水文地质及工程地质勘察关键要素探究

2023-03-13刘祥

大众标准化 2023年4期

刘祥

（中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600）

人类进行工程建设活动时，水文、地质作为自然环境的一部分对工程建设的影响可以说是相互的。水文地质、地层结构影响到工程结构的安全性和耐久性；同样工程建设也会影响到水文、地质环境的原有生态结构，打破原有自然环境的平衡。因此探究水文地质及工程地质的勘察要素，对于保障工程建设安全、稳定进行和保证工程建设绿色可持续性发展具有重要的意义。进行水文、工程地质勘察时工作人员需结合工程项目的实际情况针对工程建设涉及到的关键影响要素，采用先进的仪器和技术手段获取尽量全面的数据信息，制定科学合理的工程建设方案并提供数据支持，从而规避工程建设过程中产生的各种不利影响。

1 水文地质及工程地质勘察主要内容

1.1 水文地质勘察主要内容

做好前期的水文地质勘察工作，调查清楚目标区域的水文地质条件及实际分布情况，掌握地下水资源的分布情况及变化规律，可以给工程建设制定规划方案及组织计划等提供准确可靠的依据。具体来说，水文地质勘察的主要内容有：（1）勘察分析地层中水资源的分布特点；（2）观测和检验地下流动水资源的变化规律；（3）分析气候、自然降水规律；观察水文地质与环境和生物圈影响关系；（4）根据工程项目需求通过试验获得所需的水文地质参数；（5）进行工程水文地质测绘编制水文地质资料等。

1.2 工程地质勘察主要内容

根据勘测资料对工程地质条件进行全面、客观的评价，明确地质条件对工程建设的安全性、耐久性产生的直接或潜在影响，针对地震、泥石流、洪水等地质灾害，采取有效的防治措施。只有科学、准确地评价及了解工程地质情况，才能为后期工程项目的高效优质建设奠定基础。为获得准确工程地质信息，就必须落实好工程地质勘察工作，勘察清楚拟建区域的各项工程地质条件及数据。具体来说，工程地质勘察主要内容有：（1）进行地质勘察了解工程地质条件。即通过勘察查明工程建设地区地质构造、地形地貌、不良地质形态、岩层结构及水文地质情况等；（2）观察周边自然生态环境，调查整理地震、洪水、水土流失以及其他自然灾害发生情况，了解当地自然环境及灾害的基本信息；（3）通过土工试验、岩体力学试验和现场探测等手段，了解天然建筑材料储备情况；（4）进行工程地质测绘，编制工程地质测绘资料；（5）调查、搜集工程建设区域矿产资源分布情况及农、林、牧等用地划分情况，明确土地资源使用情况；

2 水文地质和工程地质勘察关键要素分析

以广西某岩溶区公路野外地质调查项目为例，针对水文地质和工程地质勘察关键要素展开分析，具体如下：

2.1 项目概况

拟建公路位于广西岩溶地区，为双向四车道，整体呈东西走向，桥隧占比约55.8%。调查路线见图1。

图1 路线总体图

2.2 地质概况

2.2.1 地层岩性

项目区地层时代主要为泥盆系（D）、石炭系（C）、二叠系（P）地层，岩性主要为灰岩、白云质灰岩、白云岩等碳酸盐岩类，局部夹薄层状页岩，可见硅质岩、蠕虫状灰岩、燧石灰岩、炭质灰岩等，岩体呈中厚层状构造。

2.2.2 地质构造

项目区位于广西山字型构造前弧东翼内侧，柳州山字型构造以南，区内发育一系列各种不同时期、不同类型、不同性质的构造形迹，地质构造较为复杂。按构造体系划分为南北向构造和新华夏系构造。项目区主要受新华夏构造体系区域性大断裂桂林-来宾断裂起，自来宾，往北东经柳州、鹿寨、永福、桂林、兴安、全州，延伸至湖南境内，长350 km，走向北东、倾向西，倾角30～60°，以逆断层性质为主，局部表现为正断层性质。

2.2.3 水文地质条件

项目区内大气降雨是地下水的主要补给来源，集中注入式补给是该地域地下水的主要补给方式。根据区内地下水赋存的介质条件、形式、含水层岩性、成因类型、组合关系、水理性质及水力特征等条件，可将本区内地下水划分为松散岩类孔隙水和碳酸盐岩类岩溶水：①松散岩类孔隙水：分布于河流冲积平原、山间盆地地带，含水层为各种粒级的砂土及碎石土等，厚度由数米至二十几米，地下水埋深较浅，水量贫乏-中等，受河流及大气降水补给。②碳酸盐岩类岩溶水：主要分布于二叠系、石炭系及泥盆系碳酸盐岩，地下水赋存于碳酸盐岩因构造、溶蚀作用而形成的溶洞、地下河管道、溶蚀裂隙和溶孔中。地貌特征为峰丛洼地（谷地）、峰林谷地，洼地谷地中多分布地下河天窗、溶井、漏斗、落水洞等，这些岩溶形态既是地下水的补给通道，又是地下水的储存空间，星罗棋布的地表岩溶形态和强烈发育的地下岩溶通道，为降雨渗入补给地下水提供了有利的条件。该区域局部地段岩溶强烈发育，地下水富集于地下岩溶通道中，地下水水量较丰富。

2.3 岩溶发育特征

2.3.1 岩溶发育条件

（1）具有可溶性岩层，如①碳酸盐类岩石，如石灰岩等；②硫酸盐类岩石，如石膏等；③卤盐类岩石，如岩盐等；（2）具有溶解能力（含CO2）和足够流量的水；（3）水有流动的途径。

2.3.2 岩溶发育规律

（1）岩溶与地质构造的关系：①断裂构造对岩溶发育的影响：断裂构造破坏了岩层的完整性，断层带附近岩体破碎，节理裂隙特别发育，极利于岩溶水的循环及溶蚀作用的进行，岩溶常沿各种断层带发育；正断层带通常岩溶很发育、逆断层带岩溶一般不发育，通常上盘比下盘发育；在节理裂隙的交叉处或密集带，岩溶易发育；②褶皱轴部岩溶一般较发育，单斜岩层岩溶一般顺层面发育。不对称的褶皱中，陡的一翼较缓的一翼发育。（2）岩溶与新构造运动的关系：①地壳强烈上升时，侵蚀基准面下降，岩溶以垂直发育为主；②地壳处于相对稳定时期，侵蚀基准面相对静止，形成水平岩溶系统；③地壳下降时，可能造成垂直、水平向发育岩溶叠加。（3）岩溶与大气降水的关系：降水多，地表水体强度大、地下水得到补给，则岩溶发育，否则不发育。

2.4 野外地质调查关键要素

2.4.1 斜坡山腰多层状基岩出露

岩溶区山体表层多碳酸盐岩风化残坡积层，植被生长茂密，但覆盖层很薄，由于不均匀风化，导致坡体多石芽出露。岩体产状量测，坡脚一般多出露石芽，具有不确定性，在坡体山腰处，一般存在大片层状陡崖出露，且产状清晰准确，如图2、图3为一隧道坡腰处的层状基岩出露。

图2 98 km坡腰处基岩出露

图3 101 km坡腰处基岩出露

2.4.2 成片竹林是岩溶发育的一个依据

竹子大都喜温暖湿润的气候，盛产于热带、亚热带和温带地区，竹子对土壤和水分要求较高，土质深厚肥沃，富含有机质和矿物元素的偏酸性土壤，既要水分充足，又要排水良好。碳酸盐岩类岩溶水主要赋存于碳酸盐岩因构造、溶蚀作用而形成的溶洞、地下河管道、溶蚀裂隙和溶孔中，这些岩溶形态既是地下水的补给通道，又是地下水的储存空间。

沿线局部地段岩溶强烈发育，地下水富集于地下岩溶通道中，地下水水量较丰富。得天独厚的条件，往往发育着簇簇竹林，这在现场调查得到了印证，如在某隧道勘察中发现，根据区域地质图分析该山体中可能发育有断层，现场调查隧道南侧斜坡竹林成片发育，推测断层可能穿越隧道坡顶经竹林从山体内延伸到南侧沟谷，根据物探成果揭示该区域为陡崖状低阻区，后在隧道出口布置2验证钻探孔时，分析推测断层从这里经过。物探异常区情况见图4所示，现场竹林生长情况见图5所示。

图4 物探异常区

图5 竹林密集生长区

2.4.3 暗河天窗宜采用调查访问进行

进行野外详查时，在充分分析收集的前阶段资料外，沿路线应用口语化的表述访问当地村民，调查效果可能会事半功倍，如在现场调查暗河时，仅调查出暗河出口，暗河入口和天窗等苦寻无果，后在山另一侧调查时遇一老乡，打探过后，热心的村民带领工作人员到沟谷深处一斜坡竹林旁，发现一直径30 m的暗河天窗，如图6，与暗河出口相连，可推测出暗河的大致走向。实践表明，访问调查是进行地质调查的非常有效的一种方法。