综合地质勘察技术在山区申家坡隧道中的应用

李卫强,陈 林,高俊义

(1.中交集团第一公路工程局第六公司;2.中交第二公路勘察设计研究院有限公司)

0 引 言

申家坡隧道位于重庆市巫山县两坪乡溪沟村境内,为单向行驶分离式双洞公路隧道,呈 253°～259°展布,进口位于一近南北向冲沟的西侧斜坡上,出口位于北西向的冲沟—沙石沟东侧斜坡上。洞室净空2-10.25×5.0m,进洞口设计标高530.92m,出洞口设计标高487.23m;隧道最大埋深约235m,属长隧道。隧道双洞均为单向纵坡,其线路里程、设计路面标高、长度、纵坡关系见表 1。

表1 申家坡隧道详细勘察阶段设计方案

1 地质概况

隧道区属于岩溶剥蚀峰丛洼地中山地貌区,地形切割较大,高差 300～420m。隧道进口段位于第四系崩坡积层中,隧址区山体最高标高 1094.20m,山顶高程总体体现出由进洞至出洞方向其高程逐渐降低的趋势。隧道出口段则位于溶蚀洼地的东侧,地面高程605.0～623.2m。隧址区岩溶漏斗、落水洞较发育。

浅部岩石风化裂隙较发育,岩体完整性较差,深部节理裂隙局部发育。地表节理主要有三组,节理裂隙降低了隧道围岩稳定性。

2 综合地质勘察方法及其效果

为了准确查明隧道区的工程地质情况,使用了综合勘察的方法,即地调、综合物探、钻探、试验等,为了使各种勘察手段、方法有机结合,组成了各个专业组,在该项目组的统筹组织下,在地质调绘的基础上,提出各项工作任务的目的和要求及工作程序方法。

2.1 地质调绘

大面积地质调绘工作,是开展地质综合地质勘察的关键性工作。地质调绘的目的在于查明隧道区域范围内的地貌、地质条件,并结合区域地质资料,对隧道的稳定性适宜性作评价,且为工程地质物探、钻探、测试工作等的布置提供依据。

由于申家坡隧道地质条件复杂,通过调绘直接观察各种地质因素,分析和发现了各种地质问题,掌握该地区的地质规律,提出采用勘探的手段、方法,探查地质体中与工程有关的地层、岩性、构造、水文地质的重要定量参数。如F4断层(见表 2),通过地面调绘初步判断主断裂层的方位。由于地表大部被第四系覆盖,构造形迹出露不清,在调绘分析指导下,布置了四条物探测线,采用电法勘探和地震法勘探相结合,基本查清了断裂的走向、倾向和规模。结合地质调绘,同时又在孔内进行水文地质试验、物探测井、岩芯采集试验,最终取到该断层的一些定量参数,为隧道工程设计提供较为完整的地质资料。

通过大面积地质调绘填图,还发现该隧道通过大小断层3条(见表 2),对每条断层都进行了追踪、量测和分析,针对断层的发育特征和对隧道的影响程度,采取不同的勘探手段,首先使用了物探探查断层规模与位置、产状,对主要断层和与隧道相交且地下水发育区段,软质岩层较厚的地段采用钻探进行验证。各断层的基本性状、要素及与隧道工程的关系见表 2。

地质调绘是开展综合勘察的关键。该隧道勘察工作的最大特点,是在调绘方面组织了很大力量来进行的,对各种地质问题的解决都是在调绘的基础上正确指导配合运用各种勘察手段而取得的。

2.2 综合物探

通过大面积地质调绘对申家坡隧道地区的地层、岩性、构造格局、水文地质条件有了较全面认识的情况下,分析了与隧道工程有密切关系的主要工程地质问题。通过测绘提出勘探目的与手段后,物探采用了地震折射法,直流电阻率法的高密度电法,电测探法,综合测井法和室内岩芯测试等方法,开展了综合物探。

表2 隧道区断层要素表

利用地震折射法沿线路走向布置物探纵剖面 2条,利用高密度电法和电测探法在隧道进口段和出口段共布设横剖面 4条,此 6条剖面总长度 8340m。采用地震折射法的简单连续观测系统进行浅部完整基岩界面速度测定,按岩层倾角推延至洞身,并利用钻孔岩芯的弹性波速测试结果进行对比、统计。结合地质调绘和钻探情况,查明了覆盖层厚度,确定了 F4～F6各断层的走向、倾向入通过线路的位置与断层大致宽度。结合地质资料综合分析达到弹性波围岩分类的目的。采用高密度电法和电测探法并结合地质调绘和钻探工作,用差时距曲线法进行定量解释,查明了隧道进出口处地层的结构、各岩层的边界有风化程度、覆盖层厚度、岩体完整性等,并结合测试试验工作,为设计工作提供了相应的参数。通过综合测井法和室内岩芯测试以测岩体的波速,通过计算,确定了隧道围岩分级。

2.3 钻探

钻探是综合勘察中对地质调绘推断和物探解释成果的正确性最直接的检验手段,也是采集地质,水文地质参数的重要方法。

通过钻探,进一步准确的确定地质调绘和物探工作所指出的地质构造,并与地质调绘和物探工作相互验证,同时通过岩芯情况,准确的判断地层岩性,结合相关测试和试验,得出相应的地质参数。

水文地质试验对有地下水的钻孔都采用了多种方法进行了水文地质试验。其中使用的主要方法有以下几种。

(1)对所有钻孔用清水钻进,分层止水,分层进行三个降深的提、抽水试验,再选定较合适的方法进行参数计算。

(2)为提高水文地质试验精度,对部分钻孔采用了小口径、深井潜水泵和井中测流仪等专用设备,取得了明显的效果。

(3)同时使用了自然电位,放射性等几种测井方法,可直接了解含水层的准确位置。

通过钻机抽、提水试验,物理测井,水文地质调查等工作,查明了隧道地区地下水总的情况是:隧道中部和前部地段地下水较为发育,渗透系数大,涌水量占隧道总涌水量的一半以上;隧道的后部为厚层灰岩,构造节理不发育,岩体较完整,渗透系数小。其他在断层带附近地下水相对集中,随着沟谷发育地段的裂隙水将与隧道相通,雨季期会大幅度的增加。根据钻孔简易提水试验,岩层渗透系最小值为0.00065m/d,最大值为 0.094m/d,隧道一般涌水量约为4451～7233m3/d。所以雨季施工时,在断层破碎带可产生涌水、突水事故,应高度重视,并采取预防措施。雨季地下水对隧道施工影响较大

3 结 论

申家坡隧道所采用的地质综合勘察方法包含大面积地质调绘、综合物探、钻探和水文地质试验等,这些手段和方法起到互相验证、互相补充、取长补短,提高质量的作用,查明了隧道区地层岩性构造,水文地质情况,对稳定隧道方案,评价工程地质和水文地质条件,预测隧道可能出现的地质问题,并提出对策和提供设计资料等均取得良好效果。

综合地质勘察工作在山区申家坡隧道中的应用是成功的。结合综合地质勘察工作在山区鹰嘴岩隧道中的应用,若做综合地质勘察工作应注意以下事项。

(1)重点作好地质调绘工作。地质调绘工作是全面了解和掌握地区地质情况的一项宏观性的工作,是采用各种勘探手段方法的基础。因此地质调绘工作做得越深入细致,综合地质勘察工作的优势就能发挥的越好。

(2)多种勘探手段、方法有机结合。要针对勘察工点的地质条件合理选用各种勘探手段和方法,并把各种手段方法有机的结合起来,对所取得的各项资料进行综合分析才能发挥综合勘察的优越性,起到互相补充,互相验证,提高勘察质量和效率。

(3)充分作好物探与钻探的配合。应用物探成果进行地质分析来确定钻孔位置和提出钻探技术要求,又通过钻探成果进行物探资料的再解释,提高物探质量。

[1] 中交第二公路勘察设计研究院有限公司.国家重点公路杭州至兰州线重庆巫山至奉节段两阶段初步设计,2005,(4).

[2] 中交第二公路勘察设计研究院有限公司.杭州至兰州线重庆巫山至奉节段两阶段施工图设计,2006,(3).

[3] 中华人民共和国交通部.公路工程地质勘察规范(JTJ064-98)[M].北京:人民交通出版社,1999.

[4] 刘世凯,陆永清,欧湘萍.公路工程地质与勘查[M].人民交通出版社,1999.

[5] 李斌.公路工程地质[M].北京:人民交通出版社,2001.