論公路隧道工程的地質(zhì)勘探技術(shù)

◎ 遼寧工程勘察院 賈玉馥 韓衛(wèi)平

公路工程建筑在地殼表面，是一種延伸很長(zhǎng)的線形建筑物，通常要穿越許多自然地質(zhì)條件十分不同的地區(qū)。公路隧道有山嶺隧道和河底隧道之分，公路隧道的建設(shè)不僅受地質(zhì)因素的影響，也受許多地理因素的影響。因此，為了正確處理其與自然條件的關(guān)系，充分利用有利條件，避免或改造不利條件，必須進(jìn)行公路隧道工程的地質(zhì)勘探工作，為公路工程的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和施工提供依據(jù)和指導(dǎo)。

1 公路隧道工程地質(zhì)問(wèn)題

以山嶺隧道為例，山嶺隧道是修建在天然地層中的建筑物，它從位置選擇到具體設(shè)計(jì)，直到施工，均與地質(zhì)條件有密切關(guān)系。地質(zhì)條件包括巖層、地質(zhì)構(gòu)造、巖層產(chǎn)狀、裂隙發(fā)育程度及風(fēng)化程度，隧道所處深度及其與地形起伏的關(guān)系，地層含水程度、地溫及有害氣體情況，有無(wú)不良地質(zhì)現(xiàn)象及其影響等。基于此，在隧道的勘察設(shè)計(jì)中，應(yīng)十分注意工程地質(zhì)工作。對(duì)重點(diǎn)隧道或工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件復(fù)雜的隧道，應(yīng)進(jìn)行區(qū)域性的工程地質(zhì)調(diào)查、測(cè)繪，并加強(qiáng)地質(zhì)勘探和試驗(yàn)工作。當(dāng)?shù)叵滤畬?duì)隧道影響較大時(shí)，應(yīng)進(jìn)行地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)，并計(jì)算隧道涌水量。隧道工程地質(zhì)勘探通常采用以鉆探為主，輔以電探或震探的方法。鉆孔位置一般在隧道中線兩側(cè)8～10m。鉆孔深度一般應(yīng)達(dá)路線標(biāo)高以下2～5m。隧道勘探中主要關(guān)注的地質(zhì)問(wèn)題有：（1）隧道位置與洞口位置的選擇；（2）地下水、地溫及有害氣體；（3）隧道圍巖的穩(wěn)定性。

2 地質(zhì)勘探要點(diǎn)

公路隧道工程地質(zhì)勘察的階段劃分是與設(shè)計(jì)階段的劃分是相一致的。一定的設(shè)計(jì)階段需要相應(yīng)的巖土工程勘察工作?？辈祀A段可分為可行性研究勘察、初步勘察和詳細(xì)勘察?？尚行匝芯靠辈鞈?yīng)符合選址或確定場(chǎng)地要求；初步勘察應(yīng)符合初步設(shè)計(jì)或擴(kuò)大初步設(shè)計(jì)要求；詳細(xì)勘察應(yīng)符合施工圖設(shè)計(jì)要求。對(duì)工程地質(zhì)條件復(fù)雜、工程規(guī)模大，且缺乏經(jīng)驗(yàn)的建設(shè)項(xiàng)目，應(yīng)根據(jù)初步設(shè)計(jì)審批意見(jiàn)，在技術(shù)設(shè)計(jì)階段，根據(jù)需要有針對(duì)性地進(jìn)行巖土工程勘察工作。

2.1 可行性研究階段

工程可行性研究勘察主要是了解勘察項(xiàng)目所在地的工程地質(zhì)特征、各工程方案的一般地質(zhì)條件與控制工程方案的主要地質(zhì)問(wèn)題，為擬定路線走向、橋位、隧道工程方案的比選及編制可行性研究報(bào)告等提供地質(zhì)資料。在工程可行性研究中，需進(jìn)行踏勘工作，對(duì)各個(gè)可能方案作沿線實(shí)地調(diào)查，并對(duì)大橋、隧道、不良地質(zhì)地段等重要工點(diǎn)進(jìn)行必要的勘探（如物探），大致探明地質(zhì)情況。

2.2 初勘階段

物探的測(cè)區(qū)一般不超過(guò)測(cè)繪范圍，但對(duì)物探解釋有參考、對(duì)比價(jià)值的內(nèi)容應(yīng)進(jìn)行勘測(cè)追蹤，其范圍可不受上述所限。在測(cè)區(qū)內(nèi)，測(cè)線的方向、間距及測(cè)點(diǎn)的疏密、激發(fā)點(diǎn)與接收點(diǎn)的距離與布置形式，應(yīng)按物探方法并結(jié)合地形條件等因素選定。分離式隧道原則上沿隧道軸線縱向至少應(yīng)布置物探測(cè)線2～3條，兩洞口布置橫測(cè)線各2條；測(cè)線長(zhǎng)度和測(cè)點(diǎn)間距應(yīng)視隧道長(zhǎng)度、地質(zhì)條件而定。整體式隧道可視地質(zhì)條件適當(dāng)增加縱、橫測(cè)線。不同的地質(zhì)體或構(gòu)造類型，要有2～3條物探測(cè)線穿過(guò)，每條測(cè)線的測(cè)點(diǎn)至少在3個(gè)以上，地質(zhì)情況復(fù)雜時(shí)可適當(dāng)加密。根據(jù)隧道埋深和下伏巖體特性，合理選用物探手段，對(duì)深埋隧道可選用高分辨率反射法。對(duì)煤層、礦體、采空區(qū)、溶洞、斷裂等特殊構(gòu)造，可選用磁力、重力測(cè)量等多種物探手段進(jìn)行綜合勘探。對(duì)于水下隧道，可采用電火花法、聲脈沖轟震器、旁側(cè)掃描聲納進(jìn)行水底地形探測(cè)的地層。

2.3 詳勘階段

在此階段，應(yīng)對(duì)初勘時(shí)未能查明的地質(zhì)條件或沿隧道軸線方向有復(fù)雜地質(zhì)問(wèn)題的地段進(jìn)行物探，以達(dá)到進(jìn)一步查明和補(bǔ)充、校核之目的。一般應(yīng)根據(jù)隧道所在地區(qū)的地形、地質(zhì)條件選擇適當(dāng)?shù)奈锾椒椒?。山區(qū)巖質(zhì)隧道一般應(yīng)先進(jìn)行地震勘探，沿隧道軸線至少布置一條地震測(cè)線，測(cè)點(diǎn)間距以10～20m為宜；若發(fā)現(xiàn)有地質(zhì)構(gòu)造時(shí)，局部應(yīng)加密。兩洞口應(yīng)布置橫測(cè)線，測(cè)點(diǎn)間距為5m；若洞門或洞身發(fā)現(xiàn)有溶洞或其他構(gòu)造破碎帶，應(yīng)適當(dāng)加作橫測(cè)線和加密測(cè)點(diǎn)。

當(dāng)高速公路為上下行時(shí)，隧道一般應(yīng)當(dāng)作兩座單獨(dú)隧道進(jìn)行勘探，地質(zhì)條件簡(jiǎn)單、無(wú)構(gòu)造影響、巖性單一的短小隧道可當(dāng)作一座隧道布置勘探工作。用聲波法測(cè)定巖體的彈性縱波波速時(shí)，宜同時(shí)測(cè)定巖體的彈性橫波波速，以求得巖體的彈性特征值。除測(cè)定巖體彈性波速外，還應(yīng)測(cè)定巖石試件的彈性波速，以求得巖體的完整性系數(shù)，判定圍巖的破碎程度。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。當(dāng)采用電探時(shí)，一般沿隧道軸線布設(shè)一條主測(cè)線，在主測(cè)線兩側(cè)20m各布一條平行測(cè)線，測(cè)點(diǎn)間距以為宜。洞口一般布置橫測(cè)線，測(cè)點(diǎn)間距以10～30m為宜。水下隧道物探，應(yīng)在先查明水域內(nèi)水底地形、水深、流速等情況下再?zèng)Q定采用何種物探手段，一般宜進(jìn)行綜合物探?？睖y(cè)主線宜沿隧道軸線兩側(cè)布設(shè)，一般不得少于2條，橫測(cè)線一般應(yīng)沿順?biāo)鞣较虿荚O(shè)，不宜少于3條，測(cè)點(diǎn)間隔比陸上物探適當(dāng)加密。

3 測(cè)試項(xiàng)目及注意事項(xiàng)

3.1 地應(yīng)力測(cè)試

地應(yīng)力測(cè)試一般采用水壓致裂法，其他方法可作為補(bǔ)充。巖體內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)不盡相同，宜采用應(yīng)力試驗(yàn)并結(jié)合構(gòu)造分析和巖組分析的方法來(lái)確定主應(yīng)力方向。

3.2 綜合測(cè)試

配合鉆孔進(jìn)行綜合測(cè)井，主要包括聲波測(cè)井和放射性測(cè)井等，通過(guò)從不同方面測(cè)試來(lái)獲得隧道圍巖工程地質(zhì)、水文地質(zhì)的各項(xiàng)參數(shù)。對(duì)于巖質(zhì)隧道應(yīng)利用聲波法、地震勘探法等綜合物探方法來(lái)測(cè)得圍巖巖體、巖石縱波速、橫波速，而求得圍巖動(dòng)彈性模量、靜彈性模量、泊松比等物理、力學(xué)指標(biāo)。土質(zhì)隧道應(yīng)結(jié)合鉆探進(jìn)行動(dòng)力觸探、靜力觸探來(lái)求得土的密實(shí)程度和透水性能，作為其他勘探資料的補(bǔ)充。

3.3 水文地質(zhì)測(cè)試

對(duì)于隧道鉆探，一般要求工程地質(zhì)勘探孔與水文地質(zhì)試驗(yàn)孔綜合考慮，地質(zhì)勘探孔終孔以后可進(jìn)行井中測(cè)流或作為水文地質(zhì)試驗(yàn)的觀測(cè)孔；當(dāng)鉆探孔終孔以后發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)有大量的地下水，應(yīng)考慮布設(shè)專水文地質(zhì)勘探孔和觀測(cè)孔進(jìn)行專門水文地質(zhì)工作，求得各項(xiàng)水文地質(zhì)參數(shù)。水下隧道應(yīng)分層進(jìn)行井中測(cè)流試驗(yàn)。

3.4 巖土的物理力學(xué)試驗(yàn)項(xiàng)目

除特殊規(guī)定外，其一般要求按《公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》的附錄F規(guī)定辦理。

3.5 水質(zhì)分析試驗(yàn)

每座隧道應(yīng)從對(duì)隧道有影響的主要含水層內(nèi)取水樣1～3組進(jìn)行水質(zhì)分析試驗(yàn)。試驗(yàn)項(xiàng)目應(yīng)滿足生活、工程、消防用水的評(píng)價(jià)。

4 工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

4.1 方案比選

對(duì)各個(gè)隧道方案，從地質(zhì)角度比較論證。論證隧道的安全性、穩(wěn)定性、合理性等；其次進(jìn)行綜合論證，從整體式路基、分離式路基、橋梁、洞外接線合理性、經(jīng)濟(jì)性等進(jìn)行綜合分析、論證比選。

4.2 圍巖評(píng)價(jià)

從圍巖的強(qiáng)度、變形性、裂隙發(fā)育的情況，巖體完整性、水文地質(zhì)條件、抗風(fēng)化情況、彈性波速等方面進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)，以定性評(píng)價(jià)為主，以定量評(píng)價(jià)為輔。

4.3 水文地質(zhì)條件評(píng)價(jià)

預(yù)測(cè)隧道分段涌水量大小，論證地下水對(duì)隧道的影響程度、方式、大小，隨季節(jié)變化規(guī)律等。

4.4 環(huán)境地質(zhì)評(píng)價(jià)

評(píng)價(jià)隧道修建對(duì)周圍地質(zhì)環(huán)境破壞程度以及帶來(lái)的環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題；隧道開(kāi)挖降低地下水后對(duì)周圍工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響和居民生活的影響等。對(duì)隧道工程、生活、消防用水等的水泥、水量、運(yùn)距、取水方式、水質(zhì)等做出評(píng)價(jià)。

綜合以上評(píng)價(jià)結(jié)果，得出結(jié)論和建議。

5 結(jié)束語(yǔ)

公路隧道地質(zhì)勘探是公路建設(shè)的重要組成部分，是減少工程投資、提高建設(shè)效益的最為有效的公路建設(shè)形式。地質(zhì)勘探報(bào)告是隧道工程設(shè)計(jì)和施工的重要依據(jù)。因此，加強(qiáng)對(duì)地質(zhì)勘探技術(shù)的研究對(duì)于我國(guó)的公路建設(shè)事業(yè)具有重要意義，而且它在一定程度上決定了我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展的快慢。在實(shí)際勘探過(guò)程中，公路隧道地質(zhì)勘探企業(yè)對(duì)每一項(xiàng)勘探數(shù)據(jù)都要進(jìn)行雙重復(fù)核，切實(shí)保證勘探數(shù)據(jù)的有效性。