隧道復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下的巖土工程勘察與評價研究

楊長民

（濟南市勘察測繪研究院，山東 濟南 250101）

巖土工程勘察是隧道工程設(shè)計和施工的先行軍，正確、詳盡的巖土工程勘察成果對整個的項目的規(guī)劃、投資、設(shè)計、施工、后期的維護等方面起著不可估量的指導(dǎo)作用，不僅能夠保證項目的安全開展，還可以有效節(jié)省施工工程量、節(jié)省投資、降低施工成本。隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，國家開始大力發(fā)展道路網(wǎng)的建設(shè)，道路也逐漸向著地質(zhì)環(huán)境更加復(fù)雜的區(qū)域延伸，巖土工程主要包括巖體工程和土體工程[1]。在隧道施工前，首先需要對隧道工程的地基強度、變形程度、穩(wěn)定性等進行準(zhǔn)確的評價和計算，從而為后續(xù)的設(shè)計與施工提供有力的數(shù)據(jù)支撐，因此工程勘查的結(jié)果對于工程建設(shè)而言具有十分重大的影響。由于復(fù)雜工程環(huán)境的巖土工程勘查通常是在野外未知的環(huán)境中進行，因此在實際巖土工程勘察中，常常會存在勘查缺乏規(guī)范性、地下水位測量不準(zhǔn)、勘查數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確等。對此本文開展在復(fù)雜工程環(huán)境巖土工程勘察與評價研究。

1 隧道復(fù)雜工程環(huán)境巖土工程勘察

復(fù)雜工程環(huán)境的巖土工程勘察是對需要開挖隧道所在區(qū)域的地質(zhì)環(huán)境進行詳細的調(diào)查和分析，從而讓隧道的設(shè)計及施工人員可以更加充分的了解被開挖地區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征、地貌地形特點以及不良地質(zhì)問題等，從而更加準(zhǔn)確的在復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境中判斷的地下水的發(fā)育情況，并對巖體分級進行準(zhǔn)確的劃分（確定巖體的破碎程度及結(jié)構(gòu)裂隙的具體分布位置）[2]。采用地質(zhì)勘查中當(dāng)前先進的技術(shù)及手段，嚴(yán)格按照巖土工程勘察的實用性原則，對復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境的巖土工程開展工程物探[3]、地質(zhì)測繪、巖層鉆探等勘查流程，下面本文將針對以上流程進行詳細的論述。

1.1 工程物探

工程物理勘探是在地質(zhì)體的各種物理力學(xué)性質(zhì)均未受到破壞的條件下，進行的一種較好的原位測試方法，它比室內(nèi)試樣的試驗更能客觀的反映地質(zhì)體工程性狀的基本特征。在隧道工程勘察中，已在地質(zhì)界線、斷層、巖溶、隧道圍巖級別劃分中得到廣泛應(yīng)用，工程物理勘探的方法簡單、快速、經(jīng)濟、易大面積進行施測，在巖土工程勘探中，已成為一種重要的輔助手段。根據(jù)場區(qū)工程地質(zhì)特征，結(jié)合不同工程的技術(shù)要求和不同物探方法的特點與適用范圍，選擇相應(yīng)的不同的物探方法，以求取得較好的物探效果。主要采用以下2種探測方法。

1.1.1 探地雷達探測

主要物探設(shè)備為LTD2100型和RIS-K2型高精度探地雷達，能夠初步查明該場區(qū)范圍內(nèi)覆蓋填土層和強風(fēng)化層、強風(fēng)化層和中風(fēng)化層分界面的深度和變化情況。

探地雷達利用高頻電磁波(主頻為數(shù)十兆赫至數(shù)百兆赫以至千兆赫)以寬頻帶短脈沖形式，由地面通過天線T送入地下，經(jīng)地下地層或目的體反射后返回地面，為另一天線R所接收。

1.1.2 跨孔電磁波CT法

在地球物理特征和試驗成果的基礎(chǔ)上進行資料的解釋，表現(xiàn)在成果圖上有如下特征：強度高、堅硬完整的巖石介質(zhì)中，電磁波的穿透能力較強，吸收系數(shù)較?。蝗鐜r層受到巖溶發(fā)育等破壞時，其對電磁波的吸收能力增強，吸收系數(shù)變大，與完整巖石間存在較大的地球物理差異。因此，在巖石介質(zhì)中具備電磁波CT探測巖溶的地球物理前提。

鉆孔電磁波CT，測試共有定點發(fā)射、水平同步和斜同步三種觀測方式，發(fā)射和接收點距根據(jù)孔間介質(zhì)的吸收系數(shù)的變化范圍和振幅衰減規(guī)律而定。甲孔發(fā)射、乙孔接收完成后，對調(diào)過來進行乙孔發(fā)射和甲孔接收工作，構(gòu)成一完整的測試剖面。

正式采集數(shù)據(jù)前，應(yīng)根據(jù)兩鉆孔的孔距、孔深及兩孔間的巖體完整性進行選頻，即選擇采集的最佳頻率，利用采集到的數(shù)據(jù)繪制數(shù)據(jù)頻率曲線，然后抽出最佳頻率曲線，建立相應(yīng)頻率的數(shù)據(jù)文件。

1.2 地質(zhì)測繪

地質(zhì)測繪的主要目的是為了對待測定的區(qū)域的地貌結(jié)構(gòu)特征、地形特征等各個方面進行更加充分地調(diào)查，并結(jié)合調(diào)查結(jié)果更加科學(xué)的對巖土的地貌進行劃分，從而使勘查人員更好的掌握復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境中巖土的實際厚度、成因以及年代等信息[4]。

在進行地質(zhì)測繪時應(yīng)當(dāng)根據(jù)巖土巖層的風(fēng)化程度，對土層采取新近沉積土的劃分方法。在實際地質(zhì)測繪中，巖土體類型可分為兩種，一種為松散巖土類型，一種為碎屑巖夾雜碳酸鹽巖層類型。其中第一種類型的巖土體主要是由粉質(zhì)黏土、黏性土夾雜碎塊組成，該類型巖土層之間常常會出現(xiàn)發(fā)育土洞且存在發(fā)育良好的下伏碳酸鹽巖溶，因此具有十分豐富的巖溶水。對于這一類型的巖土體在對其進行施工時應(yīng)當(dāng)注意，在施工過程中采用人為抽水方式進行可能會造成該區(qū)域出現(xiàn)塌陷問題。屑巖夾雜碳酸鹽巖層中包含碳質(zhì)頁巖、加透鏡狀灰?guī)r、鈣質(zhì)泥頁巖等巖土性，該類型巖土體巖質(zhì)相對較軟，因此力學(xué)性能也相對較低，在該類型巖土體上進行大量澆灌會造成其軟化問題產(chǎn)生。因此在實際施工前應(yīng)當(dāng)根據(jù)地質(zhì)測繪的結(jié)果開展不同方式的施工任務(wù)。

1.3 巖層鉆探

在使用鉆探技術(shù)進行巖土工程勘察時，可采用XY-180型的臺式鉆機。為了確保砂土及黏性土層有較高的采取率。在鉆探過程中還可結(jié)合先進的鉆探技術(shù)，例如采用回轉(zhuǎn)鉆進、泥漿護壁、植物膠護壁等手段，使整個鉆探工作的質(zhì)量提高[5]。操作人員還應(yīng)當(dāng)對鉆探整個過程中進行充分的觀察，并準(zhǔn)確的描述出巖土層的宏觀特征，并將各項內(nèi)容進行記錄，從而在工程施工前充分掌握鉆探巖土層相關(guān)結(jié)構(gòu)的分布情況，并為更好的探究巖土物理、力學(xué)性質(zhì)提供條件，保證復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境巖土工程勘查的順利進行。

2 隧道復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境巖土工程評價

首先按照勘探區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害的危險性、周圍地質(zhì)環(huán)境等問題，確定對巖土工程的評價指標(biāo)。結(jié)合目前所能達到的施工技術(shù)，本文選擇將環(huán)境污染、地質(zhì)災(zāi)害、生態(tài)破壞三個方面作為評價的準(zhǔn)則層指標(biāo)；將水環(huán)境污染、大氣環(huán)境污染、噪聲環(huán)境污染、塌陷、滑坡、地裂縫、自燃、植被破壞、水土流失等作為基礎(chǔ)評價指標(biāo)。

由于在復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境中，影響巖土工程施工的因素較多，因此本文上述確定的評價指標(biāo)與環(huán)境等級之間存在著較為模糊的關(guān)系。在單環(huán)境因素模糊綜合評價方法的基礎(chǔ)上，對巖土工程整體對環(huán)境的影響進行模糊評價，從而得出總體影響程度上的評價結(jié)果。

首先根據(jù)環(huán)境污染指標(biāo)對巖土工程進行評價。巖土工程在勘探區(qū)域內(nèi)的排水量可根據(jù)公式（1）進行計算。

公式（1）中，Q(a)表示為排水量；a表示為該區(qū)域原始排水量；i表示為排水次數(shù)。根據(jù)公式（1）計算出隸屬于二級標(biāo)準(zhǔn)的隸屬度從而得到工程區(qū)域內(nèi)排水水質(zhì)構(gòu)成的模糊關(guān)系矩陣，再由專家確定相應(yīng)的權(quán)重，從而到的水污染的最終評價結(jié)果。

其次，再從地質(zhì)災(zāi)害的角度評價巖土工程，確定地質(zhì)災(zāi)害的因子各個權(quán)重，再由專家進行打分，確定模糊矩陣，如公式（2）所示：

公式（2）中R表示為模糊矩陣。根據(jù)矩陣確定地質(zhì)災(zāi)害評價結(jié)果。同理，再由專家打分從生態(tài)環(huán)境角度對巖土工程進行評價。最終根據(jù)最大隸屬度原則，確定復(fù)雜工程環(huán)境巖土工程的評價結(jié)果，隸屬度越大則說明巖土工程對于這一類影響加大，勘查人員應(yīng)當(dāng)根據(jù)評價結(jié)果及時更換工程施工方法從而將保證巖土工程的順利進行。

3 結(jié)語

復(fù)雜的工程地質(zhì)環(huán)境會對巖土勘察工作的結(jié)果造成影響，在實際勘查過程中，勘查人員應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照相關(guān)技術(shù)的要求，并結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H情況進行。同時在勘查過程中還應(yīng)當(dāng)結(jié)合先進的地質(zhì)勘查技術(shù)，制定相應(yīng)的勘查方案，加強對勘查人員的安全管理工作，從而在保證安全的前提下，進一步提高巖土工程勘查的質(zhì)量和效率，從而保障隧道工程的施工進度和施工質(zhì)量，為安全生產(chǎn)保駕護航，完成國家大力加強建設(shè)、完善道路運輸網(wǎng)體系的宏偉藍圖。