岐山特长隧道综合勘察技术应用

■　林舟（福建省交通规划设计院，福州　350004）



岐山特长隧道综合勘察技术应用

■林舟
（福建省交通规划设计院，福州350004）

摘要本文以湄重高速公路莆田段岐山特长隧道为例，充分应用工程地质调查、物探、钻探、原位测试、水文试验、地应力测试等手段，在相互验证、综合分析各勘察资料基础上，得出了较为详实的勘察成果，为类似山区隧道的工程建设提供工程经验和借鉴。

关键词岐山隧道断裂构造涌水量综合勘察技术

0　引言

近年来随着福建省高速公路的快速发展，高速公路的建设已延伸至地形、地质复杂的山区，复杂地质条件下的深埋特长隧道勘察，成为高速公路勘察中的难点。

本文以湄重高速公路莆田段岐山隧道勘察工作为例，探讨多种勘察手段在山区深埋特长隧道勘察中的应用。

1　工程概况

岐山隧道位于莆田市涵江区庄边镇与仙游县游洋镇交界，隧道左线起止桩号为ZK76+074.0～ZK84+ 113.0，长8039m；右线起止桩号为YK76+079.0～YK84+ 123.0，长8044m。设计隧道为双洞分离式特长隧道，最大埋深约623m，净空14.5m×5.0m（宽×高）。进口洞门为削竹式、出口洞门为端墙式。

2　隧址区工程地质条件

2.1地形地貌

隧址区属低山地貌。沿洞轴线地形呈波状起伏，进洞口自然山坡坡度约23～27°；出洞口自然坡度约30～35°，洞身最高点海拔约935m。沟堑较发育，其中较大的有K77+710、K81+670、K82+420、K83+200处沟谷，谷地发育有小溪流，地表水较丰富，水量较大，沟谷两侧山坡多较陡峻，部分为陡崖、悬崖。沿线地表植被发育，多为山林地。

2.2地质构造和地震

据区域地质资料，本隧道位于永定-闽江口断裂带上，北东向断层较为发育。根据浅层地震物探、大地电磁物探及钻探成果：隧址区发育有18条断层，对洞身围岩级别影响明显。

根据《湄洲湾至重庆高速公路莆田段—莆田（萩芦）至仙游县（五星）段工程地震安全性评价报告》可知，拟建线路工程中硬场地地震动峰值加速度为0.05g，抗震设防烈度为6度，中硬场地地震动加速度反应谱特征周期位于0.45s。

2.3地层岩性

根据工程地质调绘及钻探成果表明，本隧址场区表层为第四系冲洪积层（Q4al+pl）卵石层；第四系（Qel-dl）坡积土，下伏白垩系寨下组（K1z）晶屑熔结凝灰岩、流纹岩、凝灰质砂岩、凝灰质粉砂岩，白垩系黄坑组（K1h）晶屑熔结凝灰岩（变质）及其风化层；局部见辉绿岩（β）、花岗斑岩（γπ）侵入。隧址区纵断面示意图见图1。

2.4不良地质

隧址区进口段左洞坡体多见滚石分布，其中ZK76+ 115左35m及ZK76+120左20m处，发育滚石直径较大，约5～10m。天然状态下较为稳定，但隧道施工中因人为开挖或爆破振动过大时，可能使滚石发生坠落，且距线路较近，对隧道施工的安全有一定的影响，应采取适当防护措施或清除处理。

2.5水文地质条件

本隧道区地表水主要分布于山间沟谷小溪中，多为常年性水流，主要接受大气降水的补给，受季节性影响变化较大。进出口附近均有冲沟分布，隧道施工应注意引排水，防止暴雨洪水对进出口造成危害。

地下水主要为风化带网状孔隙裂隙水、基岩构造裂隙水，风化带孔隙裂隙水赋存于基岩风化带，水量贫乏，主要对洞口及进洞口段的隧洞施工和围岩稳定有影响。基岩构造裂隙水赋存于基岩的裂隙中，受构造发育情况控制，一般地区导水性弱，但构造破碎带附近，其导水性较好，主要接受大气降水及地下水侧向补给，水量变化较大。

图1　岐山隧道工程地质纵断面示意图

3　综合勘察技术应用

本隧道勘察采用了工程地质调绘、钻探、浅层地震、EH4大地电磁法、孔内声波测试、地应力测试、钻孔水位恢复试验、抽注水试验、室内岩土试验等多种勘察手段。

3.1工程地质调绘

在区域地质资料的基础上，对拟建隧道两侧250m范围内（不良地质、特殊岩土路段和地质构造发育路段，根据实际情况需要时，应扩大测绘范围），进行精度1∶2000工程地质测绘工作，累计完成1∶2000带状工程地质调绘5km2，地质调绘点412个。

主要的调绘内容：

图2　岐山隧道K76+090～ZK84+130高频大地电磁测深解释断面图

（1）地层岩性的特征、分布、成因年代及相互接触关系。

（2）地质构造的产状、性质、规模及其对隧道的影响。（3）不良地质的性质、规模及其对隧道的影响。

（4）地下水的类型、埋深、赋存、补给、排泄和径流条件，以及水系、井、泉的分布位置、高程和动态特征等。

3.2物探

隧道在初勘阶段采用大地电磁法对隧道纵轴线贯通测试（大地电磁成果见图2），洞口段横向断面则采用浅层地震法测试，详勘阶段在原初勘物探成果异常地段和可疑构造发育地段采用浅层地震折射法进行进一步验证。隧道钻孔基岩段采取声波测井法，计算隧道围岩岩体的完整性指数。

本隧道勘察累计完成EH4大地电磁法8080m，浅层地震8625m，孔内声波测试18孔，3966点。

3.3钻探、测试及试验

隧道在工程地质测绘、物探解译基础上，对构造带、富水带、物探异常带、重要岩性段进行钻探工作量布置。

本隧道勘察共布置钻孔26个，总进尺3524.57m。其中大于100m的隧道洞身钻孔8个，最深钻孔PS2025孔深593.42m。

在钻孔的基础上，本隧道勘察开展了孔内声波测试、地应力测试、钻孔水位恢复试验、抽注水试验、室内岩土试验等原位测试及试验。全面获取了洞身各岩性段地质信息。

其中本次勘察对洞身钻孔PS2025进行了地应力测试；孔内波速测试累计完成18个孔，测点3966个；水位恢复观测23次，抽、注水试验6孔。室内试验完成土样5组，岩样50组，水样16组。

4　勘察成果

通过合理有序的综合地质勘察，查明了岐山隧道的工程地质条件，得出了以下成果。

（1）根据工程地质调绘、物探、钻孔及室内试验结果，隧道围岩以中-微风化晶屑熔结凝灰岩、中-微风化流纹岩、中-微风化凝灰质砂岩为主。其中白垩系寨下组（K1z）中揭示有凝灰质砂岩地层，且局部见有凝灰质粉砂岩夹层，工程地质性质较差，该岩性段隧道围岩级别应考虑适当降低。此外隧道出口段（K82+935～K84+040）白垩系黄坑组（K1h），带内岩石受动力变质作用，岩石强度明显降低。该岩性段隧道围岩级别也应考虑适当降低。

（2）根据工程地质测绘、物探成果，隧址区发育有18条断层，并根据钻探成果验证，通过对各构造的性质及岩芯情况综合分析，确定构造带及其影响带围岩级别为Ⅲ-Ⅴ级。

（3）本隧道地下水主要为基岩裂隙水及构造裂隙水。地表水主要沟谷溪水，其中K77+710、K81+670、K82+420、K83+200等4处沟谷水量较大。本次隧道勘察采用两种方法对隧道涌水量进行预测，一是根据铁道部《铁路工程水文地质勘察规程》中的地下水动力学法，分别采用古德曼经验公式和佐藤邦明经验公式预测隧道单洞最大涌水量和正常涌水量。二是根据《水文地质手册》及《铁路工程水文地质勘察规范》中水均衡理论的降水入渗法计算隧道涌水量，综合两种计算结果，建议该隧道正常涌水量34200m3/d。

（4）本次勘察对隧道洞身钻孔PS2025进行了地应力测试，拟建隧道最大埋深约623m，测试钻孔孔深593.42m，围岩以微风化熔结凝灰岩、微风化流纹岩为主。据《福建湄洲湾至重庆高速公路莆田段岐山隧道PS2025钻孔地应力测试报告》，根据隧道地应力实测值和岩石强度试验结果，采用岩体分级、Hoek、Russenes、Turchaninov标准判别对岐山隧道不同埋深处的岩爆进行了预测和分析：①对于微风化晶屑熔结凝灰岩围岩段隧道，最大埋深（623m）区属于高应力区，埋深超过392m时有可能发生岩爆；②对于微风化流纹岩围岩段隧道，最大埋深（515m）区属于一般应力区，埋深超过467m时有可能发生岩爆。根据隧道埋深及围岩岩性情况，本隧道K78+140～K80+230段有可能发生岩爆。

（5）据钻孔揭露岩体的坚硬程度和波速测试结果：参照岩石饱和单轴极限抗压强度（Rc）及物探测井的岩体的完整性（Kv），结合地下水、节理裂隙、围岩应力状态等对围岩的影响。按照《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）进行隧道围岩的分级。隧道洞身围岩级别划分为Ⅱ-Ⅴ级，其中Ⅱ级围岩约占49.3％，Ⅲ级围岩约占21.8％，Ⅳ级围岩约占19.8％，Ⅴ级围岩约占9.1％。

5　结论

（1）复杂地质条件下的特长隧道勘察应充分利用工程地质调绘、物探、钻探、试验等多种勘察方法，并在充分分析各勘察资料的基础上，相互验证、相互补充得出最终成果。

（2）隧道洞身钻孔，钻探搬家困难，钻探难度大，钻探费用高。因此在布置隧道洞身钻孔时，应在工程地质调绘及物探工作完成的基础上，针对本隧道的地层岩性、构造发育情况及水文地质条件等地质特征，目的明确的布置隧道深孔，同时对深孔开展孔内声波测试、地应力测试、钻孔水位恢复试验、抽注水试验、室内岩土试验等原位测试及试验。通过以上措施提高钻探的有效性和利用率，把钻孔的作用发挥到最大。

（3）深埋特长隧道的勘察，由于受地质条件复杂、埋藏深度大等诸多因素的影响，无法完全准确的评价隧道围岩情况，施工中应对隧道进行超前预报，若地质变化较大时，建议在综合分析或采用超前水平钻孔探测的成果上，根据判定结果相应调整施工方法或围岩支护措施。

参考文献

［1］湄洲湾至重庆高速公路莆田段（萩芦至五星段）A10合同段工程地质勘察报告［R］.福州：福建省交通规划设计院.2011.

［2］湄洲湾至重庆高速公路莆田段—莆田（萩芦）至仙游县（五星）段工程地震安全性评价报告［R］.福州：福建地震地质工程勘察院.2011.

［3］福建湄洲湾至重庆高速公路莆田段岐山隧道PS2025钻孔地应力测试报告［R］.武汉：中国科学院武汉岩土力学研究所.2011.

［4］中华人民共和国交通部，JTG C20-2011，公路工程地质勘察规范［S］.北京：人民交通出版社，2011.

［5］中华人民共和国交通部.JTG D70-2004，公路隧道设计规范［S］.北京：人民交通出版社，2004.