隧道工程地質(zhì)調(diào)查中觀測(cè)點(diǎn)的應(yīng)用及勘察路線的選擇

王 凱

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，陜西西安 710043)

1 觀測(cè)點(diǎn)的基本概念

1.1 地質(zhì)觀測(cè)點(diǎn)的定義

在野外進(jìn)行觀測(cè)、描述地質(zhì)現(xiàn)象的地點(diǎn)。

1.2 地質(zhì)觀測(cè)點(diǎn)的分類

地貌觀測(cè)點(diǎn)，不良地質(zhì)觀測(cè)點(diǎn)，特殊巖土觀測(cè)點(diǎn)，地層觀測(cè)點(diǎn)，構(gòu)造觀測(cè)點(diǎn)。

1.3 觀測(cè)點(diǎn)布置原則

在地質(zhì)構(gòu)造線、地層接觸線、巖性分界線、標(biāo)準(zhǔn)層位和每個(gè)地質(zhì)單元體應(yīng)有地質(zhì)觀測(cè)點(diǎn);地質(zhì)觀測(cè)點(diǎn)的密度應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地的地貌、地質(zhì)條件、成圖比例尺和工程要求等確定，并應(yīng)具代表性;

地質(zhì)觀測(cè)點(diǎn)應(yīng)充分利用天然和已有的人工露頭，當(dāng)露頭少時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體情況布置一定數(shù)量的探坑或探槽;

地質(zhì)觀測(cè)點(diǎn)的定位應(yīng)根據(jù)精度要求選用適當(dāng)方法;地質(zhì)構(gòu)造線、地層接觸線、巖性分界線、軟弱夾層、地下水露頭和不良地質(zhì)作用等特殊地質(zhì)觀測(cè)點(diǎn)，宜用儀器定位。

2 勘察規(guī)劃的原則及勘察路線的選擇

在一條山區(qū)鐵路長大隧道的調(diào)繪中，切忌像無頭蒼蠅一樣，漫無目的，為圖平面美觀，機(jī)械性的沿線路兩邊開展調(diào)繪工作。思維模式化，爬洞身、穿大溝，不顧客觀條件，沒有充分研究區(qū)域地質(zhì)資料，這種沒有針對(duì)性的工作安排，往往延誤了勘察期限，還解決不了問題。

線路周圍的空間是立體的，不能單從平面上確定所做的觀測(cè)點(diǎn)和線路之間的距離遠(yuǎn)近，而且即使較近的觀測(cè)點(diǎn)，投影到線路上的距離可能更遠(yuǎn)。巖層的分布和構(gòu)造的變化是復(fù)雜的，但可以明確一點(diǎn)，推測(cè)的距離越長，填繪精度的離散性就越大。所以調(diào)查的目的，或者說我們追求的目標(biāo)，就是縮短這個(gè)投影距離，從而提高圍巖劃分的精度(如圖1所示)。

圖1 投影分析

把線路周圍的空間看做一個(gè)圓柱體，假如層面垂直于線路方向，那么線路正上方，與線路距離為R的觀測(cè)點(diǎn)，與線路同一水平面上所做的，與線路距離為R的觀測(cè)點(diǎn)，投影到線路上的距離是一樣的，均為R。但是從平面上看，一個(gè)點(diǎn)在線路上，另一個(gè)與線路的距離為R?？此聘挠^測(cè)點(diǎn)，其利用效率并不一定高，而且山頂基巖受物理風(fēng)化作用的影響，往往比山下溝內(nèi)出露的基巖嚴(yán)重，所反映的產(chǎn)狀變異性較大，耗費(fèi)的人力和時(shí)間卻更多。在此基礎(chǔ)上，如果巖層的產(chǎn)狀與線路的關(guān)系發(fā)生變化，那么投影的距離也會(huì)改變，且有很多種可能性。再考慮到實(shí)際地形地貌的不同，要想做出一系列更具代表性的觀測(cè)點(diǎn)，制定合理的勘察規(guī)劃，是非常重要的，往往可以達(dá)到事半功倍的效果。正確的勘察規(guī)劃，應(yīng)該是在充分分析了區(qū)域地質(zhì)資料，或者前期勘察成果的前提下，考慮線路與地層產(chǎn)狀、地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系后制定。大致分以下幾種情形。

2.1 地層走向與線路大角度相交(如圖2)

圖2 地層走向與線路大角度相交

這種情況下，如果想調(diào)查清楚地層的接觸關(guān)系，劃清地層界線，就應(yīng)該著重沿路線1、2、3開展調(diào)查工作，即地層穿越法。而路線4則作為輔助驗(yàn)證手段。而在路線1、2、3之間的側(cè)重點(diǎn)上，根據(jù)地形地貌，巖層傾角大小等因素，還需分析后決定。

(1)巖層傾角較陡

坡度較緩的地形:線路與洞頂?shù)木嚯x，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于線路到兩側(cè)溝谷的距離，如圖3所示，那么，毫無疑問，應(yīng)選擇路線3，即隧道洞身的地層穿越法為宜，既精確又直觀。

圖3 巖層傾角較陡

坡度較陡的地形:線路與洞頂?shù)木嚯x，大于線路到兩側(cè)溝谷的距離，如圖4所示，那么，無論從安全性還是從精確性上，我們都應(yīng)該把側(cè)重點(diǎn)放在線路兩邊的地層穿越法上。

圖4 坡度較陡

當(dāng)然，這幾種方法是相輔相成的，為了調(diào)查清楚線路與地層的接觸關(guān)系，進(jìn)行大面積的調(diào)繪是必不可少的，但是如果把有限的精力和時(shí)間，放到更具代表性和準(zhǔn)確性的路線上，必然會(huì)達(dá)到事半功倍的效果。

(2)巖層傾角較緩

如果巖層的傾角十分平緩，洞身上所做的觀測(cè)點(diǎn)，有很大可能投影不到線路上，對(duì)于查清地表的地層接觸關(guān)系尚可，但對(duì)于查清地層與線路的接觸關(guān)系，提供合理的圍巖分級(jí)依據(jù)則意義不大(如圖5所示)。

圖5 巖層傾角較緩

其中T、P、C三個(gè)時(shí)期的地層，傾角平緩，與隧道洞身并沒有交匯，以G－3號(hào)觀測(cè)點(diǎn)為界，往大里程方向，隧道洞身地表所做的觀測(cè)點(diǎn)，除了有助于分析地表的地層接觸關(guān)系，在隧道工點(diǎn)的設(shè)計(jì)中很難被利用上。而以G－3號(hào)觀測(cè)點(diǎn)為界，往小里程方向的隧道洞身地表，以及在線路兩側(cè)，線路高程附近所做的觀測(cè)點(diǎn)，才是劃分地層界線，提供工程參數(shù)的重要依據(jù)。因此，在大致掌握了地層分布與線路洞身的關(guān)系后，就應(yīng)該把側(cè)重點(diǎn)，放在這些真正需要仔細(xì)開展工作的地方。另外，在這種巖層傾角較平緩的情況下，利用觀測(cè)點(diǎn)投影到線路上時(shí)，投影的距離往往相對(duì)較遠(yuǎn)，精度很難得到保證。所以，在適當(dāng)?shù)奈恢?，合理的布置深孔鉆探是非常必要的。比如在C與D，D與 S，S與O之間的地層分界線附近，通過鉆孔揭示出地層界線的實(shí)際位置，為工程設(shè)計(jì)提供用力的依據(jù)。

2.2 地層走向與線路小角度相交(如圖6所示)

假如地層走向與線路以小角度相交，要想揭示準(zhǔn)確地層與線路的接觸關(guān)系是非常困難的。因?yàn)闊o論利用哪里的觀測(cè)點(diǎn)，推測(cè)的距離都相對(duì)較長，一旦產(chǎn)狀量測(cè)出現(xiàn)小錯(cuò)誤，或者投影錯(cuò)誤，都會(huì)造成大段落的圍巖劃分不符，損害投資方的利益且危害施工安全。調(diào)繪的范圍。利用地層穿越法，加強(qiáng)線路地質(zhì)橫剖面的分析，并研究橫剖面間的聯(lián)系。如果地層分布復(fù)雜，必要的時(shí)候，還要進(jìn)行走向追蹤法，建立縱向和橫向的聯(lián)系。并且在地層分布復(fù)雜的位置，或者地層分界的重要節(jié)點(diǎn)上，布置詳細(xì)的深孔鉆探及物探工作，為調(diào)查清楚線路的圍巖特征提供了充足的科學(xué)依據(jù)。

3 結(jié)論

圖6 地層走向與線路小角度相交

在西安—成都客運(yùn)專線漢中至省界段的勘察中，遇到了這種情況。我們開展了加深地質(zhì)工作，擴(kuò)大了

隧道填繪過程中，利用觀測(cè)點(diǎn)時(shí)，一定要采用正確的投影方法，避免人為的錯(cuò)誤導(dǎo)致圍巖級(jí)別劃分出現(xiàn)偏差?？睖y(cè)期間，充分考慮地形地貌條件，分析區(qū)域地質(zhì)特征，制定合理的勘察原則，規(guī)劃合理的勘察路線。布置物探及深孔任務(wù)前，大致填繪出理論上正確的縱斷面，明確勘探手段想要揭示的對(duì)象，可以更好地發(fā)揮勘探手段的效果。

［1］ 徐開禮，朱志澄．構(gòu)造地質(zhì)學(xué)(第二版)［M］．北京:地質(zhì)出版社，2006

［2］ 鐵道第一勘察設(shè)計(jì)院．鐵路工程地質(zhì)手冊(cè)［M］．北京:中國鐵道出版社，1999