建议将“风险隧道专项地质调查”列入《铁路工程地质勘察规范》

2014-11-27邓谊明

铁道标准设计 2014年1期

邓谊明

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，武汉 430063)

宜万铁路的岩溶地质复杂程度国内外罕见，潜伏着重大地质灾害，存在突发性地质风险，施工期间适时增加了“风险隧道专项地质调查”，有效规避风险，保证施工安全，取得较好效果，文献［1］中建议将“风险隧道专项地质调查”列入《铁路工程地质规范》(于国标TB10012—2001 J124—2007《铁路工程地质勘察规范》的“9、施工阶段工程地质工作”中，增加“9.2、风险隧道专项地质调查”。)，现就此，谈谈一些看法，供讨论。

1 将“风险隧道专项地质调查”列入《铁路工程地质勘察规范》(以下简称“《规范》”)的必要性

(1)“以人为本”、“保护环境”等，已成为经济建设可持续发展的重要原则，铁路建设也不例外。复杂地质的长大隧道，因工程的控制性、重要性以及地质灾害的高风险性，要求有更高的安全保障，安全施工、保护环境是工程顺利建成的必要条件。将“风险隧道专项地质调查”列入《规范》，是工程建设安全形势的需要。

(2)地质特别复杂而造成高潜势风险(地质灾害风险和施工安全风险)的“I级风险隧道”，其灾害复杂、风险大，尽管努力按正常程序勘察、竭尽全力精心选线、设计，也难以完全躲避所有的灾害地质，只能权谋遵循“避重就轻”、“两害相权取其轻”的原则进行权衡比较，选择相对较好的线路方案和隧道位置。可见“I级风险隧道”最终仍然不可避免会留下某些地质风险和地质隐患。这些在勘察设计阶段是难以完全解决的，只能在施工阶段针对客观存在的重大风险地质问题，及时开展“风险隧道专项地质调查”，以便尽快落实灾种、灾情、致灾范围、成灾风险，统筹谋划应对方略、制定防范措施、组织有序安全施工，才能最大限度地避免灾害的发生，达到事半功倍的预期目的。因此，将“风险隧道专项地质调查”列入《规范》是规避施工风险、确保施工安全的必要举措。

(3)“Ⅰ级风险隧道”的“风险隧道专项地质调查”的合适时机，应是在施工期间，“隧道部分(或大部)已施工，但存在高风险地质灾害地段仍未开挖”的时候。此时，施工图设计已对风险地段的地质灾害做出了预评估;其时，隧道已施工了相当一部分，揭露、验证了大量地质，获取了大量有价值的地质信息，有利于对仍未开挖的、存在高风险灾害地质的地段筹谋“风险隧道专项地质调查”实施计划，落实“风险隧道专项地质调查”的实施，有的放矢地详查、判识关键问题，使其更好达到“未雨绸缪”的预期目标;同时还可充分利用施工便道、场地、水电设施等便利的外部条件，有利于深入开展专项地质调绘、勘探(特别是深孔勘探)、试验、观测等的试验研究;实现“风险隧道专项地质调查”、隧道洞内施工地质调查同时进行、相互支撑，共同构成隧道施工地质的组成部分。其成果与设计阶段的勘察成果、隧道施工地质成果连接，形成连续的、丰富的地质信息链，深化对灾害地质的判识能力，指导施工地质调查及施工地质预报，实现信息化施工，落实安全施工措施，增加施工安全阀值。

(4)在未施工开挖、存在重大地质灾害风险的地段，开展“风险隧道专项地质调查”，与“隧道施工地质调查”相结合的综合地质调查，实现多渠道(洞内、洞外、地表、地下等)、多空域、有目的、有针对性地、最大限度地收集地质信息，有利于提高调查效果、提高对复杂地质的判断水平、提高对复杂地质的掌控、驾驭能力;有利于深化施工地质预报效能，提高施工地质预报准确率，规避地质灾害，为施工安全保驾护航。

2 “风险隧道专项地质调查”列入《规范》的界定

列入《规范》实施的“风险隧道专项地质调查”，应有严格的采纳条件，需慎重界定，若“泛滥”，则失去列入《规范》的意义。

2.1 “风险隧道专项地质调查”对象的选择

地质复杂的长大隧道可能存在高风险灾害地质类型主要有:复杂岩溶及大突水、软岩大变形、高地应力、放射性、有害气体、高地温等，其危害及风险程度见表1。

表1 “风险隧道专项地质调查”的对象

从表1可知，复杂岩溶及大突水、软岩大变形的灾害地质类型潜在凶险的地质灾害，持续威胁施工安全。以上述风险地质类型构成的“Ⅰ级风险隧道”宜作为“风险隧道专项地质调查”的对象。?

2.2 “风险隧道专项地质调查”的范围界定

“I级风险隧道”的“风险隧道专项地质调查”的范围，应依据其调查目的，以及风险地质可能涉及的地质构造、水文地质单元(含灾害突水补给面积)、致灾边界、成灾空域等，同时考虑满足技术要求、工程安全施工的实际需要确定。

2.3 “风险隧道专项地质调查”审批程序

“风险隧道地质专项调查”立项→“风险隧道专项地质调查”对象及专题选择→制定技术要求、实现目标等→经专业鉴定及主管审批→按审查批复意见实施。

3 “风险隧道专项地质调查”要点

“风险隧道专项地质调查”，应充分分析和利用前期勘察设计和已施工的地质成果，紧紧抓住与风险地质直接有关的专项地质问题深入调查、研究。多数都会以“复杂岩溶及大突水”、“软岩大变形”风险地质类型构成的“Ⅰ级风险隧道”作为“风险隧道专项地质调查”的对象。权以此实施“风险隧道专项地质调查”为例，概略简介调查要点。

3.1 复杂岩溶及大突水构成的“Ⅰ级风险隧道”的“风险隧道专项地质调查”要点

3.1.1 基本任务

(1)充分掌握岩溶发育的基本特征和规律:不同地层岩性对岩溶发育程度的制约规律;不同地质构造对岩溶发育的三维空间展布管控特征;岩溶水交替循环对岩溶发育类型、强度、深度的控制作用等。

(2)揭示隧道岩溶、岩溶水的赋存特征、与隧道周边岩溶水文地质环境的内在联系，并进一步明晰:①岩溶水类型及其发育、富集规律;②岩溶水的补给、运移、流场、排泄特征;隧道突水类型及其与周边岩溶水的联系状态、与相关水体的相关关系。

(3)判定隧道突水的补给来源及其动态变化规律;确定突水补给范围内的降雨入渗→运移→突水的路径(溶隙管道、暗河)，并在长期观测的基础上建立“降雨－时间－突水量”的相关关系(回归方程)，揭示降雨转换成突水的内在规律。

(4)有根据地评估隧道突水和施工排水对环境的影响;长期排水(施工、营运排水)条件下，提出对现时环境的不利影响和长期发展的预测;分别提出相应的防范、处理措施。

3.1.2 专项地质调绘、物探、观测、试验、深孔勘探

(1)专项地质调绘

根据上述基本任务开展各项地质调绘，其调绘重点如下所述。

①前期的勘察成果因客观条件所限，难免存在定量评价的某些缺憾，专项地质调查应有所深入，特别是应着重对相关重大风险地质问题进行详细的调查研究，尽力做出可信度高的定量评价。

②水文地质调查应着重岩溶突水类型、规模、控制因素、突水规律的调查和勘探;加强进行突水后产生的水文地质变化观测;强化进行与突水相关的降雨、补给范围、补给网络、管道径流的运移路径、突水量等相关关系的观测，并建立观测体系、揭示它们内在相关规律。

③进行长期突水、排水条件下，产生环境改变的长期调查和观测。

④专项地质调绘，应地表、地下(施工隧道洞内)相结合。

(2)物探

①施工阶段的“风险隧道专项地质调查”根据需要，充分发挥物探轻便、获取地质信息快捷的长处，适当先行进行，为下部勘察提供有价值的异常信息。

②物探探查范围以风险地质涉及的地域为中心，适当涵盖风险地质所在的次级地质构造单元、水文地质单元;以岩溶、突水等风险地质及其涉及的相关地质问题为主要探查对象，针对性地选择物探方法，见表2。

表2 物探主要方法的选择

③充分利用隧道施工场地和揭露的地质成果，详细测定、校核不同地质类型及其物性参数，提高物探探查精度，更合理地进行地质解释，为隧道专项地质调查发挥作用，更好地为施工地质服务。

(3)观测

岩溶水文地质观测在前期勘察阶段观测成果的基础上，充分利用原有观测站、点和设施，考虑专项地质调查的需要，按需增设、更新观测布点、统筹观测要求，主要观测项目列于表3。

表3 水文地质主要观测

(4)试验

试验项目应满足“专项地质调查”要求，满足对岩溶突水危害、规避风险评价需要，主要项目列于表4。

(5)深孔勘探

深孔勘探兼具“从表及里(达深部)连续揭露探查、综合试验、有效验证、长期观测”等多项功能，是“风险隧道专项地质调查”重要的一环。深孔数量和位置的选择，应在地质调查、物探、观测、试验成果基础上，综合研究、慎重抉择。深孔应布设在关键地段、风险地质的孕育和好发地段，以期解决关键问题;钻孔数量取决于风险地质地段的地质复杂程度和专项地质调查的需要;其深孔勘探主要要求列于表5。

表4 岩溶突水相关的试验

表5 岩溶突水风险地质深孔勘探主要要求

3.2 软岩、极软岩大变形构成的“Ⅰ级风险隧道”的“风险隧道专项地质调查”要点

3.2.1 基本任务

隧道软弱围岩一般容易产生变形，但产生软岩大变形(塑性变形)则需具备:存在围岩岩体强度低的同时还存在足够大的地应力;在高地应力作用下，超过软岩、极软岩岩体抗剪强度极限时，产生塑性变形(蠕变)。此种变形具有变形量大、速度快、持续时间长、破坏范围广、支护破坏形式多样等特征，严重制约隧道施工安全、造价和工期，构成隧道重大危害。因此，软弱岩体的分布、强度及其伴随的地应力，是评价软岩大变形的关键因素，也是该类型“风险隧道专项地质调查”的基本任务。

(1)详细进行地层岩性分层划分，测定不同岩性段的岩体强度量级。

(2)区划不同岩性分层地段、测定其不同埋深等条件下的地应力量级。

(3)判定产生软岩大变形的区域(地段)，综合评价软岩大变形的形成特征、危害程度和处理措施。

3.2.2 专项地质调绘、物探、观测、试验、深孔勘探

(1)专项地质调绘

由于“软岩大变形”而实施“风险隧道专项地质调查”的长大隧道，因软岩分布范围广，勘察阶段对岩性分层划分得很细有相当难度，一般以类均质岩体作为勘察对象，从宏观圈定软岩的产出、分布状态;比较概略性、代表性地判断地应力强度;因此，留有进一步细化的空间。施工期间专项地质调绘有条件深入调查，补充其不足。

①通过详细的专项地质测绘，通过洞内、洞外地层剖面的实际测量与区域标准地层剖面进行对比，深孔钻探揭露地层的详细编录等进行综合地层分析对比，进一步详细划分地层，尽量将“软岩、极软岩、软岩与极软岩互层”区别划分，分别圈定它们分布区段。

②调查地质构造特征、断层(特别是大型断层)分布及其破碎岩体性态特征、破裂结构面切割特征(岩体结构调查)，进行构造岩体的稳定分析。

③根据不同的岩性、不同埋深区段，测试地应力，并进行相关分析(地质构造残余应力、垂直应力及其综合应力场条件下的岩体变形特征等)。

(2)物探、试验

①“软岩、极软岩、软岩及极软岩互层”以及其中的断层，它们的物性差异都较小，物探难以取得满意的效果，但通过弹性波勘探的纵波速度量级，可间接判断岩体强度状态，提供参考信息。

②按“软岩、极软岩、软岩与极软岩互层”的岩性分段，分别采集代表性岩体样本送验(岩矿鉴定、强度试验)，确定其岩体强度。

③地应力测试:测试点的分布和数量，应满足地应力评价需要;深孔内地应力测试一般采用“水压致裂法”，隧道洞内(开挖支洞作为测试工作室)采用“应力解除法”测试。

(3)深孔勘探

软岩大变形地区的专项地质调查，以地质测绘为主，深孔钻探完成验证、试验(地温及地温梯度、水文等)、监测任务。

通过深孔钻探揭露地层、进行岩性分层划分，探查构造，探明断层，判别破裂面密集切割带，采集样本进行强度试验;进行地应力测试等。

专项地质调查阶段补充增加的深孔，应充分利用原有勘察阶段的深孔，其增加的数量和分布，应满足“风险隧道专项地质调查”任务的要求。

4 结语

(1)地质特别复杂的“Ⅰ级风险隧道”有别于一般风险隧道，潜伏着重大地质灾害，犹如埋伏的定时炸弹，存在巨大安全风险，施工举步维艰，始终担心事故发生于偶然的突发机会中，一旦暴发将造成人身伤亡和不可逆转的环境灾难，不但造成重大经济损失，还将造成政治影响，安全形势要求强力做好施工安全保障。已有“风险隧道专项地质调查”实践证明，实现规避地质风险效果明显，是一项加强施工安全保障的必要举措，将其列入《规范》促其发挥应有的作用。

(2)选择、确定“风险隧道专项地质调查”的对象，一般宜选择地质特别复杂、安全形势严峻的“Ⅰ级风险隧道”;调查专题应瞄准“高风险灾害地质”。

(3)列入《规范》后，通过《规范》对“风险隧道专项地质调查”的启动审批程序、调查研究对象(含专题)、技术标准、组织审查验收等做出统一要求，以规范实施，使该项工作有序、有效地开展。

［1］邓谊明.长大复杂岩溶隧道防避地质灾害的调查模式［J］.铁道工程学报，2012(9):18-23.

［2］中华人民共和国铁道部.TB10012—2007/J124—2007 铁路工程地质勘察规范［S］.北京:中国铁道出版社，2007.

［3］陈毅敏.宜万铁路复杂岩溶隧道施工地质预报特色［J］.铁道工程学报，2011(2):95-102.

［4］胡子平.复杂山区铁路宜昌万州线综合选线设计［J］.铁道标准设计，2010(8):33-37.

［5］苗德海，马涛，王伟，等.宜万铁路隧道工程特点及设计对策［J］.铁道标准设计，2010(8):56-61.

［6］苗德海，马涛，王伟，等.宜万铁路复杂岩溶隧道动态设计［J］.铁道标准设计，2010(8):52-56.

［7］张梅，等.宜万铁路岩溶断层隧道修建技术［M］.北京:科学出版社，2010.

［8］邓谊明.圆梁山隧道毛坝向斜有关岩溶水文地质问题的浅见［J］.铁道工程学报，2002(1):42-46，54.

［9］邓谊明，汪继锋.八字岭隧道牛鼻子暗河示踪试验成果分析［J］.铁道勘察，2007(3):11-14.

［10］沈继方，等.清江流域岩溶研究［M］.北京:地质出版社，1996.