越堆积地层

穿越风化破碎地层

穿越偏压地层

穿越破碎岩层

穿越正常地层

穿越地质破碎带

穿越破碎地层

穿越正常地层

穿越地质破碎带

隧道埋

深

500 m

隧道埋

深

700 m

3.3隧道围岩等级分布统计

按隧道设计规范对隧道进行围岩分级[8^]。

隧道级围岩主要位于进出口浅埋段、冲沟浅埋

V

5隧道施工围岩不稳定工况及分析

(1)全风化围岩拱顶塌方

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围岩拱顶塌方是隧道施工非常严重的工程事

故，可能造成重大的损失111 。场区隧道施工极少

发生塌方情况，仅在五重山隧道进口段发生一次塌 阻，采用地基加固等措施后，才艰难掘进进洞。

方。隧道塌方处埋深29 ，位于丘陵山包顶部小平

m

台处，土体湿润，塌方处围岩呈全风化“土夹石”状

态。塌方发生在掘进掌子面处。掘进爆破约5

h

后，从边墙开始出现小掉快，进而变形发展;约1〇

h

后出现拱部塌方，形成宽约4.5 、长约3.5 、高约

mm

5 的塌腔，塌方体积约50多立方。塌方系围岩土

m

体塑性变形、剪切破坏。

塌方的基本原因是围岩松散、自稳性差，初支

不及时。但是，在围岩和施工工况相近的情况下，

为何塌方在此循环发生，而不是在之前的开挖循环

中发生？分析认为，塌方循环位于山顶平台处，地

层自重压力最大，边墙风化土在应力水平较高的地

层压力作用下塑性变形发展，导致拱部土体失稳，

形成拱部塌方。

(2)拱部掉块

根据不完整统计，发生掉块情况约为20余次，

掉块发生概率约为0.2%,属于小概率事件。拱部

掉块体积均小于10 3，通常与爆破同时发生。除

m

浅埋因素，发生围岩掉块与围岩软硬、结构面发育

程度、埋深、开挖断面尺寸等因素关系不大。换言

之，发生掉块与围岩结构面不利组合有关，是不利

结构面组合的概率结果。

图1为货运铁路某隧道拱部掉块发生现场。掉块

发生在级强风化凝灰岩围岩中，拱顶埋深约14 ,掉

Vm

块体系岩层顶板位于拱顶中央，可以明显看出不利

的结构面组合关系。

中很少见。年，在客运专线雪岭隧道进洞掘进

2005

时，因拱部初支下沉量过大（约20 ),导致进洞受

cm

分析原因，除了洞身围岩坡积土不稳定，偏压

地层使支护结构受力状态差，主要原因是隧底软

化。除了如前所述的落石遭海水侵蚀风化成黏土，

地基承载力较低，还因地下水发育，加之施工扰动，

导致隧底地基承载力进一步降低，致使发生围岩整

体失稳。另外，拱架支护刚度不足，施工进洞方案

考虑欠周全,以及处置措施等也存在一定问题。

6结论与建议

(1) 雁荡山地区随道围岩岩石坚硬，岩体多成

块状结构，工程地质条件较好，隧道施工病害较小，

施工中发生的问题主要以拱顶掉块为主。但在隧

道进出口、浅埋地段，特别是风化层深厚地段，隧道

施工易发生拱顶塌方冒顶；加之围岩压力过大，隧

底软化，地基承载力不足，易导致围岩整体变形下

沉。设计及施工中应采取针对性的预防措施。

(2) 根据区域围岩掉块通常由不利结构组合下

发生的特点，隧道系统锚杆打设应根据施工揭示的

地质情况，尤其是结构面特征进行动态优化。在

uni

、级围岩地层，当施工揭示无不利结构面或组

合时，系统锚杆可以优化；在围岩不利结构面比较

确定情况下，应针对性地打设锚杆，以稳固岩体。

对于、级围岩来说,开挖后有暂时稳定性，在拱

IVv

架跟进支护的条件下，设计采用的系统锚杆也可以

进行优化。对于浅埋的土石堆积级围岩地层来

v

说，通常在超前支护和开挖后拱架支护下施工，拱

架的锁脚锚杆必要时应予加强。

(3 10003—2016

) 《铁路隧道设计规范》（)对

TB

隧道围岩判别提出了定量指标，在围岩基本分级的

基础上提出了围岩的亚分级。其中级围岩设a、

VV

.三个亚级，级围岩设、二个亚级。

IVIVaIVb

从现场实施情况看，设置围岩亚级，使现场根据围

岩及稳定情况更有针对性地选择支护措施。对于

设计来说，在施工图设计文件中，系统全面地阐述

场区的地质历史、岩层成因、岩体结构、地层命名，

细化明确围岩分级标准，对工程技术人员加深围岩

性质的理解及指导施工十分必要。

图拱部掉块现场照片

1

(3)围岩整体失稳

围岩整体失稳导致隧道不能正常掘进，对隧道

施工会造成极大的危害，这种情况在场区隧道施工

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(上接第72页）

业的激光扫描仪，形成三维可视化扫描结果，控制

隧道超欠挖及仰拱预制件铺设质量。

4.3样机试制

仰拱拼装机样机已完成试制，样机如图7所示。

在工厂内搭建隧道模型，按照隧道设计开挖仰拱， 2011(2) :256 -261.

预制仰拱块，模拟隧道施工过程，验证仰拱拼装机

是否达到设计要求。

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用，解决传统仰拱施工存在的问题。

目前的试验结果表明，仰拱拼装机性能达到了

设计要求，各项功能满足施工需求，能够实现仰拱

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