淺談綜合勘察在隧道深埋構(gòu)造探知中的應(yīng)用

代云山

長大隧道勘察工作一直是山區(qū)鐵路工程地質(zhì)勘察中的重點(diǎn),而由于山區(qū)鐵路穿越地形地貌變化大,構(gòu)造發(fā)育錯(cuò)綜復(fù)雜,植被茂密,基巖露頭覆蓋嚴(yán)重等原因,深埋構(gòu)造性質(zhì)的探知便成了長大隧道工程地質(zhì)勘察中的難點(diǎn)。以往比較單一的勘察手段未能取得很好的效果,給深埋構(gòu)造影響程度的判定帶來了不小的影響。

綜合勘察方法是進(jìn)行深埋構(gòu)造探知工作的有效方法,利用各種勘察手段的優(yōu)勢(shì),可以相互指導(dǎo)、相互驗(yàn)證、取長補(bǔ)短,能夠避免各個(gè)勘察手段局限性影響,達(dá)到勘察目的。

1 工程概況

青云山隧道起于福建省永泰縣嶺路鄉(xiāng)后坑壟村,穿越青云山國家4A級(jí)風(fēng)景區(qū)和老鷹山國家生態(tài)保護(hù)區(qū),經(jīng)莆田市大洋鎮(zhèn)孝池村、蓮峰村,止于莊邊鎮(zhèn)泮洋村,202省道縱貫全段,交通較為方便。該隧道為雙洞單線隧道,左線進(jìn)出口里程 DK491+267～DK513+428,隧道長22.161 km。為了詳細(xì)查明隧道深埋構(gòu)造的工程地質(zhì)條件,綜合運(yùn)用遙感判釋、工程地質(zhì)調(diào)繪、綜合物探、鉆探、水文試驗(yàn)、綜合測井等多種勘察方法,取得了較好效果。下面就對(duì)本隧道F9斷層的勘察過程作詳細(xì)論述。

2 構(gòu)造空間分布的確定

2.1 物探遙感判釋與工程地質(zhì)調(diào)繪

通過對(duì)1∶50 000區(qū)域地質(zhì)資料,及1∶10 000遙感判釋的分析,找到了F9斷層的平面分布位置,宏觀上了解了該斷層的走向分布,對(duì)隧道的影響范圍,初步確定了其對(duì)應(yīng)的線路大致里程。

根據(jù)前部工作,對(duì)測區(qū)進(jìn)行 1∶10 000及1∶2 000比例尺的野外工程地質(zhì)調(diào)繪工作,并對(duì)區(qū)調(diào)、遙感判釋成果進(jìn)行核實(shí)、補(bǔ)充。通過現(xiàn)場的工程地質(zhì)測繪工作,確定該斷層的真實(shí)分布里程為DK502+230,斷層帶內(nèi)見擠壓扁豆體,擠壓擦痕,綠泥石化、碳酸鹽化蝕變及石英巖脈充填。初步測量斷層產(chǎn)狀:150°∠69°,屬壓扭性斷層,地表匯水面積大。

2.2 物探

根據(jù)工程地質(zhì)測繪成果,有針對(duì)性的布置震探測線,通過其彈性波速及高密度等視電阻率的異常情況,推測淺層部位構(gòu)造的分布情況[1]。從基巖的彈性波速來看,DK502+215～DK502+245段波速異常,由前后圍巖的4.0 km/s～4.3 km/s降到2.7 km/s;從高密度顯示圍巖異常范圍在DK502+200～DK502+250段。通過物探,驗(yàn)證了遙感及測繪成果,在綜合分析以上成果的基礎(chǔ)上,推測構(gòu)造的淺層部位空間分布情況大致為:于DK502+210～DK502+245段與線路接近正交,傾向線路大里程方向,視傾角約為70°,據(jù)此布置機(jī)動(dòng)鉆探進(jìn)行驗(yàn)證及修正。

2.3 鉆探

根據(jù)地質(zhì)測繪及物探成果所推測的構(gòu)造淺層分布情況,于構(gòu)造范圍以外距上盤邊界11.5 m(DK502+256.5里程)處布置機(jī)動(dòng)鉆探,進(jìn)行驗(yàn)證。通過鉆探資料顯示,孔深39.5 m～49.9 m處遇到構(gòu)造破碎帶,石英細(xì)巖脈充填,蝕變現(xiàn)象明顯。根據(jù)鉆孔至上盤邊界距離及此處構(gòu)造的埋深情況,可以準(zhǔn)確地計(jì)算出斷層的實(shí)際視傾角為74°。

3 構(gòu)造深埋部位工程性質(zhì)的探知

3.1 綜合測井

根據(jù)測井資料統(tǒng)計(jì)結(jié)果,隧道圍巖巖體彈性縱波速度4.08 km/s～4.13 km/s,破碎帶巖體彈性縱波速度 1.98 km/s;地溫梯度 2.1°/100 m,屬正常地溫區(qū);孔內(nèi)最高自然放射性強(qiáng)度為13.4 γ,自然活度 37.5 Bq,為正常背景值,無放射性危害;水位14.80 m,由井液電阻率測井反映,無明顯含水層存在[1]。

3.2 水文試驗(yàn)及計(jì)算

結(jié)合鉆探、綜合測井資料,對(duì)斷層破碎帶在鉆孔內(nèi)進(jìn)行分段壓水試驗(yàn)并進(jìn)行涌水量計(jì)算。將斷層破碎帶視為含水體,采用地下水動(dòng)力學(xué)法古德曼經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算破碎帶涌水量,對(duì)斷層破碎帶富水程度進(jìn)行判定。判定的標(biāo)準(zhǔn)按TB 10049-2004鐵路工程水文地質(zhì)勘察規(guī)程。隧道與陡傾斜的含水層或富水?dāng)嗔褞С收环较虼┻^[2](見圖1)。

其流進(jìn)隧道的涌水量可按下式計(jì)算:

其中,h1,h2分別為補(bǔ)給區(qū),排泄區(qū)假象隔水層面以上潛水流的深度,m;l1,l2分別為隧道中心至補(bǔ)給區(qū)及排泄區(qū)的距離,m,l1=l2=2S+0.25S;D為隧道的寬度,m,單線10.2 m,雙線14.3 m;B為隧道穿過含水層的長度,m;S為水位下降值,m;K為巖石滲透系數(shù),m/d。

利用上式對(duì)斷層富水程度計(jì)算判定,如表1所示。

表1 斷層破碎帶正常涌水量計(jì)算表

通過計(jì)算數(shù)據(jù)顯示,斷層處導(dǎo)水性較好,屬強(qiáng)富水段。斷層影響寬度內(nèi)為散體結(jié)構(gòu),圍巖穩(wěn)定性差,隧道施工可能產(chǎn)生涌水、掉塊、坍塌。

4 結(jié)語

通過遙感、工程地質(zhì)測繪、物探、鉆探等勘察手段的綜合運(yùn)用,查明了F9斷層構(gòu)造淺層及深埋部位的性質(zhì)特征及空間分布狀態(tài);在此基礎(chǔ)上,通過綜合測井及水文試驗(yàn)的方法,查明了該構(gòu)造及附近圍巖深埋部位的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)特征。為隧道設(shè)計(jì)收集到了翔實(shí)、可靠的原始資料,成功完成了深埋構(gòu)造的探知工作,取得了較好的效果。經(jīng)過這一階段工作,我認(rèn)為:

1)在山區(qū)長大隧道的工程地質(zhì)勘察中,綜合運(yùn)用多種勘察手段進(jìn)行深埋構(gòu)造的探知工作,是行之有效的方法。2)運(yùn)用遙感判釋、工程地質(zhì)測繪、綜合物探及機(jī)動(dòng)鉆探相結(jié)合的辦法確定深埋構(gòu)造的空間分布狀態(tài),再利用綜合測井及水文試驗(yàn)手段進(jìn)行其工程性質(zhì)的探知工作,這樣的工作順序是合適的。3)在深埋構(gòu)造工程性質(zhì)探知工作中,遙感判釋、地質(zhì)測繪、物探(震探、高密度)、鉆探等勘察手段,按照由前往后的順序可以起到指導(dǎo)作用,按照由后往前的順序可以起到驗(yàn)證及修正的作用。4)各種勘察手段都有其局限性,勘察工作中,采用綜合勘察方法,并相互驗(yàn)證比對(duì),可以獲得更可靠的工程地質(zhì)資料。5)綜合勘察方法在青云山隧道以及向莆鐵路其他長大隧道深埋構(gòu)造性質(zhì)探知工作中得以有效運(yùn)用,收到了很好的效果。

[1] 鐵道部第一勘測設(shè)計(jì)院.鐵路工程地質(zhì)手冊(cè)[M].北京:中國鐵道出版社,2007:678-686.

[2] TB 10049-2004,鐵路工程水文地質(zhì)勘察規(guī)程[S].