長崗隧道綜合勘察技術分析

■李 陽

（福建省交通規(guī)劃設計院，福州 350004）

0 引言

近年來隨著我省高速公路的快速發(fā)展，高速公路的建設已延伸至地形、地質條件復雜的山區(qū)。為了克服地形和高程上的障礙，改善公路平面線型、提高車速、縮短里程、節(jié)省時間、避免山區(qū)公路的各種病害，高速公路修建隧道是非常必要的，而地質條件復雜的深埋長隧道更是山區(qū)高速公路勘察中的重點及難點。

本文結合福壽高速公路長崗隧道勘察的工作實例，闡述多種勘察方法在山區(qū)深埋長隧道勘察中的應用。

1 工程概況

長崗隧道位于位于壽寧縣犀溪鄉(xiāng)武溪村境內(nèi)，隧道穿越山體，為雙洞分離式隧道，隧道凈空 （寬×高）為10.25×5.0m，隧道右洞長2404m，設計樁號YK47+935.00～YK50+339.00；隧道左洞長2398m，設計樁號ZK47+935.00～ZK50+333.00，最大埋深約270m。進口洞門型式為削竹式，出口洞門型式為端墻式。

2 隧址區(qū)工程地質條件

2.1 地形地貌

隧道屬于低山丘陵地貌，地形起伏變化大，下穿S202省道、數(shù)條沖溝，在K49+400右側沖溝下游202m處有一小水庫，水庫長約 160～180m，寬約 20～25m，水深約5～10m，庫容量約1.5～1.8萬 m3，為際坑村及乾尾村引用水水源，該水庫上游小溪沖溝距隧道深度約80m。隧道進口側坡度約 28～32°，進口處地面高程 467～509m，出口側坡度約 33～42°，出口處地面高程 480～510m，隧道軸線最高點高程784m，相對高差約317m。隧道沿線坡體較穩(wěn)定，坡面植被發(fā)育，主要為茶園、水田、雜樹等。

2.2 地質構造和地震

測區(qū)地質構造背景復雜，構造形跡較為特殊，顯示出以北東向斷裂為主，北西及南北向斷裂次之的構造格架。本隧道斷層較為發(fā)育，根據(jù)地質測繪、淺層地震物探、大地電磁物探及鉆探成果，隧址區(qū)發(fā)育有6條斷層及5條節(jié)理密集帶，對洞身圍巖級別影響明顯。根據(jù)《福安至壽寧（閩浙界）高速公路線路工程地震安全性評價報告》可知，擬建線路工程中硬場地地震動峰值加速度為0.05g，抗震設防烈度為6度，中硬場地地震動加速度反應譜特征周期位于0.35s。

2.3 地層巖性

根據(jù)工程地質調繪及鉆探成果表明，本隧址場區(qū)表層為第四系（Q4ml）素填土層，第四系（Qel-dl）殘坡積土層，下伏白堊系小溪組（K1x1）凝灰質砂巖、凝灰質（泥質）粉砂巖、凝灰質礫巖，白堊系泰順組（K2ts1）砂礫巖、硅質巖等。隧址區(qū)縱斷面示意圖見圖1。

2.4 不良地質

隧道場址區(qū)K48+140～K48+240段地表見有厚0.5～2.5m人工填土，成份主要為碎石，結構較松散，為S202省道筑路開挖的棄渣，其對隧道進口的穩(wěn)定性有一定影響，施工時應加強支護，其他未見滑坡、崩塌、泥石流、采空區(qū)、巖溶等其它大型不良地質作用。

2.5 水文地質條件

擬建隧道位于當?shù)厍治g基準面之上，山坡坡體較陡，地形起伏較大，隧址區(qū)地表穿越多條山凹沖溝，沖溝內(nèi)大多發(fā)育溪流且常年流水，現(xiàn)分述如下：

（1）K49+300地表沖溝距隧道深度約115m，流量約185m3/d；

圖1 長崗隧道工程地質縱斷面示意圖

（2）K49+565地表沖溝距隧道深度約80m，流量約200m3/d，其下游410m處有一小水庫，水庫容水量約1.5～1.8萬m3，為際坑村及乾尾村引用水水源，水庫標高為524.5，隧道洞頂標高為477.3；

（3）K50+050地表沖溝距隧道深度約50m，流量約86.5m3/d。

另外，隧址區(qū)地表見有多個泉點：

①K49+200右120有一泉水，為下降泉，流量約6.90m3/d；

②K49+270右30有一泉水，為下降泉，流量約1.90m3/d；

③ZK49+530左15有一泉水，為下降泉，流量約10.30m3/d。

隧址區(qū)地下水按埋藏條件及賦存介質不同主要有：

①基巖風化網(wǎng)狀孔隙～裂隙水，賦存于第四系坡殘層底部及碎塊狀強風化巖層的網(wǎng)狀裂隙中，對洞身圍巖及開挖影響較小，主要對隧道進、出口圍巖及施工有影響。

②基巖構造裂隙水，根據(jù)鉆孔抽水試驗結果分析：含水層的滲透性和地下水的補給條件較好，出水量較大，隧道施工時應做好防排水工作。

勘察期間地下水水位埋深1.35～25.5m。進出洞口附近測得地下水水位埋深處于洞頂標高以上，地下水對隧道開挖有一定影響，隧道施工時應加強排水措施。

3 綜合勘察技術應用

本隧道勘察采用了工程地質調繪、鉆探、淺層地震、EH4大地電磁法、孔內(nèi)聲波測試、地應力測試、鉆孔水位恢復試驗、抽注水試驗、室內(nèi)巖土試驗等多種勘察手段。

3.1 工程地質調繪

在區(qū)域地質資料的基礎上，對擬建隧道兩側250m范圍內(nèi)（不良地質、特殊巖土路段和地質構造發(fā)育路段，根據(jù)實際情況需要時，應擴大測繪范圍），進行精度1∶2000工程地質測繪工作，了解沿線主要地質條件，發(fā)現(xiàn)和研究關鍵性的工程地質問題，促進不良地質勘探和測試工作的全面進行。

本次測繪累計完成1∶2000帶狀工程地質調繪約1.5km2，地質調繪點128個。

3.2 物探

本隧道采用大地電磁法對隧道縱軸線進行測試 （大地電磁成果見圖2），采用淺層地震法對兩側洞口段進行測試，并采用鉆孔孔內(nèi)聲波測井法計算隧道圍巖巖體的完整性指數(shù)。

本隧道勘察累計完成EH4大地電磁法4640m，淺層地震1315m，孔內(nèi)聲波測試10孔，共477點。

圖2 長崗隧道YK48+160～YK50+320高頻大地電磁測深解釋斷面圖

3.3 鉆探、測試及試驗

在工程地質測繪、物探解譯基礎上，對隧址區(qū)的構造帶、富水帶、物探異常帶、重要巖性段進行鉆探工作量布置，在此基礎上進行孔內(nèi)聲波測試、鉆孔水位恢復試驗、抽注水試驗、室內(nèi)巖土試驗，全面獲取洞身各巖性段地質信息。

本隧道勘察共布置鉆孔14個，總進尺824.69m。其中大于100m的隧道洞身鉆孔4個，最深鉆孔CQ2228孔深180.05m，水位恢復觀測7次，抽、注水試驗7孔。室內(nèi)試驗完成土樣3組，巖樣17組，水樣8組。

4 勘察成果

通過對隧址區(qū)合理有序的綜合地質勘察，查明了長崗隧道的工程地質條件，成果分述如下：

（1）圍巖地層成果

根據(jù)工程地質調繪、鉆孔及室內(nèi)試驗結果，隧道圍巖總體以白堊系小溪組（K1x）中-微風化晶屑熔結凝灰?guī)r、中-微風化凝灰質砂巖為主，局部（K50+080～K50+260）圍巖以凝灰質粉砂巖為主，且有泥質粉砂巖夾層。凝灰質粉砂巖、泥質粉砂巖工程地質性質較差，該巖性段隧道圍巖級別應考慮適當降低。隧道出口段（K50+260～K84+300）位于小溪組與泰順組巖性接觸帶，帶內(nèi)巖石破碎，該段隧道圍巖級別也應考慮適當降低。

此外，YK49+000至出洞口附近，巖層產(chǎn)狀為310～330°∠25°，對該段右側洞壁穩(wěn)定不利，施工時應加強支護。

（2）地質構造成果

根據(jù)工程地質測繪、物探成果，隧址區(qū)發(fā)育有6條斷層及5組裂隙密集帶，并根據(jù)鉆探成果相互驗證，通過對各構造、裂隙密集帶的性質及巖芯情況綜合分析，確定構造帶、裂隙密集帶及其影響帶圍巖級別為Ⅳ-Ⅴ級。

（3）水文成果

本隧道地下水主要為基巖裂隙水及構造裂隙水。地表水主要溝谷溪水，其中K49+300、K49+565、K50+050等3處溝谷水量較大。此外，隧址區(qū)K49+572處沖溝下游410m處有一小水庫，庫容水量約1.5～1.8萬m3，為際坑村及乾尾村引用水水源，水庫標高為524.5，隧道洞頂標高為477.3，水庫標高高于隧道，隧道施工時應對K49+300～K49+600段加強超前預報工作，適時加固處理，防止地表水沿斷層、裂隙密集帶滲入至隧道，隧道施工對該水源影響大，應做好供給水措施。

本次隧道勘察采用兩種方法對隧道涌水量進行預測，一是根據(jù)鐵道部《鐵路工程水文地質勘察規(guī)程》中的地下水動力學法，分別采用古德曼經(jīng)驗公式和佐藤邦明經(jīng)驗公式預測隧道單洞最大涌水量和正常涌水量。二是根據(jù)《水文地質手冊》及《鐵路工程水文地質勘察規(guī)范》中水均衡理論的降水入滲法計算隧道涌水量，綜合兩種計算結果，建議該隧道單洞正常涌水量4510m3/d。

（4）擬建隧道埋深最大埋約270m，深部圍巖主要為晶屑熔結凝灰?guī)r、凝灰質砂巖等，屬較軟巖-較硬質巖石，層理較發(fā)育，據(jù)大地電磁法（EH4）資料，低阻特征較明顯，對于應力釋放較有利，發(fā)生巖爆的可能性相對較小。

（5）據(jù)鉆孔揭露巖體的堅硬程度和波速測試結果，參照巖石飽和單軸極限抗壓強度（Rc）及物探測井的巖體的完整性（Kv），結合地下水、節(jié)理裂隙、圍巖應力狀態(tài)等對圍巖的影響。按照《公路隧道設計規(guī)范》（JTG D70-2004）進行隧道圍巖的分級。隧道洞身圍巖級別劃分為Ⅱ-Ⅴ級，其中Ⅱ級圍巖約占12.8%，Ⅲ級圍巖約占44.5%，Ⅳ級圍巖約占30.2%，Ⅴ級圍巖約占12.5%。

5 不利地質條件

通過對長崗隧道勘察成果的綜合分析，隧址區(qū)存在諸多對隧道建設不利的地質條件，分述如下：

（1）擬建隧道圍巖以火山-沉積巖為主，巖性復雜多變，其中泥質粉砂巖等為軟弱夾層，且發(fā)育不利的層理產(chǎn)狀，對隧道洞壁穩(wěn)定不利，其圍巖級別應適當降低。

（2）擬建隧道進口段見松散碎石填土堆積，對其穩(wěn)定性不利，施工時應加強支護。

（3）隧址區(qū)水文地質條件復雜，地表溝谷水量大，多見泉點。另外，隧址區(qū)有一小水庫，標高高于洞頂，且F23斷層可能具連通作用，該段隧道可能發(fā)生集中涌突水災害。隧道施工時應加強該段超前預報工作，適時加固處理，防止地表水沿斷層、裂隙密集帶滲入至隧道。

（4）隧址區(qū)發(fā)育多條構造破碎帶及裂隙密集帶，除影響隧道圍巖穩(wěn)定外，可能具有地表水與隧道的連通作用，對隧道施工影響較大。隧道施工中應加強現(xiàn)場監(jiān)控量測和超前地質預報工作。

6 結論

山區(qū)高速公路隧道地形地質條件復雜多變，應把工程地質調繪及水文地質調查作為重點，在與電法、地震波法、電磁波法為一體的綜合物探方法相互驗證的基礎上，合理布置鉆孔，同時進行孔內(nèi)測試及室內(nèi)試驗，形成"體-面-線-點"式的綜合勘察結果，最后提出隧道設計和施工中應注意的巖土工程問題及處理措施建議。

[1]福建省交通規(guī)劃設計院.福安至壽寧（閩浙界）高速公路A6合同段工程地質勘察報告[R].2013.

[2]福建地震地質工程勘察院.福安至壽寧（閩浙界）高速公路線路工程地震安全性評價報告[R].2012.

[3]中華人民共和國交通部.JTG C20-2011，公路工程地質勘察規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2011.

[4]中華人民共和國交通部.JTG D70-2004，公路隧道設計規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2004.