长岗隧道综合勘察技术分析

2018-07-05■李阳

福建交通科技 2018年4期

■李阳

（福建省交通规划设计院，福州 350004）

0 引言

近年来随着我省高速公路的快速发展，高速公路的建设已延伸至地形、地质条件复杂的山区。为了克服地形和高程上的障碍，改善公路平面线型、提高车速、缩短里程、节省时间、避免山区公路的各种病害，高速公路修建隧道是非常必要的，而地质条件复杂的深埋长隧道更是山区高速公路勘察中的重点及难点。

本文结合福寿高速公路长岗隧道勘察的工作实例，阐述多种勘察方法在山区深埋长隧道勘察中的应用。

1 工程概况

长岗隧道位于位于寿宁县犀溪乡武溪村境内，隧道穿越山体，为双洞分离式隧道，隧道净空（宽×高）为10.25×5.0m，隧道右洞长2404m，设计桩号YK47+935.00～YK50+339.00；隧道左洞长2398m，设计桩号ZK47+935.00～ZK50+333.00，最大埋深约270m。进口洞门型式为削竹式，出口洞门型式为端墙式。

2 隧址区工程地质条件

2.1 地形地貌

隧道属于低山丘陵地貌，地形起伏变化大，下穿S202省道、数条冲沟，在K49+400右侧冲沟下游202m处有一小水库，水库长约 160～180m，宽约 20～25m，水深约5～10m，库容量约1.5～1.8万 m3，为际坑村及乾尾村引用水水源，该水库上游小溪冲沟距隧道深度约80m。隧道进口侧坡度约 28～32°，进口处地面高程 467～509m，出口侧坡度约 33～42°，出口处地面高程 480～510m，隧道轴线最高点高程784m，相对高差约317m。隧道沿线坡体较稳定，坡面植被发育，主要为茶园、水田、杂树等。

2.2 地质构造和地震

测区地质构造背景复杂，构造形迹较为特殊，显示出以北东向断裂为主，北西及南北向断裂次之的构造格架。本隧道断层较为发育，根据地质测绘、浅层地震物探、大地电磁物探及钻探成果，隧址区发育有6条断层及5条节理密集带，对洞身围岩级别影响明显。根据《福安至寿宁（闽浙界）高速公路线路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0.35s。

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（Q4ml）素填土层，第四系（Qel-dl）残坡积土层，下伏白垩系小溪组（K1x1）凝灰质砂岩、凝灰质（泥质）粉砂岩、凝灰质砾岩，白垩系泰顺组（K2ts1）砂砾岩、硅质岩等。隧址区纵断面示意图见图1。

2.4 不良地质

隧道场址区K48+140～K48+240段地表见有厚0.5～2.5m人工填土，成份主要为碎石，结构较松散，为S202省道筑路开挖的弃渣，其对隧道进口的稳定性有一定影响，施工时应加强支护，其他未见滑坡、崩塌、泥石流、采空区、岩溶等其它大型不良地质作用。

2.5 水文地质条件

拟建隧道位于当地侵蚀基准面之上，山坡坡体较陡，地形起伏较大，隧址区地表穿越多条山凹冲沟，冲沟内大多发育溪流且常年流水，现分述如下：

（1）K49+300地表冲沟距隧道深度约115m，流量约185m3/d；

图1 长岗隧道工程地质纵断面示意图

（2）K49+565地表冲沟距隧道深度约80m，流量约200m3/d，其下游410m处有一小水库，水库容水量约1.5～1.8万m3，为际坑村及乾尾村引用水水源，水库标高为524.5，隧道洞顶标高为477.3；

（3）K50+050地表冲沟距隧道深度约50m，流量约86.5m3/d。

另外，隧址区地表见有多个泉点：

①K49+200右120有一泉水，为下降泉，流量约6.90m3/d；

②K49+270右30有一泉水，为下降泉，流量约1.90m3/d；

③ZK49+530左15有一泉水，为下降泉，流量约10.30m3/d。

隧址区地下水按埋藏条件及赋存介质不同主要有：

①基岩风化网状孔隙～裂隙水，赋存于第四系坡残层底部及碎块状强风化岩层的网状裂隙中，对洞身围岩及开挖影响较小，主要对隧道进、出口围岩及施工有影响。

②基岩构造裂隙水，根据钻孔抽水试验结果分析：含水层的渗透性和地下水的补给条件较好，出水量较大，隧道施工时应做好防排水工作。

勘察期间地下水水位埋深1.35～25.5m。进出洞口附近测得地下水水位埋深处于洞顶标高以上，地下水对隧道开挖有一定影响，隧道施工时应加强排水措施。

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，了解沿线主要地质条件，发现和研究关键性的工程地质问题，促进不良地质勘探和测试工作的全面进行。

本次测绘累计完成1∶2000带状工程地质调绘约1.5km2，地质调绘点128个。

3.2 物探

本隧道采用大地电磁法对隧道纵轴线进行测试（大地电磁成果见图2），采用浅层地震法对两侧洞口段进行测试，并采用钻孔孔内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4640m，浅层地震1315m，孔内声波测试10孔，共477点。

图2 长岗隧道YK48+160～YK50+320高频大地电磁测深解释断面图

3.3 钻探、测试及试验

在工程地质测绘、物探解译基础上，对隧址区的构造带、富水带、物探异常带、重要岩性段进行钻探工作量布置，在此基础上进行孔内声波测试、钻孔水位恢复试验、抽注水试验、室内岩土试验，全面获取洞身各岩性段地质信息。

本隧道勘察共布置钻孔14个，总进尺824.69m。其中大于100m的隧道洞身钻孔4个，最深钻孔CQ2228孔深180.05m，水位恢复观测7次，抽、注水试验7孔。室内试验完成土样3组，岩样17组，水样8组。

4 勘察成果

通过对隧址区合理有序的综合地质勘察，查明了长岗隧道的工程地质条件，成果分述如下：

（1）围岩地层成果

根据工程地质调绘、钻孔及室内试验结果，隧道围岩总体以白垩系小溪组（K1x）中-微风化晶屑熔结凝灰岩、中-微风化凝灰质砂岩为主，局部（K50+080～K50+260）围岩以凝灰质粉砂岩为主，且有泥质粉砂岩夹层。凝灰质粉砂岩、泥质粉砂岩工程地质性质较差，该岩性段隧道围岩级别应考虑适当降低。隧道出口段（K50+260～K84+300）位于小溪组与泰顺组岩性接触带，带内岩石破碎，该段隧道围岩级别也应考虑适当降低。

此外，YK49+000至出洞口附近，岩层产状为310～330°∠25°，对该段右侧洞壁稳定不利，施工时应加强支护。

（2）地质构造成果

根据工程地质测绘、物探成果，隧址区发育有6条断层及5组裂隙密集带，并根据钻探成果相互验证，通过对各构造、裂隙密集带的性质及岩芯情况综合分析，确定构造带、裂隙密集带及其影响带围岩级别为Ⅳ-Ⅴ级。

（3）水文成果

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K49+300、K49+565、K50+050等3处沟谷水量较大。此外，隧址区K49+572处冲沟下游410m处有一小水库，库容水量约1.5～1.8万m3，为际坑村及乾尾村引用水水源，水库标高为524.5，隧道洞顶标高为477.3，水库标高高于隧道，隧道施工时应对K49+300～K49+600段加强超前预报工作，适时加固处理，防止地表水沿断层、裂隙密集带渗入至隧道，隧道施工对该水源影响大，应做好供给水措施。

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，建议该隧道单洞正常涌水量4510m3/d。

（4）拟建隧道埋深最大埋约270m，深部围岩主要为晶屑熔结凝灰岩、凝灰质砂岩等，属较软岩-较硬质岩石，层理较发育，据大地电磁法（EH4）资料，低阻特征较明显，对于应力释放较有利，发生岩爆的可能性相对较小。

（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12.8%，Ⅲ级围岩约占44.5%，Ⅳ级围岩约占30.2%，Ⅴ级围岩约占12.5%。