綜合地質(zhì)勘察技術(shù)在山區(qū)申家坡隧道中的應(yīng)用

李衛(wèi)強(qiáng),陳 林,高俊義

(1.中交集團(tuán)第一公路工程局第六公司;2.中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司)

0 引 言

申家坡隧道位于重慶市巫山縣兩坪鄉(xiāng)溪溝村境內(nèi),為單向行駛分離式雙洞公路隧道,呈 253°～259°展布,進(jìn)口位于一近南北向沖溝的西側(cè)斜坡上,出口位于北西向的沖溝—沙石溝東側(cè)斜坡上。洞室凈空2-10.25×5.0m,進(jìn)洞口設(shè)計(jì)標(biāo)高530.92m,出洞口設(shè)計(jì)標(biāo)高487.23m;隧道最大埋深約235m,屬長(zhǎng)隧道。隧道雙洞均為單向縱坡,其線路里程、設(shè)計(jì)路面標(biāo)高、長(zhǎng)度、縱坡關(guān)系見表 1。

表1 申家坡隧道詳細(xì)勘察階段設(shè)計(jì)方案

1 地質(zhì)概況

隧道區(qū)屬于巖溶剝蝕峰叢洼地中山地貌區(qū),地形切割較大,高差 300～420m。隧道進(jìn)口段位于第四系崩坡積層中,隧址區(qū)山體最高標(biāo)高 1094.20m,山頂高程總體體現(xiàn)出由進(jìn)洞至出洞方向其高程逐漸降低的趨勢(shì)。隧道出口段則位于溶蝕洼地的東側(cè),地面高程605.0～623.2m。隧址區(qū)巖溶漏斗、落水洞較發(fā)育。

淺部巖石風(fēng)化裂隙較發(fā)育,巖體完整性較差,深部節(jié)理裂隙局部發(fā)育。地表節(jié)理主要有三組,節(jié)理裂隙降低了隧道圍巖穩(wěn)定性。

2 綜合地質(zhì)勘察方法及其效果

為了準(zhǔn)確查明隧道區(qū)的工程地質(zhì)情況,使用了綜合勘察的方法,即地調(diào)、綜合物探、鉆探、試驗(yàn)等,為了使各種勘察手段、方法有機(jī)結(jié)合,組成了各個(gè)專業(yè)組,在該項(xiàng)目組的統(tǒng)籌組織下,在地質(zhì)調(diào)繪的基礎(chǔ)上,提出各項(xiàng)工作任務(wù)的目的和要求及工作程序方法。

2.1 地質(zhì)調(diào)繪

大面積地質(zhì)調(diào)繪工作,是開展地質(zhì)綜合地質(zhì)勘察的關(guān)鍵性工作。地質(zhì)調(diào)繪的目的在于查明隧道區(qū)域范圍內(nèi)的地貌、地質(zhì)條件,并結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料,對(duì)隧道的穩(wěn)定性適宜性作評(píng)價(jià),且為工程地質(zhì)物探、鉆探、測(cè)試工作等的布置提供依據(jù)。

由于申家坡隧道地質(zhì)條件復(fù)雜,通過調(diào)繪直接觀察各種地質(zhì)因素,分析和發(fā)現(xiàn)了各種地質(zhì)問題,掌握該地區(qū)的地質(zhì)規(guī)律,提出采用勘探的手段、方法,探查地質(zhì)體中與工程有關(guān)的地層、巖性、構(gòu)造、水文地質(zhì)的重要定量參數(shù)。如F4斷層(見表 2),通過地面調(diào)繪初步判斷主斷裂層的方位。由于地表大部被第四系覆蓋,構(gòu)造形跡出露不清,在調(diào)繪分析指導(dǎo)下,布置了四條物探測(cè)線,采用電法勘探和地震法勘探相結(jié)合,基本查清了斷裂的走向、傾向和規(guī)模。結(jié)合地質(zhì)調(diào)繪,同時(shí)又在孔內(nèi)進(jìn)行水文地質(zhì)試驗(yàn)、物探測(cè)井、巖芯采集試驗(yàn),最終取到該斷層的一些定量參數(shù),為隧道工程設(shè)計(jì)提供較為完整的地質(zhì)資料。

通過大面積地質(zhì)調(diào)繪填圖,還發(fā)現(xiàn)該隧道通過大小斷層3條(見表 2),對(duì)每條斷層都進(jìn)行了追蹤、量測(cè)和分析,針對(duì)斷層的發(fā)育特征和對(duì)隧道的影響程度,采取不同的勘探手段,首先使用了物探探查斷層規(guī)模與位置、產(chǎn)狀,對(duì)主要斷層和與隧道相交且地下水發(fā)育區(qū)段,軟質(zhì)巖層較厚的地段采用鉆探進(jìn)行驗(yàn)證。各斷層的基本性狀、要素及與隧道工程的關(guān)系見表 2。

地質(zhì)調(diào)繪是開展綜合勘察的關(guān)鍵。該隧道勘察工作的最大特點(diǎn),是在調(diào)繪方面組織了很大力量來進(jìn)行的,對(duì)各種地質(zhì)問題的解決都是在調(diào)繪的基礎(chǔ)上正確指導(dǎo)配合運(yùn)用各種勘察手段而取得的。

2.2 綜合物探

通過大面積地質(zhì)調(diào)繪對(duì)申家坡隧道地區(qū)的地層、巖性、構(gòu)造格局、水文地質(zhì)條件有了較全面認(rèn)識(shí)的情況下,分析了與隧道工程有密切關(guān)系的主要工程地質(zhì)問題。通過測(cè)繪提出勘探目的與手段后,物探采用了地震折射法,直流電阻率法的高密度電法,電測(cè)探法,綜合測(cè)井法和室內(nèi)巖芯測(cè)試等方法,開展了綜合物探。

表2 隧道區(qū)斷層要素表

利用地震折射法沿線路走向布置物探縱剖面 2條,利用高密度電法和電測(cè)探法在隧道進(jìn)口段和出口段共布設(shè)橫剖面 4條,此 6條剖面總長(zhǎng)度 8340m。采用地震折射法的簡(jiǎn)單連續(xù)觀測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行淺部完整基巖界面速度測(cè)定,按巖層傾角推延至洞身,并利用鉆孔巖芯的彈性波速測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比、統(tǒng)計(jì)。結(jié)合地質(zhì)調(diào)繪和鉆探情況,查明了覆蓋層厚度,確定了 F4～F6各斷層的走向、傾向入通過線路的位置與斷層大致寬度。結(jié)合地質(zhì)資料綜合分析達(dá)到彈性波圍巖分類的目的。采用高密度電法和電測(cè)探法并結(jié)合地質(zhì)調(diào)繪和鉆探工作,用差時(shí)距曲線法進(jìn)行定量解釋,查明了隧道進(jìn)出口處地層的結(jié)構(gòu)、各巖層的邊界有風(fēng)化程度、覆蓋層厚度、巖體完整性等,并結(jié)合測(cè)試試驗(yàn)工作,為設(shè)計(jì)工作提供了相應(yīng)的參數(shù)。通過綜合測(cè)井法和室內(nèi)巖芯測(cè)試以測(cè)巖體的波速,通過計(jì)算,確定了隧道圍巖分級(jí)。

2.3 鉆探

鉆探是綜合勘察中對(duì)地質(zhì)調(diào)繪推斷和物探解釋成果的正確性最直接的檢驗(yàn)手段,也是采集地質(zhì),水文地質(zhì)參數(shù)的重要方法。

通過鉆探,進(jìn)一步準(zhǔn)確的確定地質(zhì)調(diào)繪和物探工作所指出的地質(zhì)構(gòu)造,并與地質(zhì)調(diào)繪和物探工作相互驗(yàn)證,同時(shí)通過巖芯情況,準(zhǔn)確的判斷地層巖性,結(jié)合相關(guān)測(cè)試和試驗(yàn),得出相應(yīng)的地質(zhì)參數(shù)。

水文地質(zhì)試驗(yàn)對(duì)有地下水的鉆孔都采用了多種方法進(jìn)行了水文地質(zhì)試驗(yàn)。其中使用的主要方法有以下幾種。

(1)對(duì)所有鉆孔用清水鉆進(jìn),分層止水,分層進(jìn)行三個(gè)降深的提、抽水試驗(yàn),再選定較合適的方法進(jìn)行參數(shù)計(jì)算。

(2)為提高水文地質(zhì)試驗(yàn)精度,對(duì)部分鉆孔采用了小口徑、深井潛水泵和井中測(cè)流儀等專用設(shè)備,取得了明顯的效果。

(3)同時(shí)使用了自然電位,放射性等幾種測(cè)井方法,可直接了解含水層的準(zhǔn)確位置。

通過鉆機(jī)抽、提水試驗(yàn),物理測(cè)井,水文地質(zhì)調(diào)查等工作,查明了隧道地區(qū)地下水總的情況是:隧道中部和前部地段地下水較為發(fā)育,滲透系數(shù)大,涌水量占隧道總涌水量的一半以上;隧道的后部為厚層灰?guī)r,構(gòu)造節(jié)理不發(fā)育,巖體較完整,滲透系數(shù)小。其他在斷層帶附近地下水相對(duì)集中,隨著溝谷發(fā)育地段的裂隙水將與隧道相通,雨季期會(huì)大幅度的增加。根據(jù)鉆孔簡(jiǎn)易提水試驗(yàn),巖層滲透系最小值為0.00065m/d,最大值為 0.094m/d,隧道一般涌水量約為4451～7233m3/d。所以雨季施工時(shí),在斷層破碎帶可產(chǎn)生涌水、突水事故,應(yīng)高度重視,并采取預(yù)防措施。雨季地下水對(duì)隧道施工影響較大

3 結(jié) 論

申家坡隧道所采用的地質(zhì)綜合勘察方法包含大面積地質(zhì)調(diào)繪、綜合物探、鉆探和水文地質(zhì)試驗(yàn)等,這些手段和方法起到互相驗(yàn)證、互相補(bǔ)充、取長(zhǎng)補(bǔ)短,提高質(zhì)量的作用,查明了隧道區(qū)地層巖性構(gòu)造,水文地質(zhì)情況,對(duì)穩(wěn)定隧道方案,評(píng)價(jià)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件,預(yù)測(cè)隧道可能出現(xiàn)的地質(zhì)問題,并提出對(duì)策和提供設(shè)計(jì)資料等均取得良好效果。

綜合地質(zhì)勘察工作在山區(qū)申家坡隧道中的應(yīng)用是成功的。結(jié)合綜合地質(zhì)勘察工作在山區(qū)鷹嘴巖隧道中的應(yīng)用,若做綜合地質(zhì)勘察工作應(yīng)注意以下事項(xiàng)。

(1)重點(diǎn)作好地質(zhì)調(diào)繪工作。地質(zhì)調(diào)繪工作是全面了解和掌握地區(qū)地質(zhì)情況的一項(xiàng)宏觀性的工作,是采用各種勘探手段方法的基礎(chǔ)。因此地質(zhì)調(diào)繪工作做得越深入細(xì)致,綜合地質(zhì)勘察工作的優(yōu)勢(shì)就能發(fā)揮的越好。

(2)多種勘探手段、方法有機(jī)結(jié)合。要針對(duì)勘察工點(diǎn)的地質(zhì)條件合理選用各種勘探手段和方法,并把各種手段方法有機(jī)的結(jié)合起來,對(duì)所取得的各項(xiàng)資料進(jìn)行綜合分析才能發(fā)揮綜合勘察的優(yōu)越性,起到互相補(bǔ)充,互相驗(yàn)證,提高勘察質(zhì)量和效率。

(3)充分作好物探與鉆探的配合。應(yīng)用物探成果進(jìn)行地質(zhì)分析來確定鉆孔位置和提出鉆探技術(shù)要求,又通過鉆探成果進(jìn)行物探資料的再解釋,提高物探質(zhì)量。

[1] 中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司.國(guó)家重點(diǎn)公路杭州至蘭州線重慶巫山至奉節(jié)段兩階段初步設(shè)計(jì),2005,(4).

[2] 中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司.杭州至蘭州線重慶巫山至奉節(jié)段兩階段施工圖設(shè)計(jì),2006,(3).

[3] 中華人民共和國(guó)交通部.公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范(JTJ064-98)[M].北京:人民交通出版社,1999.

[4] 劉世凱,陸永清,歐湘萍.公路工程地質(zhì)與勘查[M].人民交通出版社,1999.

[5] 李斌.公路工程地質(zhì)[M].北京:人民交通出版社,2001.