鄧誼明
(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,武漢 430063)
宜萬(wàn)鐵路的巖溶地質(zhì)復(fù)雜程度國(guó)內(nèi)外罕見,潛伏著重大地質(zhì)災(zāi)害,存在突發(fā)性地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn),施工期間適時(shí)增加了“風(fēng)險(xiǎn)隧道專項(xiàng)地質(zhì)調(diào)查”,有效規(guī)避風(fēng)險(xiǎn),保證施工安全,取得較好效果,文獻(xiàn)[1]中建議將“風(fēng)險(xiǎn)隧道專項(xiàng)地質(zhì)調(diào)查”列入《鐵路工程地質(zhì)規(guī)范》(于國(guó)標(biāo)TB10012—2001 J124—2007《鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》的“9、施工階段工程地質(zhì)工作”中,增加“9.2、風(fēng)險(xiǎn)隧道專項(xiàng)地質(zhì)調(diào)查”。),現(xiàn)就此,談?wù)勔恍┛捶?,供討論?/p>
(1)“以人為本”、“保護(hù)環(huán)境”等,已成為經(jīng)濟(jì)建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的重要原則,鐵路建設(shè)也不例外。復(fù)雜地質(zhì)的長(zhǎng)大隧道,因工程的控制性、重要性以及地質(zhì)災(zāi)害的高風(fēng)險(xiǎn)性,要求有更高的安全保障,安全施工、保護(hù)環(huán)境是工程順利建成的必要條件。將“風(fēng)險(xiǎn)隧道專項(xiàng)地質(zhì)調(diào)查”列入《規(guī)范》,是工程建設(shè)安全形勢(shì)的需要。
(2)地質(zhì)特別復(fù)雜而造成高潛勢(shì)風(fēng)險(xiǎn)(地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)和施工安全風(fēng)險(xiǎn))的“I級(jí)風(fēng)險(xiǎn)隧道”,其災(zāi)害復(fù)雜、風(fēng)險(xiǎn)大,盡管努力按正常程序勘察、竭盡全力精心選線、設(shè)計(jì),也難以完全躲避所有的災(zāi)害地質(zhì),只能權(quán)謀遵循“避重就輕”、“兩害相權(quán)取其輕”的原則進(jìn)行權(quán)衡比較,選擇相對(duì)較好的線路方案和隧道位置??梢姟癐級(jí)風(fēng)險(xiǎn)隧道”最終仍然不可避免會(huì)留下某些地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)和地質(zhì)隱患。這些在勘察設(shè)計(jì)階段是難以完全解決的,只能在施工階段針對(duì)客觀存在的重大風(fēng)險(xiǎn)地質(zhì)問題,及時(shí)開展“風(fēng)險(xiǎn)隧道專項(xiàng)地質(zhì)調(diào)查”,以便盡快落實(shí)災(zāi)種、災(zāi)情、致災(zāi)范圍、成災(zāi)風(fēng)險(xiǎn),統(tǒng)籌謀劃應(yīng)對(duì)方略、制定防范措施、組織有序安全施工,才能最大限度地避免災(zāi)害的發(fā)生,達(dá)到事半功倍的預(yù)期目的。因此,將“風(fēng)險(xiǎn)隧道專項(xiàng)地質(zhì)調(diào)查”列入《規(guī)范》是規(guī)避施工風(fēng)險(xiǎn)、確保施工安全的必要舉措。
(3)“Ⅰ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)隧道”的“風(fēng)險(xiǎn)隧道專項(xiàng)地質(zhì)調(diào)查”的合適時(shí)機(jī),應(yīng)是在施工期間,“隧道部分(或大部)已施工,但存在高風(fēng)險(xiǎn)地質(zhì)災(zāi)害地段仍未開挖”的時(shí)候。此時(shí),施工圖設(shè)計(jì)已對(duì)風(fēng)險(xiǎn)地段的地質(zhì)災(zāi)害做出了預(yù)評(píng)估;其時(shí),隧道已施工了相當(dāng)一部分,揭露、驗(yàn)證了大量地質(zhì),獲取了大量有價(jià)值的地質(zhì)信息,有利于對(duì)仍未開挖的、存在高風(fēng)險(xiǎn)災(zāi)害地質(zhì)的地段籌謀“風(fēng)險(xiǎn)隧道專項(xiàng)地質(zhì)調(diào)查”實(shí)施計(jì)劃,落實(shí)“風(fēng)險(xiǎn)隧道專項(xiàng)地質(zhì)調(diào)查”的實(shí)施,有的放矢地詳查、判識(shí)關(guān)鍵問題,使其更好達(dá)到“未雨綢繆”的預(yù)期目標(biāo);同時(shí)還可充分利用施工便道、場(chǎng)地、水電設(shè)施等便利的外部條件,有利于深入開展專項(xiàng)地質(zhì)調(diào)繪、勘探(特別是深孔勘探)、試驗(yàn)、觀測(cè)等的試驗(yàn)研究;實(shí)現(xiàn)“風(fēng)險(xiǎn)隧道專項(xiàng)地質(zhì)調(diào)查”、隧道洞內(nèi)施工地質(zhì)調(diào)查同時(shí)進(jìn)行、相互支撐,共同構(gòu)成隧道施工地質(zhì)的組成部分。其成果與設(shè)計(jì)階段的勘察成果、隧道施工地質(zhì)成果連接,形成連續(xù)的、豐富的地質(zhì)信息鏈,深化對(duì)災(zāi)害地質(zhì)的判識(shí)能力,指導(dǎo)施工地質(zhì)調(diào)查及施工地質(zhì)預(yù)報(bào),實(shí)現(xiàn)信息化施工,落實(shí)安全施工措施,增加施工安全閥值。
(4)在未施工開挖、存在重大地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的地段,開展“風(fēng)險(xiǎn)隧道專項(xiàng)地質(zhì)調(diào)查”,與“隧道施工地質(zhì)調(diào)查”相結(jié)合的綜合地質(zhì)調(diào)查,實(shí)現(xiàn)多渠道(洞內(nèi)、洞外、地表、地下等)、多空域、有目的、有針對(duì)性地、最大限度地收集地質(zhì)信息,有利于提高調(diào)查效果、提高對(duì)復(fù)雜地質(zhì)的判斷水平、提高對(duì)復(fù)雜地質(zhì)的掌控、駕馭能力;有利于深化施工地質(zhì)預(yù)報(bào)效能,提高施工地質(zhì)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率,規(guī)避地質(zhì)災(zāi)害,為施工安全保駕護(hù)航。
列入《規(guī)范》實(shí)施的“風(fēng)險(xiǎn)隧道專項(xiàng)地質(zhì)調(diào)查”,應(yīng)有嚴(yán)格的采納條件,需慎重界定,若“泛濫”,則失去列入《規(guī)范》的意義。
地質(zhì)復(fù)雜的長(zhǎng)大隧道可能存在高風(fēng)險(xiǎn)災(zāi)害地質(zhì)類型主要有:復(fù)雜巖溶及大突水、軟巖大變形、高地應(yīng)力、放射性、有害氣體、高地溫等,其危害及風(fēng)險(xiǎn)程度見表1。
表1 “風(fēng)險(xiǎn)隧道專項(xiàng)地質(zhì)調(diào)查”的對(duì)象
從表1可知,復(fù)雜巖溶及大突水、軟巖大變形的災(zāi)害地質(zhì)類型潛在兇險(xiǎn)的地質(zhì)災(zāi)害,持續(xù)威脅施工安全。以上述風(fēng)險(xiǎn)地質(zhì)類型構(gòu)成的“Ⅰ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)隧道”宜作為“風(fēng)險(xiǎn)隧道專項(xiàng)地質(zhì)調(diào)查”的對(duì)象。?
“I級(jí)風(fēng)險(xiǎn)隧道”的“風(fēng)險(xiǎn)隧道專項(xiàng)地質(zhì)調(diào)查”的范圍,應(yīng)依據(jù)其調(diào)查目的,以及風(fēng)險(xiǎn)地質(zhì)可能涉及的地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)單元(含災(zāi)害突水補(bǔ)給面積)、致災(zāi)邊界、成災(zāi)空域等,同時(shí)考慮滿足技術(shù)要求、工程安全施工的實(shí)際需要確定。
“風(fēng)險(xiǎn)隧道地質(zhì)專項(xiàng)調(diào)查”立項(xiàng)→“風(fēng)險(xiǎn)隧道專項(xiàng)地質(zhì)調(diào)查”對(duì)象及專題選擇→制定技術(shù)要求、實(shí)現(xiàn)目標(biāo)等→經(jīng)專業(yè)鑒定及主管審批→按審查批復(fù)意見實(shí)施。
“風(fēng)險(xiǎn)隧道專項(xiàng)地質(zhì)調(diào)查”,應(yīng)充分分析和利用前期勘察設(shè)計(jì)和已施工的地質(zhì)成果,緊緊抓住與風(fēng)險(xiǎn)地質(zhì)直接有關(guān)的專項(xiàng)地質(zhì)問題深入調(diào)查、研究。多數(shù)都會(huì)以“復(fù)雜巖溶及大突水”、“軟巖大變形”風(fēng)險(xiǎn)地質(zhì)類型構(gòu)成的“Ⅰ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)隧道”作為“風(fēng)險(xiǎn)隧道專項(xiàng)地質(zhì)調(diào)查”的對(duì)象。權(quán)以此實(shí)施“風(fēng)險(xiǎn)隧道專項(xiàng)地質(zhì)調(diào)查”為例,概略簡(jiǎn)介調(diào)查要點(diǎn)。
3.1.1 基本任務(wù)
(1)充分掌握巖溶發(fā)育的基本特征和規(guī)律:不同地層巖性對(duì)巖溶發(fā)育程度的制約規(guī)律;不同地質(zhì)構(gòu)造對(duì)巖溶發(fā)育的三維空間展布管控特征;巖溶水交替循環(huán)對(duì)巖溶發(fā)育類型、強(qiáng)度、深度的控制作用等。
(2)揭示隧道巖溶、巖溶水的賦存特征、與隧道周邊巖溶水文地質(zhì)環(huán)境的內(nèi)在聯(lián)系,并進(jìn)一步明晰:①巖溶水類型及其發(fā)育、富集規(guī)律;②巖溶水的補(bǔ)給、運(yùn)移、流場(chǎng)、排泄特征;隧道突水類型及其與周邊巖溶水的聯(lián)系狀態(tài)、與相關(guān)水體的相關(guān)關(guān)系。
(3)判定隧道突水的補(bǔ)給來源及其動(dòng)態(tài)變化規(guī)律;確定突水補(bǔ)給范圍內(nèi)的降雨入滲→運(yùn)移→突水的路徑(溶隙管道、暗河),并在長(zhǎng)期觀測(cè)的基礎(chǔ)上建立“降雨-時(shí)間-突水量”的相關(guān)關(guān)系(回歸方程),揭示降雨轉(zhuǎn)換成突水的內(nèi)在規(guī)律。
(4)有根據(jù)地評(píng)估隧道突水和施工排水對(duì)環(huán)境的影響;長(zhǎng)期排水(施工、營(yíng)運(yùn)排水)條件下,提出對(duì)現(xiàn)時(shí)環(huán)境的不利影響和長(zhǎng)期發(fā)展的預(yù)測(cè);分別提出相應(yīng)的防范、處理措施。
3.1.2 專項(xiàng)地質(zhì)調(diào)繪、物探、觀測(cè)、試驗(yàn)、深孔勘探
(1)專項(xiàng)地質(zhì)調(diào)繪
根據(jù)上述基本任務(wù)開展各項(xiàng)地質(zhì)調(diào)繪,其調(diào)繪重點(diǎn)如下所述。
①前期的勘察成果因客觀條件所限,難免存在定量評(píng)價(jià)的某些缺憾,專項(xiàng)地質(zhì)調(diào)查應(yīng)有所深入,特別是應(yīng)著重對(duì)相關(guān)重大風(fēng)險(xiǎn)地質(zhì)問題進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查研究,盡力做出可信度高的定量評(píng)價(jià)。
②水文地質(zhì)調(diào)查應(yīng)著重巖溶突水類型、規(guī)模、控制因素、突水規(guī)律的調(diào)查和勘探;加強(qiáng)進(jìn)行突水后產(chǎn)生的水文地質(zhì)變化觀測(cè);強(qiáng)化進(jìn)行與突水相關(guān)的降雨、補(bǔ)給范圍、補(bǔ)給網(wǎng)絡(luò)、管道徑流的運(yùn)移路徑、突水量等相關(guān)關(guān)系的觀測(cè),并建立觀測(cè)體系、揭示它們內(nèi)在相關(guān)規(guī)律。
③進(jìn)行長(zhǎng)期突水、排水條件下,產(chǎn)生環(huán)境改變的長(zhǎng)期調(diào)查和觀測(cè)。
④專項(xiàng)地質(zhì)調(diào)繪,應(yīng)地表、地下(施工隧道洞內(nèi))相結(jié)合。
(2)物探
①施工階段的“風(fēng)險(xiǎn)隧道專項(xiàng)地質(zhì)調(diào)查”根據(jù)需要,充分發(fā)揮物探輕便、獲取地質(zhì)信息快捷的長(zhǎng)處,適當(dāng)先行進(jìn)行,為下部勘察提供有價(jià)值的異常信息。
②物探探查范圍以風(fēng)險(xiǎn)地質(zhì)涉及的地域?yàn)橹行?,適當(dāng)涵蓋風(fēng)險(xiǎn)地質(zhì)所在的次級(jí)地質(zhì)構(gòu)造單元、水文地質(zhì)單元;以巖溶、突水等風(fēng)險(xiǎn)地質(zhì)及其涉及的相關(guān)地質(zhì)問題為主要探查對(duì)象,針對(duì)性地選擇物探方法,見表2。
表2 物探主要方法的選擇
③充分利用隧道施工場(chǎng)地和揭露的地質(zhì)成果,詳細(xì)測(cè)定、校核不同地質(zhì)類型及其物性參數(shù),提高物探探查精度,更合理地進(jìn)行地質(zhì)解釋,為隧道專項(xiàng)地質(zhì)調(diào)查發(fā)揮作用,更好地為施工地質(zhì)服務(wù)。
(3)觀測(cè)
巖溶水文地質(zhì)觀測(cè)在前期勘察階段觀測(cè)成果的基礎(chǔ)上,充分利用原有觀測(cè)站、點(diǎn)和設(shè)施,考慮專項(xiàng)地質(zhì)調(diào)查的需要,按需增設(shè)、更新觀測(cè)布點(diǎn)、統(tǒng)籌觀測(cè)要求,主要觀測(cè)項(xiàng)目列于表3。
表3 水文地質(zhì)主要觀測(cè)
(4)試驗(yàn)
試驗(yàn)項(xiàng)目應(yīng)滿足“專項(xiàng)地質(zhì)調(diào)查”要求,滿足對(duì)巖溶突水危害、規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)需要,主要項(xiàng)目列于表4。
(5)深孔勘探
深孔勘探兼具“從表及里(達(dá)深部)連續(xù)揭露探查、綜合試驗(yàn)、有效驗(yàn)證、長(zhǎng)期觀測(cè)”等多項(xiàng)功能,是“風(fēng)險(xiǎn)隧道專項(xiàng)地質(zhì)調(diào)查”重要的一環(huán)。深孔數(shù)量和位置的選擇,應(yīng)在地質(zhì)調(diào)查、物探、觀測(cè)、試驗(yàn)成果基礎(chǔ)上,綜合研究、慎重抉擇。深孔應(yīng)布設(shè)在關(guān)鍵地段、風(fēng)險(xiǎn)地質(zhì)的孕育和好發(fā)地段,以期解決關(guān)鍵問題;鉆孔數(shù)量取決于風(fēng)險(xiǎn)地質(zhì)地段的地質(zhì)復(fù)雜程度和專項(xiàng)地質(zhì)調(diào)查的需要;其深孔勘探主要要求列于表5。
表4 巖溶突水相關(guān)的試驗(yàn)
表5 巖溶突水風(fēng)險(xiǎn)地質(zhì)深孔勘探主要要求
3.2.1 基本任務(wù)
隧道軟弱圍巖一般容易產(chǎn)生變形,但產(chǎn)生軟巖大變形(塑性變形)則需具備:存在圍巖巖體強(qiáng)度低的同時(shí)還存在足夠大的地應(yīng)力;在高地應(yīng)力作用下,超過軟巖、極軟巖巖體抗剪強(qiáng)度極限時(shí),產(chǎn)生塑性變形(蠕變)。此種變形具有變形量大、速度快、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、破壞范圍廣、支護(hù)破壞形式多樣等特征,嚴(yán)重制約隧道施工安全、造價(jià)和工期,構(gòu)成隧道重大危害。因此,軟弱巖體的分布、強(qiáng)度及其伴隨的地應(yīng)力,是評(píng)價(jià)軟巖大變形的關(guān)鍵因素,也是該類型“風(fēng)險(xiǎn)隧道專項(xiàng)地質(zhì)調(diào)查”的基本任務(wù)。
(1)詳細(xì)進(jìn)行地層巖性分層劃分,測(cè)定不同巖性段的巖體強(qiáng)度量級(jí)。
(2)區(qū)劃不同巖性分層地段、測(cè)定其不同埋深等條件下的地應(yīng)力量級(jí)。
(3)判定產(chǎn)生軟巖大變形的區(qū)域(地段),綜合評(píng)價(jià)軟巖大變形的形成特征、危害程度和處理措施。
3.2.2 專項(xiàng)地質(zhì)調(diào)繪、物探、觀測(cè)、試驗(yàn)、深孔勘探
(1)專項(xiàng)地質(zhì)調(diào)繪
由于“軟巖大變形”而實(shí)施“風(fēng)險(xiǎn)隧道專項(xiàng)地質(zhì)調(diào)查”的長(zhǎng)大隧道,因軟巖分布范圍廣,勘察階段對(duì)巖性分層劃分得很細(xì)有相當(dāng)難度,一般以類均質(zhì)巖體作為勘察對(duì)象,從宏觀圈定軟巖的產(chǎn)出、分布狀態(tài);比較概略性、代表性地判斷地應(yīng)力強(qiáng)度;因此,留有進(jìn)一步細(xì)化的空間。施工期間專項(xiàng)地質(zhì)調(diào)繪有條件深入調(diào)查,補(bǔ)充其不足。
①通過詳細(xì)的專項(xiàng)地質(zhì)測(cè)繪,通過洞內(nèi)、洞外地層剖面的實(shí)際測(cè)量與區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)地層剖面進(jìn)行對(duì)比,深孔鉆探揭露地層的詳細(xì)編錄等進(jìn)行綜合地層分析對(duì)比,進(jìn)一步詳細(xì)劃分地層,盡量將“軟巖、極軟巖、軟巖與極軟巖互層”區(qū)別劃分,分別圈定它們分布區(qū)段。
②調(diào)查地質(zhì)構(gòu)造特征、斷層(特別是大型斷層)分布及其破碎巖體性態(tài)特征、破裂結(jié)構(gòu)面切割特征(巖體結(jié)構(gòu)調(diào)查),進(jìn)行構(gòu)造巖體的穩(wěn)定分析。
③根據(jù)不同的巖性、不同埋深區(qū)段,測(cè)試地應(yīng)力,并進(jìn)行相關(guān)分析(地質(zhì)構(gòu)造殘余應(yīng)力、垂直應(yīng)力及其綜合應(yīng)力場(chǎng)條件下的巖體變形特征等)。
(2)物探、試驗(yàn)
①“軟巖、極軟巖、軟巖及極軟巖互層”以及其中的斷層,它們的物性差異都較小,物探難以取得滿意的效果,但通過彈性波勘探的縱波速度量級(jí),可間接判斷巖體強(qiáng)度狀態(tài),提供參考信息。
②按“軟巖、極軟巖、軟巖與極軟巖互層”的巖性分段,分別采集代表性巖體樣本送驗(yàn)(巖礦鑒定、強(qiáng)度試驗(yàn)),確定其巖體強(qiáng)度。
③地應(yīng)力測(cè)試:測(cè)試點(diǎn)的分布和數(shù)量,應(yīng)滿足地應(yīng)力評(píng)價(jià)需要;深孔內(nèi)地應(yīng)力測(cè)試一般采用“水壓致裂法”,隧道洞內(nèi)(開挖支洞作為測(cè)試工作室)采用“應(yīng)力解除法”測(cè)試。
(3)深孔勘探
軟巖大變形地區(qū)的專項(xiàng)地質(zhì)調(diào)查,以地質(zhì)測(cè)繪為主,深孔鉆探完成驗(yàn)證、試驗(yàn)(地溫及地溫梯度、水文等)、監(jiān)測(cè)任務(wù)。
通過深孔鉆探揭露地層、進(jìn)行巖性分層劃分,探查構(gòu)造,探明斷層,判別破裂面密集切割帶,采集樣本進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn);進(jìn)行地應(yīng)力測(cè)試等。
專項(xiàng)地質(zhì)調(diào)查階段補(bǔ)充增加的深孔,應(yīng)充分利用原有勘察階段的深孔,其增加的數(shù)量和分布,應(yīng)滿足“風(fēng)險(xiǎn)隧道專項(xiàng)地質(zhì)調(diào)查”任務(wù)的要求。
(1)地質(zhì)特別復(fù)雜的“Ⅰ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)隧道”有別于一般風(fēng)險(xiǎn)隧道,潛伏著重大地質(zhì)災(zāi)害,猶如埋伏的定時(shí)炸彈,存在巨大安全風(fēng)險(xiǎn),施工舉步維艱,始終擔(dān)心事故發(fā)生于偶然的突發(fā)機(jī)會(huì)中,一旦暴發(fā)將造成人身傷亡和不可逆轉(zhuǎn)的環(huán)境災(zāi)難,不但造成重大經(jīng)濟(jì)損失,還將造成政治影響,安全形勢(shì)要求強(qiáng)力做好施工安全保障。已有“風(fēng)險(xiǎn)隧道專項(xiàng)地質(zhì)調(diào)查”實(shí)踐證明,實(shí)現(xiàn)規(guī)避地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)效果明顯,是一項(xiàng)加強(qiáng)施工安全保障的必要舉措,將其列入《規(guī)范》促其發(fā)揮應(yīng)有的作用。
(2)選擇、確定“風(fēng)險(xiǎn)隧道專項(xiàng)地質(zhì)調(diào)查”的對(duì)象,一般宜選擇地質(zhì)特別復(fù)雜、安全形勢(shì)嚴(yán)峻的“Ⅰ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)隧道”;調(diào)查專題應(yīng)瞄準(zhǔn)“高風(fēng)險(xiǎn)災(zāi)害地質(zhì)”。
(3)列入《規(guī)范》后,通過《規(guī)范》對(duì)“風(fēng)險(xiǎn)隧道專項(xiàng)地質(zhì)調(diào)查”的啟動(dòng)審批程序、調(diào)查研究對(duì)象(含專題)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、組織審查驗(yàn)收等做出統(tǒng)一要求,以規(guī)范實(shí)施,使該項(xiàng)工作有序、有效地開展。
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