营盘路湘江隧道工程地质评述
摘要：营盘路湘江隧道，为长沙一条正在修建的过江通道。位于橘子洲大桥和银盆岭大桥之间，其中江中段距橘子洲大桥约1.3 km，距银盆岭大桥约2.1 km，主线西起咸嘉湖路，下穿潇湘大道、傅家洲、橘子洲和湘江大道，东接营盘路。西岸设一进一出两匝道，接主线北侧的潇湘北路；东岸设一进一出两匝道，进口匝道接主线南侧的湘江中路，出口匝道接主线北侧的湘江中路。文章对营盘路湘江隧道工程地质进行评价，为隧道的建设和后期其它过湘江隧道设计、施工提供技术参考。
关键词：湘江隧道；工程地质；评述；技术参考
1地理位置
长沙市营盘路湘江隧道工程位于银盆岭大桥和橘子洲大桥居中偏南位置，东西走向，分别穿越长沙“三横五纵”快速路网中两纵—潇湘大道和湘江大道，距上游橘子洲大桥约1.3 km 左右，距下游银盆岭大桥约2.1 km 左右。隧道东端接线道路为营盘路，隧道西端接线道路为咸嘉湖路，该段湘江江面宽约1.4 km，线路穿越橘子洲和傅家洲，橘子洲宽约130 m，湘江被橘子洲和傅家洲划分为东、西两汊，每汊的宽度约650 m，橘子洲以东靠近东岸为湘江主航道。
2地形地貌
地貌单元由典型的河流侵蚀堆积地貌、湘江河床、江心洲、漫滩及其Ⅰ～Ⅲ级堆积阶地组成。
隧道湘江段沿线开阔，两岸平直，岸坡较平缓。
3气象和水文
①气象。长沙市营盘路湘江隧道工程位于长沙市城区中部。长沙市属于亚热带湿润季风气候区，具有气候温和、四季分明。据1960~2003年长沙市气象站资料统计：多年平均气温17.4℃，日平均最高气温38.1℃，日平均最低气温0.4℃，7月份平均气温28.5℃，极端最高气温43℃；多年平均降雨量1394.6 mm，最大月降雨量515.3 mm，最小月降雨量1.2 mm，最大日降雨量192.5 mm，每年3~6月为雨季，其降雨量约占全年的80%，小时最大降雨量75.98 mm（1991.8.6）。
②水文。湘江在隧道位置河道宽度为730 m，每年4月至7月为丰水期。多年平均水温18.7℃—19.5℃。
4地质构造和地下水
4.1区域地质构造
勘察区域地处雪峰地穹系与湘赣地洼系交接的幕阜地穹西南部的乌山洼隆与长沙洼陷交接部位。在漫长的地史发展的时期，本区经历了多次构造运动，形成了较为复杂的构造变形。区内构造以断裂构造为主，褶皱构造次之，构造线方向以北北东向为主，在图区中部和北东部发育有早期的北西向褶皱和断裂。
4.1.1褶皱构造
①岳麓山向斜。位于长沙湘江西岸岳麓山，分布在岳麓洼凹构造区内，呈半椭圆形，向斜轴向呈北东35°，延伸长约35 m。
②杨泗庙—观音港向斜。位于长沙湘江东岸，分布在长沙洼陷构造区内，向斜轴向呈北东40～45°。岩层倾角平缓，一般为15°～25°，属平缓型褶皱，此向斜系永安复式向斜的次级构造。
4.1.2断裂构造
①张家咀—荣湾镇—新塘湾断裂（F85）。该断裂斜贯场区西部，由师大南院—荣湾镇—新河三角洲沿北东向延伸，长约20 km，断裂沿线挤压强烈，擦痕发育，产状直立。
②葫芦坡—金盆岭—炮台子断裂（F101）。该断裂斜贯场区东南侧，由湘江猴子石大桥西—南门口—松桂园沿北东向延伸穿越市区，走向北东30°，全长约60 km；在松桂园地段经钻孔揭露该断层为挤压破碎带。
4.1.3新构造运动
①升降作用。自第四纪以来，本区间歇性升降是随着区域掀斜法运动伴生。另外长沙市区第四系纪地层自老至新，由南向北掀斜呈现有规律的分布。
②小断裂。第四纪以来，在长沙地区新开铺组与洞井铺组地层中常见小断裂，一般都是断距不大的小断层。
有关资料分析研究表明，在长沙地区第四纪地层中发育的NNE—NE向和NWW—EW向两组活动断层，规模小，热释光测年结果均在20万年左右，不属于全新活动断层。
4.2隧道区域断层破碎带（F）
主要分布于傅家洲ZK11～ZK14钻孔地段，结合区域地质资料分析，该破碎带大致呈北北东向展布，带宽约40 m。
4.3地层岩性
场地地层主要有第四系全新统桔子洲组(Q4al)：人工填土、淤泥（淤泥质土）及坡积层；中更新统白沙井组 （Q2al）：冲洪积层，残积层；基岩为内陆湖相沉积的白垩系（K）碎屑岩：泥质粉砂岩、砾岩；上元古界浅变质(Pt)板岩，局部存在断层破碎带。其地层特征自上而下描述如下（注：代码①表示地层序号）：
杂填土?譹?訛（Q4 ml）(①为地层代号，下同)：灰色、褐色、褐黄色，干—湿，松散状，物质构成以建筑垃圾及生活垃圾为主，混粘性土，局部以粘性土成分为主，具高压缩性，软硬不均，工程性状差，堆填时间在10年以上，广泛分布于东西两岸，厚度1.20~10.50 m，重型圆锥动力触探试验击数范围一般为1~5击。
素填土?譺?訛（Q4 ml）：褐黄色，湿，粘性土成分为主，软可塑状，局部充填较多生活垃圾或腐生物等有机质，具高压缩性，工程性状差，堆填时间较短，一般为筑堤新近堆填，局部时间较长，见于两岸河堤及桔子洲上，厚度0.60～7.20 m。重型圆锥动力触探试验击数范围一般为4~6击。
淤泥(淤泥质土)?譻?訛（Q4 h）：褐灰色、灰黑色，软可塑－流塑状，局部充填较多生活垃圾或腐生物等有机质，具高压缩性，工程性状差。线路东西两岸沿线已回填的老沟渠、池塘等位置及河堤范围内广泛分布，厚度1.10～4.20m。
坡积粉质粘土?譼?訛（Q4dl）：褐灰色、黄色，可塑状。含植物根茎，混砾石。捻面较粗糙，轻微摇震反应，干强度低，韧性低，仅见于西岸线路西端，露厚度0.50m。
粉质粘土?譽?訛（Q4al）：褐灰色，软可塑状，含黑色铁锰质氧化物。捻面较光滑，无摇震反应，干强度低，韧性低。见于东西两岸河堤附近范围内及江心洲，厚度0.80~7.90 m。
粉细砂?譾?訛（Q4al）：褐黄色，湿，松散－稍密状，成分为石英质，含云母，粘土充填。见于桔子洲及两岸河堤，厚度0.80~9.00 m。
圆砾?譿?訛（Q4al）：褐黄色，饱和，中密状。圆砾含量60%以上，成分以石英质为主，磨圆度较好，一般粒径0.20~2 cm。混卵石20%以上，粒径为4~6 cm，中粗砂充填。见于东西两岸河堤附近范围内及江心洲，厚度0.20~6.50 m。其内局部见粉细砂夹层。
粉质粘土?讀?訛（Q2al）：黄红、褐黄色，硬塑-坚硬状，局部为可塑状。具网纹结构，含黑色铁锰质氧化物。底部含少量粉细砂。捻面较光滑，无摇震反应，干强度中等，韧性中等。分布于东西两岸，厚度2.60~7.10 m。
圆砾?讁?訛（Q2al）：褐黄、黄色，稍湿-饱和，稍密-密实状。圆砾含量60%，成分以石英质为主，磨圆度较好，分选性差，一般粒经0.2~2 cm。混卵石，砂、粘性土充填，分布于东西两岸，厚度0.30~6.40 m。
残积粉质粘土?輥?輮?訛（Qel）：灰色、黄色、褐红色，硬塑－坚硬状，由板岩及泥质粉砂岩风化残积形成。捻面较光滑，无摇震反应，中等干强度，中等韧性。见于东西两岸，厚度0.30~2.00 m。
强风化泥质粉砂岩?輥?輯?訛（K）：褐红、紫红色，岩芯呈土夹块状及碎块状，极软岩，岩块用手易折断，冲击钻进较困难，岩体基本质量等级为Ⅴ类。分布于东岸湘江大道以东，厚度0.10-4.70 m。
中风化泥质粉砂岩?輥?輰?訛（K）：红、紫红色，节理裂隙较发育，多呈闭合状，节理裂隙面上可见黑色铁锰质浸染。岩面粗糙，偶见溶蚀小孔，岩芯呈柱状，极软岩，敲击声哑，岩体基本质量等级为Ⅳ类。分布于东岸湘江大道以东，厚度＞6.30 m。
强风化砾岩?輥?輱?訛（K）：紫红色夹灰绿色，极软岩，岩芯为岩屑、碎石状，胶结差，岩块用手易折断，冲击钻进较困难，岩体基本质量等级为Ⅴ类。分布于东岸湘江大道以东，厚度10.20m。
中风化砾岩?輥?輲?訛（K）：紫红色，极软岩～软岩，砾石含量60%以上，砾石成分主要为板岩，少许石英，砾石粒径一般在2 cm以上，最大＞12 cm，岩芯呈短柱状、碎块状、碎石状，岩块用手不能折断，岩体基本质量等级为Ⅳ类。分布于东岸湘江大道以东，厚度＞13.30 m。
全风化板岩?輥?輳?訛（Pt）：为极软岩，岩体破碎，风化强烈，结构为松疏的砂土状、角砾状、碎裂状。
强风化板岩?輥?輴?訛（Pt）：褐黄色、灰绿色、黄黑色、灰色，为极软岩，节理裂隙很发育，岩芯呈碎块状、块状，用手折可断，岩体基本质量等级为Ⅴ类。分布于西岸、湘江河道及东岸湘江大道附近，厚度0.20-10.80 m。
中等风化板岩?輥?輵?訛（Pt）：黄灰色、褐黄色、灰绿色、灰色，为软岩，岩芯呈大块状、碎块状，少许短柱状。
微风化板岩?輥?輶?訛（Pt）：灰色、灰褐色、褐红色、青灰色，为较软岩，岩芯呈大块状、块状，短柱状、长柱状。
在该层中局部夹有强风化板岩透镜体。
4.4岩土物理力学性质
围岩分级及土石可挖性如表1所示。
4.5地下水类型
根据钻探揭露，按地下水埋藏条件，东西两岸场地内地下水可分为孔隙水及基岩裂隙水二种类型。
强风化泥质粉砂岩渗透系数k为0.21 m/d，中等风泥质粉砂岩渗透系数k为0.09 m/d，全风化板岩渗透系数K为0.43 m/d，强风化板岩渗透系数K为0.31 m/d，中风化板岩渗透系数K为0.16 m/d，微风化板岩渗透系数K为0.08 m/d，均系弱透水层。
4.6地下水补给、迳流、排泄条件
地下水主要接受大气降水补给及外围侧向补给。枯水期时，地下水由两侧向湘江径流。以侧向渗流运动方式向河流排泄。汛期时，河流水位急剧抬升，河水向两侧补给地下水。地下水动态变化较大，水位变幅一般为1.5—5.0 m，汛期可达10.0 m以上。由于湘江防洪堤及堤内防渗帷幕的实施，削弱了浅层地下水与地表水的水力联系。
4.7水的腐蚀性评价
场地环境类型为Ⅱ类。东、西两岸孔隙水对砼及钢结构具弱腐蚀性，对混凝土中钢筋无腐蚀性；隧址上层滞水、湘江水等地表水对砼及混凝土中钢筋无腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。
5场地工程地质条件评价
场区覆盖层主要为湘江河漫滩及阶地堆积层，东西两岸主要为阶地沉积物，厚度变化1.20～16.00 m，河道中厚5.3～17.1 m。
场地下伏基岩在湘江大道以东为白垩系泥质粉砂岩和砾岩，湘江大道及其以西为上元古界板岩。
场地水文地质条件复杂，第四系阶地堆积物中粘性土层为相对隔水层。粉细砂、圆砾层为含水层，根据抽（注）水试验结果，含水层属透水性强，富水性好的含水层，白垩系砂砾岩及元古界板岩中局部节理裂隙较发育，含少量的裂隙水，水量一般贫乏，根据压水试验结果，为弱—微弱透水层，渗透性呈中等～较差状态。
6地震
据2001版中国地震局(GB183062001)《中国地震动峰值加速度区划图》、《建筑抗震设计规范》（GB50011—2001），长沙市城区抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度a=0.05g，地震动反应谱特征周期为Tg=0.35s，设计地震分组为第一组。
考虑长沙市地震设防烈度为6度，结合长沙地区勘察成果，河漫滩及一级阶
地地段一般情况下可不考虑砂土液化，故在6度地震设防烈度下，拟建场地可不考虑地基土的地震液化。
7结论
根据既有地质和环境条件资料，认为营盘路隧道工程采用矿山法或盾构法施工最为适宜，两种方法具有各自的技术特点和优势；在此基础上，又从技术、经济、施工难度、对环境影响、工期等多方面，对营盘路隧道工程采用双管单层盾构方案、单管双层盾构方案、双洞单层矿山方案和单洞双层矿山方案作了比选分析。四种方案从技术上均是可行的，但两种盾构方案需要考虑盾构机的订购、安装、调试，工期受盾构机生产商的影响极大，且盾构机设备的成本极高；此外，盾构法施工必须设置工作井，对城市周边的环境影响太大，不推荐采用。因此，经过多方面的比较，双洞单层矿山方案优于其他建设方案，故推荐采用。
参考文献：
[1] 长沙市勘测设计研究院.长沙市潇湘大道北段龙王港桥岩 土工程详细勘察报告[R],2007,(8).
[2] 长沙市勘测设计研究院.地下管线资料[R],2009,(5).
[3] 湖南省防震减灾工程研究中心.长沙市营盘路湘江隧道工 程场地地震安全性评价报告[R],2009,(2).
[4] 湖南省勘测设计院.长沙市营盘路湘江隧道工程建设场地 地质灾害危险性评估报告[R],2009,(2).
