隧道工程地質(zhì)勘察與評(píng)價(jià)

隧道工程地質(zhì)勘察與評(píng)價(jià)摘要:隧道工程地質(zhì)勘察是根據(jù)公路基本建設(shè)程序的不同階段對(duì)地質(zhì)資料的深度要求分階段進(jìn)行,一般采用資料收集與研究、工程地質(zhì)調(diào)繪、鉆探、物探及各種測(cè)試試驗(yàn)等綜合勘察方法、手段進(jìn)行勘察,其最終目的是詳細(xì)查明隧址區(qū)的地質(zhì)條件,確定隧道圍巖級(jí)別,為隧道施工布置、各段洞身掘進(jìn)方法及程序、支護(hù)及襯砌類(lèi)型或整治工程設(shè)計(jì)提供詳實(shí)可靠的工程地質(zhì)依據(jù)。關(guān)鍵詞:隧道;工程地質(zhì)條件;工程措施;評(píng)價(jià)隧道工程地質(zhì)勘察資料是隧道設(shè)計(jì)和施工的基礎(chǔ)。根據(jù)隧道地質(zhì)特征,有針對(duì)性地采取相應(yīng)的勘探方法,可獲得符合實(shí)際地質(zhì)情況的地質(zhì)資料,科學(xué)地劃分圍巖分級(jí)和評(píng)價(jià)巖體的穩(wěn)定性,為隧道設(shè)計(jì)和施工提供可靠依據(jù)。一、隧道工程地質(zhì)勘察的工作重點(diǎn)隧道,尤其是長(zhǎng)~特長(zhǎng)隧道是山區(qū)高速公路的控制性構(gòu)筑物類(lèi)型之一,其選址好壞關(guān)系到一條山區(qū)高速公路的質(zhì)量高低,從工程地質(zhì)的角度分析,隧址的選擇是否合理,主要看隧址的工程地質(zhì)環(huán)境是否穩(wěn)定,或若干隧址方案中哪一個(gè)工程地質(zhì)環(huán)境或工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件更為優(yōu)越。要做到這一點(diǎn),工程地質(zhì)勘察的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容應(yīng)包括:(1)隧址對(duì)地形、地貌等方面的要求。(2)隧址區(qū)所處的工程地質(zhì)環(huán)境及其穩(wěn)定性。(3)重點(diǎn)研究不良或特殊地質(zhì)區(qū)隧道位置的選擇。(4)預(yù)測(cè)可能存在的工程地質(zhì)問(wèn)題,以及工程誘發(fā)的環(huán)境工程地質(zhì)問(wèn)題。(5)進(jìn)行隧道選址,也應(yīng)遵循工程地質(zhì)選址的原則,同時(shí)對(duì)隧址提出工程地質(zhì)評(píng)價(jià)和建議,從工程地質(zhì)的角度對(duì)隧道方案進(jìn)行比選。隧址選定后,詳勘階段的工作重點(diǎn)是詳細(xì)查明隧址區(qū)的地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、不良地質(zhì)等工程地質(zhì)條件及水文地質(zhì)條件并作出詳細(xì)分析評(píng)價(jià)。根據(jù)控制隧道圍巖穩(wěn)定的各項(xiàng)因素,分段確定隧道圍巖級(jí)別,提供必要的巖土物理力學(xué)指標(biāo)和參數(shù)。隧道通過(guò)處的丘陵斜坡,在強(qiáng)烈的風(fēng)化剝蝕作用下,發(fā)育隱伏的溝谷,溝谷內(nèi)基巖面起伏不平,溝內(nèi)上覆殘黏性土,表覆風(fēng)積沙,地表形態(tài)呈坡度較陡的坡地。隧道洞身范圍內(nèi)巖土性質(zhì)變化很大,僅憑地表地質(zhì)調(diào)查和鉆探難以查明地下地質(zhì)情況。針對(duì)隧址區(qū)的地質(zhì)特征,宜采用物探方法劃分土石分界和確定風(fēng)化層的厚度,采用物探結(jié)合其他勘探手段的綜合勘探方法查明隧道地質(zhì)情況,并對(duì)各種勘探方法得出的結(jié)果進(jìn)行比較和驗(yàn)證,做出綜合的評(píng)價(jià)結(jié)果。二、勘察方法及過(guò)程實(shí)際工作中采用了航片判釋、地面地質(zhì)調(diào)查、地震折射波法、電測(cè)深法及鉆探驗(yàn)證的綜合勘探方法進(jìn)行勘察。2.1航片判釋與地面地質(zhì)調(diào)查在丘陵坡腳及丘間凹地,風(fēng)積沙順東南向呈沙隴狀分布,地表溝谷發(fā)育,植被稀疏,而丘陵頂部及坡頂周?chē)鶐r裸露,無(wú)植被發(fā)育。通過(guò)航片判釋,在航片上標(biāo)出地貌變化和地層變化的分界點(diǎn)。地面地質(zhì)調(diào)查采用沿線(xiàn)地質(zhì)調(diào)查和隧址區(qū)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查相結(jié)合的方法,核對(duì)航片判釋點(diǎn),記錄地形地貌變化點(diǎn)、地層巖性變化點(diǎn)等地質(zhì)情況,描述地層的特征、基巖出露的產(chǎn)狀及風(fēng)化狀態(tài)和風(fēng)化程度等,并將調(diào)查的結(jié)果轉(zhuǎn)繪到隧道平面圖上。對(duì)區(qū)域地質(zhì)圖的地質(zhì)界線(xiàn)等進(jìn)行修正,繪制出隧道地質(zhì)圖。2.2物探測(cè)試根據(jù)地形、地質(zhì)條件,物探采用對(duì)稱(chēng)四極電測(cè)深法和地震折射波法開(kāi)展工作。電測(cè)深法點(diǎn)距一般為30~50m,AB/2(max)為200m,共完成電測(cè)深點(diǎn)59個(gè)。在地形條件允許的部位采用地震折射波法,道間距為10m,最大炮檢距為150m,布置測(cè)線(xiàn)長(zhǎng)度為660m。采用量板法與經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法相結(jié)合對(duì)電測(cè)深曲線(xiàn)進(jìn)行定量解釋,采用等T0法對(duì)地震折射資料進(jìn)行解釋。依據(jù)電測(cè)深法及地震折射法解釋結(jié)果,給出巖土層的物性參數(shù)。綜合分析,劃分地層,繪制出物探地質(zhì)縱斷面。2.3物探物探勘察手段基本上是利用地層的物性差異來(lái)間接獲取地質(zhì)信息的方法。與鉆探相比較,具有進(jìn)場(chǎng)容易、成本較低、勘察周期短的特點(diǎn),其缺點(diǎn)是直接獲得的是地層某一方面的物性參數(shù),用以解譯分析地層時(shí),具有多解性,必須有鉆探資料作為參照進(jìn)行驗(yàn)證或修正。因此,主要被運(yùn)用于初勘階段,而在施工圖設(shè)計(jì)階段則為鉆探的補(bǔ)充手段之一。物探方法多種多樣,可根據(jù)隧道地質(zhì)條件及勘察的目的任務(wù)選取,如為了查明非深埋隧道巖土分界面、圍巖中是否存在破碎帶,可采用淺層地震折射波法;如為獲得巖體的彈性特征值、巖體完整性系數(shù),可采用鉆孔聲波測(cè)井。當(dāng)?shù)卣鹂碧桨l(fā)現(xiàn)有明顯的溶洞或大的地質(zhì)構(gòu)造時(shí),應(yīng)進(jìn)行綜合物理勘探,以供相互驗(yàn)證。三、隧道工程地質(zhì)條件分析評(píng)價(jià)中值得注意的問(wèn)題隧道工程地質(zhì)條件分析評(píng)價(jià)的內(nèi)容應(yīng)包括一切可能影響隧道工程安全的地質(zhì)問(wèn)題。除了對(duì)隧址區(qū)已有的工程地質(zhì)問(wèn)題認(rèn)真分析評(píng)價(jià)外,還應(yīng)研究環(huán)境工程地質(zhì)問(wèn)題與隧道工程之間的相互關(guān)系,以及隧道建設(shè)可能誘發(fā)的環(huán)境及環(huán)境工程地質(zhì)問(wèn)題。例如,粵湘高速公路博羅至深圳段水澗山隧道和石鼓隧道下穿銀屏山自然保護(hù)區(qū),須考慮隧道建設(shè)過(guò)程中的地下水排放對(duì)自然保護(hù)區(qū)植被、景觀的影響。對(duì)于山嶺隧道而言,主要的工程地質(zhì)問(wèn)題包括滑坡、膨脹巖、斷裂構(gòu)造及斷層破碎帶、高初始應(yīng)力、偏壓?jiǎn)栴}、高地溫、巖溶、放射性、有毒有害氣體等,當(dāng)隧道通過(guò)存在上述某種或幾種工程地質(zhì)問(wèn)題并存的地段時(shí),就必須對(duì)其進(jìn)行分析研究評(píng)價(jià)。(1)滑坡:由于隧道洞身不應(yīng)在滑坡、錯(cuò)落體內(nèi)穿過(guò),如必須通過(guò)此類(lèi)地段時(shí),應(yīng)使洞身埋置在錯(cuò)落體或滑動(dòng)面以下一定深度的穩(wěn)固地層中,因此,需重點(diǎn)查明滑坡滑動(dòng)面位置、產(chǎn)狀,才能為設(shè)計(jì)確定隧洞位置提供依據(jù)。(2)膨脹巖:多見(jiàn)于粘土巖、頁(yè)巖、泥質(zhì)砂巖;伊利石含量大于20%。重點(diǎn)研究膨脹性巖的分布產(chǎn)狀、膨脹潛勢(shì),分析評(píng)價(jià)其對(duì)隧道工程安全和穩(wěn)定性的影響。(3)斷裂構(gòu)造及斷層破碎帶:重點(diǎn)研究大型斷裂構(gòu)造是否為活動(dòng)斷裂,如為活動(dòng)斷裂應(yīng)避開(kāi)。隧道還應(yīng)盡量避開(kāi)斷層破碎帶,特別是含水豐富的破碎帶,必須穿越時(shí),隧道應(yīng)與之垂直或大角度斜交通過(guò),并應(yīng)提醒設(shè)計(jì)施工方做好支護(hù)及排截水措施,預(yù)防出現(xiàn)坍塌、避免富水破碎帶出現(xiàn)突水涌泥現(xiàn)象造成安全事故。(4)高初始應(yīng)力:巖體初始應(yīng)力對(duì)隧道圍巖的穩(wěn)定性有較大影響,特別是高初始應(yīng)力的存在。高初始應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致隧道洞壁巖體在開(kāi)挖過(guò)程中時(shí)有餅化、巖爆等不良現(xiàn)象的發(fā)生,造成隧道成洞性差。高初始應(yīng)力主要存在于埋深大、構(gòu)造作用強(qiáng)烈的隧道。因此,對(duì)于深埋隧道應(yīng)通過(guò)地應(yīng)力測(cè)試結(jié)果按公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范判定是否存在高初始應(yīng)力地段。(5)偏壓?jiǎn)栴}:主要出現(xiàn)在埋深較淺的隧道。根據(jù)隧道走向與地形等高線(xiàn)相交情況判定,如隧道傍山而設(shè),走向與地形等高線(xiàn)平行或小角度斜交,隧道外側(cè)洞壁較薄,將出現(xiàn)偏壓?jiǎn)栴}。偏壓會(huì)降低圍巖穩(wěn)定性。(6)高地溫:地溫高低與埋深有關(guān),隨埋深增大而遞增。因此高地溫主要出現(xiàn)在深埋隧道。對(duì)于深埋隧道應(yīng)研究地溫隨埋深升溫情況以及是否出現(xiàn)高地溫現(xiàn)象。(7)巖溶:應(yīng)重點(diǎn)查明洞身不同地段的巖溶發(fā)育程度和分布規(guī)律、巖溶洞穴的形態(tài)規(guī)模、含水特性、巖溶水富水程度、補(bǔ)給排泄條件。分析評(píng)價(jià)隧道場(chǎng)地的適宜性、隧道圍巖的穩(wěn)定性、巖溶水對(duì)隧道安全和穩(wěn)定性的影響及在施工和營(yíng)運(yùn)時(shí)產(chǎn)生的危害。(8)放射性:主要針對(duì)花崗巖等巖漿巖類(lèi)地區(qū)及存在放射性物質(zhì)地區(qū)的隧道。(9)有毒有害氣體:應(yīng)查明有毒有害氣體的含量、壓力、性質(zhì),并判斷其對(duì)隧道施工、營(yíng)運(yùn)的影響。隧道通過(guò)地區(qū)一般位于山區(qū)丘陵地帶,地質(zhì)情況復(fù)雜多變,應(yīng)采用綜合勘探的方法進(jìn)行勘