■　林舟（福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，福州　350004）

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岐山特長(zhǎng)隧道綜合勘察技術(shù)應(yīng)用

■林舟
（福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，福州350004）

摘要本文以湄重高速公路莆田段岐山特長(zhǎng)隧道為例，充分應(yīng)用工程地質(zhì)調(diào)查、物探、鉆探、原位測(cè)試、水文試驗(yàn)、地應(yīng)力測(cè)試等手段，在相互驗(yàn)證、綜合分析各勘察資料基礎(chǔ)上，得出了較為詳實(shí)的勘察成果，為類(lèi)似山區(qū)隧道的工程建設(shè)提供工程經(jīng)驗(yàn)和借鑒。

關(guān)鍵詞岐山隧道斷裂構(gòu)造涌水量綜合勘察技術(shù)

0　引言

近年來(lái)隨著福建省高速公路的快速發(fā)展，高速公路的建設(shè)已延伸至地形、地質(zhì)復(fù)雜的山區(qū)，復(fù)雜地質(zhì)條件下的深埋特長(zhǎng)隧道勘察，成為高速公路勘察中的難點(diǎn)。

本文以湄重高速公路莆田段岐山隧道勘察工作為例，探討多種勘察手段在山區(qū)深埋特長(zhǎng)隧道勘察中的應(yīng)用。

1　工程概況

岐山隧道位于莆田市涵江區(qū)莊邊鎮(zhèn)與仙游縣游洋鎮(zhèn)交界，隧道左線起止樁號(hào)為ZK76+074.0～ZK84+ 113.0，長(zhǎng)8039m；右線起止樁號(hào)為YK76+079.0～YK84+ 123.0，長(zhǎng)8044m。設(shè)計(jì)隧道為雙洞分離式特長(zhǎng)隧道，最大埋深約623m，凈空14.5m×5.0m（寬×高）。進(jìn)口洞門(mén)為削竹式、出口洞門(mén)為端墻式。

2　隧址區(qū)工程地質(zhì)條件

2.1地形地貌

隧址區(qū)屬低山地貌。沿洞軸線地形呈波狀起伏，進(jìn)洞口自然山坡坡度約23～27°；出洞口自然坡度約30～35°，洞身最高點(diǎn)海拔約935m。溝塹較發(fā)育，其中較大的有K77+710、K81+670、K82+420、K83+200處溝谷，谷地發(fā)育有小溪流，地表水較豐富，水量較大，溝谷兩側(cè)山坡多較陡峻，部分為陡崖、懸崖。沿線地表植被發(fā)育，多為山林地。

2.2地質(zhì)構(gòu)造和地震

據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，本隧道位于永定-閩江口斷裂帶上，北東向斷層較為發(fā)育。根據(jù)淺層地震物探、大地電磁物探及鉆探成果：隧址區(qū)發(fā)育有18條斷層，對(duì)洞身圍巖級(jí)別影響明顯。

根據(jù)《湄洲灣至重慶高速公路莆田段—莆田（萩蘆）至仙游縣（五星）段工程地震安全性評(píng)價(jià)報(bào)告》可知，擬建線路工程中硬場(chǎng)地地震動(dòng)峰值加速度為0.05g，抗震設(shè)防烈度為6度，中硬場(chǎng)地地震動(dòng)加速度反應(yīng)譜特征周期位于0.45s。

2.3地層巖性

根據(jù)工程地質(zhì)調(diào)繪及鉆探成果表明，本隧址場(chǎng)區(qū)表層為第四系沖洪積層（Q4al+pl）卵石層；第四系（Qel-dl）坡積土，下伏白堊系寨下組（K1z）晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r、流紋巖、凝灰質(zhì)砂巖、凝灰質(zhì)粉砂巖，白堊系黃坑組（K1h）晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r（變質(zhì)）及其風(fēng)化層；局部見(jiàn)輝綠巖（β）、花崗斑巖（γπ）侵入。隧址區(qū)縱斷面示意圖見(jiàn)圖1。

2.4不良地質(zhì)

隧址區(qū)進(jìn)口段左洞坡體多見(jiàn)滾石分布，其中ZK76+ 115左35m及ZK76+120左20m處，發(fā)育滾石直徑較大，約5～10m。天然狀態(tài)下較為穩(wěn)定，但隧道施工中因人為開(kāi)挖或爆破振動(dòng)過(guò)大時(shí)，可能使?jié)L石發(fā)生墜落，且距線路較近，對(duì)隧道施工的安全有一定的影響，應(yīng)采取適當(dāng)防護(hù)措施或清除處理。

2.5水文地質(zhì)條件

本隧道區(qū)地表水主要分布于山間溝谷小溪中，多為常年性水流，主要接受大氣降水的補(bǔ)給，受季節(jié)性影響變化較大。進(jìn)出口附近均有沖溝分布，隧道施工應(yīng)注意引排水，防止暴雨洪水對(duì)進(jìn)出口造成危害。

地下水主要為風(fēng)化帶網(wǎng)狀孔隙裂隙水、基巖構(gòu)造裂隙水，風(fēng)化帶孔隙裂隙水賦存于基巖風(fēng)化帶，水量貧乏，主要對(duì)洞口及進(jìn)洞口段的隧洞施工和圍巖穩(wěn)定有影響?；鶐r構(gòu)造裂隙水賦存于基巖的裂隙中，受構(gòu)造發(fā)育情況控制，一般地區(qū)導(dǎo)水性弱，但構(gòu)造破碎帶附近，其導(dǎo)水性較好，主要接受大氣降水及地下水側(cè)向補(bǔ)給，水量變化較大。

圖1　岐山隧道工程地質(zhì)縱斷面示意圖

3　綜合勘察技術(shù)應(yīng)用

本隧道勘察采用了工程地質(zhì)調(diào)繪、鉆探、淺層地震、EH4大地電磁法、孔內(nèi)聲波測(cè)試、地應(yīng)力測(cè)試、鉆孔水位恢復(fù)試驗(yàn)、抽注水試驗(yàn)、室內(nèi)巖土試驗(yàn)等多種勘察手段。

3.1工程地質(zhì)調(diào)繪

在區(qū)域地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，對(duì)擬建隧道兩側(cè)250m范圍內(nèi)（不良地質(zhì)、特殊巖土路段和地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育路段，根據(jù)實(shí)際情況需要時(shí)，應(yīng)擴(kuò)大測(cè)繪范圍），進(jìn)行精度1∶2000工程地質(zhì)測(cè)繪工作，累計(jì)完成1∶2000帶狀工程地質(zhì)調(diào)繪5km2，地質(zhì)調(diào)繪點(diǎn)412個(gè)。

主要的調(diào)繪內(nèi)容：

圖2　岐山隧道K76+090～ZK84+130高頻大地電磁測(cè)深解釋斷面圖

（1）地層巖性的特征、分布、成因年代及相互接觸關(guān)系。

（2）地質(zhì)構(gòu)造的產(chǎn)狀、性質(zhì)、規(guī)模及其對(duì)隧道的影響。（3）不良地質(zhì)的性質(zhì)、規(guī)模及其對(duì)隧道的影響。

（4）地下水的類(lèi)型、埋深、賦存、補(bǔ)給、排泄和徑流條件，以及水系、井、泉的分布位置、高程和動(dòng)態(tài)特征等。

3.2物探

隧道在初勘階段采用大地電磁法對(duì)隧道縱軸線貫通測(cè)試（大地電磁成果見(jiàn)圖2），洞口段橫向斷面則采用淺層地震法測(cè)試，詳勘階段在原初勘物探成果異常地段和可疑構(gòu)造發(fā)育地段采用淺層地震折射法進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證。隧道鉆孔基巖段采取聲波測(cè)井法，計(jì)算隧道圍巖巖體的完整性指數(shù)。

本隧道勘察累計(jì)完成EH4大地電磁法8080m，淺層地震8625m，孔內(nèi)聲波測(cè)試18孔，3966點(diǎn)。

3.3鉆探、測(cè)試及試驗(yàn)

隧道在工程地質(zhì)測(cè)繪、物探解譯基礎(chǔ)上，對(duì)構(gòu)造帶、富水帶、物探異常帶、重要巖性段進(jìn)行鉆探工作量布置。

本隧道勘察共布置鉆孔26個(gè)，總進(jìn)尺3524.57m。其中大于100m的隧道洞身鉆孔8個(gè)，最深鉆孔PS2025孔深593.42m。

在鉆孔的基礎(chǔ)上，本隧道勘察開(kāi)展了孔內(nèi)聲波測(cè)試、地應(yīng)力測(cè)試、鉆孔水位恢復(fù)試驗(yàn)、抽注水試驗(yàn)、室內(nèi)巖土試驗(yàn)等原位測(cè)試及試驗(yàn)。全面獲取了洞身各巖性段地質(zhì)信息。

其中本次勘察對(duì)洞身鉆孔PS2025進(jìn)行了地應(yīng)力測(cè)試；孔內(nèi)波速測(cè)試?yán)塾?jì)完成18個(gè)孔，測(cè)點(diǎn)3966個(gè)；水位恢復(fù)觀測(cè)23次，抽、注水試驗(yàn)6孔。室內(nèi)試驗(yàn)完成土樣5組，巖樣50組，水樣16組。

4　勘察成果

通過(guò)合理有序的綜合地質(zhì)勘察，查明了岐山隧道的工程地質(zhì)條件，得出了以下成果。

（1）根據(jù)工程地質(zhì)調(diào)繪、物探、鉆孔及室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，隧道圍巖以中-微風(fēng)化晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r、中-微風(fēng)化流紋巖、中-微風(fēng)化凝灰質(zhì)砂巖為主。其中白堊系寨下組（K1z）中揭示有凝灰質(zhì)砂巖地層，且局部見(jiàn)有凝灰質(zhì)粉砂巖夾層，工程地質(zhì)性質(zhì)較差，該巖性段隧道圍巖級(jí)別應(yīng)考慮適當(dāng)降低。此外隧道出口段（K82+935～K84+040）白堊系黃坑組（K1h），帶內(nèi)巖石受動(dòng)力變質(zhì)作用，巖石強(qiáng)度明顯降低。該巖性段隧道圍巖級(jí)別也應(yīng)考慮適當(dāng)降低。

（2）根據(jù)工程地質(zhì)測(cè)繪、物探成果，隧址區(qū)發(fā)育有18條斷層，并根據(jù)鉆探成果驗(yàn)證，通過(guò)對(duì)各構(gòu)造的性質(zhì)及巖芯情況綜合分析，確定構(gòu)造帶及其影響帶圍巖級(jí)別為Ⅲ-Ⅴ級(jí)。

（3）本隧道地下水主要為基巖裂隙水及構(gòu)造裂隙水。地表水主要溝谷溪水，其中K77+710、K81+670、K82+420、K83+200等4處溝谷水量較大。本次隧道勘察采用兩種方法對(duì)隧道涌水量進(jìn)行預(yù)測(cè)，一是根據(jù)鐵道部《鐵路工程水文地質(zhì)勘察規(guī)程》中的地下水動(dòng)力學(xué)法，分別采用古德曼經(jīng)驗(yàn)公式和佐藤邦明經(jīng)驗(yàn)公式預(yù)測(cè)隧道單洞最大涌水量和正常涌水量。二是根據(jù)《水文地質(zhì)手冊(cè)》及《鐵路工程水文地質(zhì)勘察規(guī)范》中水均衡理論的降水入滲法計(jì)算隧道涌水量，綜合兩種計(jì)算結(jié)果，建議該隧道正常涌水量34200m3/d。

（4）本次勘察對(duì)隧道洞身鉆孔PS2025進(jìn)行了地應(yīng)力測(cè)試，擬建隧道最大埋深約623m，測(cè)試鉆孔孔深593.42m，圍巖以微風(fēng)化熔結(jié)凝灰?guī)r、微風(fēng)化流紋巖為主。據(jù)《福建湄洲灣至重慶高速公路莆田段岐山隧道PS2025鉆孔地應(yīng)力測(cè)試報(bào)告》，根據(jù)隧道地應(yīng)力實(shí)測(cè)值和巖石強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，采用巖體分級(jí)、Hoek、Russenes、Turchaninov標(biāo)準(zhǔn)判別對(duì)岐山隧道不同埋深處的巖爆進(jìn)行了預(yù)測(cè)和分析：①對(duì)于微風(fēng)化晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r圍巖段隧道，最大埋深（623m）區(qū)屬于高應(yīng)力區(qū)，埋深超過(guò)392m時(shí)有可能發(fā)生巖爆；②對(duì)于微風(fēng)化流紋巖圍巖段隧道，最大埋深（515m）區(qū)屬于一般應(yīng)力區(qū)，埋深超過(guò)467m時(shí)有可能發(fā)生巖爆。根據(jù)隧道埋深及圍巖巖性情況，本隧道K78+140～K80+230段有可能發(fā)生巖爆。

（5）據(jù)鉆孔揭露巖體的堅(jiān)硬程度和波速測(cè)試結(jié)果：參照巖石飽和單軸極限抗壓強(qiáng)度（Rc）及物探測(cè)井的巖體的完整性（Kv），結(jié)合地下水、節(jié)理裂隙、圍巖應(yīng)力狀態(tài)等對(duì)圍巖的影響。按照《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D70-2004）進(jìn)行隧道圍巖的分級(jí)。隧道洞身圍巖級(jí)別劃分為Ⅱ-Ⅴ級(jí)，其中Ⅱ級(jí)圍巖約占49.3％，Ⅲ級(jí)圍巖約占21.8％，Ⅳ級(jí)圍巖約占19.8％，Ⅴ級(jí)圍巖約占9.1％。

5　結(jié)論

（1）復(fù)雜地質(zhì)條件下的特長(zhǎng)隧道勘察應(yīng)充分利用工程地質(zhì)調(diào)繪、物探、鉆探、試驗(yàn)等多種勘察方法，并在充分分析各勘察資料的基礎(chǔ)上，相互驗(yàn)證、相互補(bǔ)充得出最終成果。

（2）隧道洞身鉆孔，鉆探搬家困難，鉆探難度大，鉆探費(fèi)用高。因此在布置隧道洞身鉆孔時(shí)，應(yīng)在工程地質(zhì)調(diào)繪及物探工作完成的基礎(chǔ)上，針對(duì)本隧道的地層巖性、構(gòu)造發(fā)育情況及水文地質(zhì)條件等地質(zhì)特征，目的明確的布置隧道深孔，同時(shí)對(duì)深孔開(kāi)展孔內(nèi)聲波測(cè)試、地應(yīng)力測(cè)試、鉆孔水位恢復(fù)試驗(yàn)、抽注水試驗(yàn)、室內(nèi)巖土試驗(yàn)等原位測(cè)試及試驗(yàn)。通過(guò)以上措施提高鉆探的有效性和利用率，把鉆孔的作用發(fā)揮到最大。

（3）深埋特長(zhǎng)隧道的勘察，由于受地質(zhì)條件復(fù)雜、埋藏深度大等諸多因素的影響，無(wú)法完全準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)隧道圍巖情況，施工中應(yīng)對(duì)隧道進(jìn)行超前預(yù)報(bào)，若地質(zhì)變化較大時(shí)，建議在綜合分析或采用超前水平鉆孔探測(cè)的成果上，根據(jù)判定結(jié)果相應(yīng)調(diào)整施工方法或圍巖支護(hù)措施。

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