隧道工程地质勘察与评价

隧道工程地质勘察与评价
夏子龙
摘要：隧道工程地质勘察是根据公路基本建设程序的不同阶段对地质资料的深度要求分阶段进行,一般采用资料收集与研究、工程地质调绘、钻探、物探及各种测试试验等综合勘察方法、手段进行勘察,其最终目的是详细查明隧址区的地质条件,确定隧道围岩级别,为隧道施工布置、各段洞身掘进方法及程序、支护及衬砌类型或整治工程设计提供详实可靠的工程地质依据。
关键词：隧道；工程地质条件；工程措施；评价
隧道工程地质勘察资料是隧道设计和施工的基础。根据隧道地质特征,有针对性地采取相应的勘探方法,可获得符合实际地质情况的地质资料,科学地划分围岩分级和评价岩体的稳定性,为隧道设计和施工提供可靠依据。
一、隧道工程地质勘察的工作重点
隧道，尤其是长~特长隧道是山区高速公路的控制性构筑物类型之一，其选址好坏关系到一条山区高速公路的质量高低，从工程地质的角度分析，隧址的选择是否合理，主要看隧址的工程地质环境是否稳定，或若干隧址方案中哪一个工程地质环境或工程地质条件、水文地质条件更为优越。要做到这一点，工程地质勘察的重点研究内容应包括：
(1) 隧址对地形、地貌等方面的要求。
(2) 隧址区所处的工程地质环境及其稳定性。
(3) 重点研究不良或特殊地质区隧道位置的选择。
(4) 预测可能存在的工程地质问题，以及工程诱发的环境工程地质问题。
(5) 进行隧道选址，也应遵循工程地质选址的原则，同时对隧址提出工程地质评价和建议，从工程地质的角度对隧道方案进行比选。隧址选定后，详勘阶段的工作重点是详细查明隧址区的地层岩性、地质构造、不良地质等工程地质条件及水文地质条件并作出详细分析评价。根据控制隧道围岩稳定的各项因素，分段确定隧道围岩级别，提供必要的岩土物理力学指标和参数。
隧道通过处的丘陵斜坡,在强烈的风化剥蚀作用下,发育隐伏的沟谷,沟谷内基岩面起伏不平,沟内上覆残黏性土,表覆风积沙,地表形态呈坡度较陡的坡地。隧道洞身范围内岩土性质变化很大,仅凭地表地质调查和钻探难以查明地下地质情况。针对隧址区的地质特征,宜采用物探方法划分土石分界和确定风化层的厚度,采用物探结合其他勘探手段的综合勘探方法查明隧道地质情况,并对各种勘探方法得出的结果进行比较和验证,做出综合的评价结果。
二、勘察方法及过程
实际工作中采用了航片判释、地面地质调查、地震折射波法、电测深法及钻探验证的综合勘探方法进行勘察。
2.1航片判释与地面地质调查
在丘陵坡脚及丘间凹地,风积沙顺东南向呈沙陇状分布,地表沟谷发育,植被稀疏,而丘陵顶部及坡顶周围基岩裸露,无植被发育。通过航片判释,在航片上标出地貌变化和地层变化的分界点。地面地质调查采用沿线地质调查和隧址区区域地
质调查相结合的方法,核对航片判释点,记录地形地貌变化点、地层岩性变化点等地质情况,描述地层的特征、基岩出露的产状及风化状态和风化程度等,并将调查的结果转绘到隧道平面图上。对区域地质图的地质界线等进行修正,绘制出隧道地质图。
2.2物探测试
根据地形、地质条件,物探采用对称四极电测深法和地震折射波法开展工作。电测深法点距一般为30～50 m,AB /2 (max)为200 m,共完成电测深点59个。在地形条件允许的部位采用地震折射波法,道间距为10 m,最大炮检距为150 m,布置测线长度为660 m。采用量板法与经验系数法相结合对电测深曲线进行定量解释,采用等T0法对地震折射资料进行解释。依据电测深法及地震折射法解释结果,给出岩土层的物性参数。综合分析,划分地层,绘制出物探地质纵断面。
2.3 物探
物探勘察手段基本上是利用地层的物性差异来间接获取地质信息的方法。与钻探相比较，具有进场容易、成本较低、勘察周期短的特点，其缺点是直接获得的是地层某一方面的物性参数，用以解译分析地层时，具有多解性，必须有钻探资料作为参照进行验证或修正。因此，主要被运用于初勘阶段，而在施工图设计阶段则为钻探的补充手段之一。物探方法多种多样，可根据隧道地质条件及勘察的目的任务选取，如为了查明非深埋隧道岩土分界面、围岩中是否存在破碎带，可采用浅层地震折射波法；如为获得岩体的弹性特征值、岩体完整性系数，可采用钻孔声波测井。当地震勘探发现有明显的溶洞或大的地质构造时，应进行综合物理勘探，以供相互验证。
三、隧道工程地质条件分析评价中值得注意的问题
隧道工程地质条件分析评价的内容应包括一切可能影响隧道工程安全的地质问题。除了对隧址区已有的工程地质问题认真分析评价外，还应研究环境工程地质问题与隧道工程之间的相互关系，以及隧道建设可能诱发的环境及环境工程地质问题。例如，粤湘高速公路博罗至深圳段水涧山隧道和石鼓隧道下穿银屏山自然保护区，须考虑隧道建设过程中的地下水排放对自然保护区植被、景观的影响。对于山岭隧道而言，主要的工程地质问题包括滑坡、膨胀岩、断裂构造及断层破碎带、高初始应力、偏压问题、高地温、岩溶、放射性、有毒有害气体等，当隧道通过存在上述某种或几种工程地质问题并存的地段时，就
必须对其进行分析研究评价。
(1) 滑坡：由于隧道洞身不应在滑坡、错落体内穿过，如必须通过此类地段时，应使洞身埋置在错落体或滑动面以下一定深度的稳固地层中，因此，需重点查明滑坡滑动面位置、产状，才能为设计确定隧洞位置提供依据。
(2) 膨胀岩：多见于粘土岩、页岩、泥质砂岩；伊利石含量大于20%。重点研究膨胀性岩的分布产状、膨胀潜势，分析评价其对隧道工程安全和稳定性的影响。
(3) 断裂构造及断层破碎带：重点研究大型断裂构造是否为活动断裂，如为活动断裂应避开。隧道还应尽量避开断层破碎带，特别是含水丰富的破碎带，必须穿越时，隧道应与之垂直或大角度斜交通过，并应提醒设计施工方做好支护及排截水措施，预防出现坍塌、避免富水破碎带出现突水涌泥现象造成安全事故。
(4) 高初始应力：岩体初始应力对隧道围岩的稳定性有较大影响，特别是高初始应力的存在。高初始应力会导致隧道洞壁岩体在开挖过程中时有饼化、岩爆等不良现象的发生，造成隧道成洞性差。高初始应力主要存在于埋深大、构造作用强烈的隧道。因此，对于深埋隧道应通过地应力测试结果按公路隧道设计规范判定是否存在高初始应力地段。
(5) 偏压问题：主要出现在埋深较浅的隧道。根据隧道走向与地形等高线相交情况判定，如隧道傍山而设，走向与地形等高线平行或小角度斜交，隧道外侧洞壁较薄，将出现偏压问题。偏压会降低围岩稳定性。
(6) 高地温：地温高低与埋深有关，随埋深增大而递增。因此高地温主要出现在深埋隧道。对于深埋隧道应研究地温随埋深升温情况以及是否出现高地温现象。
(7) 岩溶：应重点查明洞身不同地段的岩溶发育程度和分布规律、岩溶洞穴的形态规模、含水特性、岩溶水富水程度、补给排泄条件。分析评价隧道场地的适宜性、隧道围岩的稳定性、岩溶水对隧道安全和稳定性的影响及在施工和营运时产生的危害。
(8) 放射性：主要针对花岗岩等岩浆岩类地区及存在放射性物质地区的隧道。
(9) 有毒有害气体：应查明有毒有害气体的含量、压力、性质，并判断其对隧道施工、营运
的影响。
隧道通过地区一般位于山区丘陵地带,地质情况复杂多变,应采用综合勘探的方法进行勘察。工程地质勘察中,采用适宜的物探方法,既能较准确地查明地质情况,又可取得事半功倍的效果。在本工程的地质勘察中,物探手段起到了其他勘探方法无法发挥的作用,不仅准确地查清了土石分界,而且科学地划分了地层,地层分层的结果与钻探验证的结果基本一致,并为隧道围岩分级和岩土施工工程分级提供了定量的物性参数。

参考文献：
[1]. 重庆交通科研设计院. 公路隧道设计规范[S]. 2004
[2]. 关于发布《铁路工程岩土分类标准》和《铁路工程地质勘察规范》两项标准局部修订条文的通知[J]. 铁道勘察. 2005.(01)
[3]. 《岩土工程勘察规范》征求意见会在南京召开[J]. 工程勘察. 2000.(04)
[4]. 关于发布《铁路工程岩土分类标准》和《铁路工程地质勘察规范》两项标准局部修订条文的通知[J]. 铁道勘察. 2005.(01)
[5]. 吴长利. 综合勘探与综合分析[J]. 铁道勘察. 2006.(03)