陳 明

（福建省交通規(guī)劃設(shè)計院有限公司，福州 350004）

0 引言

近年來，隨著福建省高速公路飛速發(fā)展，山區(qū)高速公路的建設(shè)已成為必然， 而隧道作為高速公路控制性構(gòu)造物，其重要性不言而喻，特別是特長深埋隧道，成為高速公路勘察中的難點。

本文以 《國家高速公路北京至臺北射線福建境內(nèi)建甌至閩侯高速公路寧德市境A5 合同段》[1]黃竹山特長隧道工程為例， 對山區(qū)特長深埋隧道采用多種勘察方法分析。 最終得出綜合勘察方法分析結(jié)果。

綜合勘察方法是根據(jù)項目工程地質(zhì)背景、地形地貌、地質(zhì)條件，充分閱讀區(qū)域地質(zhì)資料，進(jìn)行工程地質(zhì)調(diào)繪，結(jié)合物探、鉆探、取樣及現(xiàn)場測試進(jìn)行綜合分析，并互相驗證，得出勘察成果。

1 工程概況

擬建隧道跨S2、S3 兩個合同段，進(jìn)口位于S2 合同段寧德市古田縣上墩村東側(cè)的剝蝕低山北側(cè)坡麓, 出口位于S3 合同段福州境內(nèi)閩侯縣東橋鎮(zhèn)西北部山區(qū)，線路穿越黃竹山。 S2 合同段內(nèi)左線起止樁號ZK94+377～ZK98+786，全長4409m；右線起止樁號YK94+397～YK98+793，全長4396m；S3 合同段左線起止樁號ZK99+128～ZK103+387， 全長4259m； 右線起止樁號YK99+128～YK103++362， 全長4234m， 兩合同段線位整合樁號縮短334.2～341.6m。 全隧道長約8668m，該隧道為福建省內(nèi)第二長隧道，長度僅次于牛巖山隧道。隧道最大埋深約823m。隧道左右線進(jìn)口形式均為城墻式，出口為端墻式。隧道設(shè)有斜井1 組，左右洞各1 座。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

隧址區(qū)屬侵蝕剝蝕高丘陵-中低山地貌，該隧道穿越黃竹山山體,地形起伏大，天然山坡坡度約25°～45°，山脊較陡峭,溝谷內(nèi)常年有水。 進(jìn)口處地面高程430～435m，出口處地面高程350～355m， 隧道軸線最大海拔標(biāo)高約1248m，植被較發(fā)育。 進(jìn)出口段自然坡度約30～35°。 沿線地表植被發(fā)育，為山區(qū)林地。

2.2 地質(zhì)構(gòu)造和地震

據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料， 隧址區(qū)發(fā)育福安-南靖斷裂帶，走向為北東向，地表表現(xiàn)不明顯，但大地電磁、地震波速等物探均有明顯反映。該斷裂帶與隧道接近正交，根據(jù)大地電磁物探及鉆探成果：隧址區(qū)發(fā)育有7 條構(gòu)造，對洞身圍巖級別影響明顯。

根據(jù) 《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖(GB18306-2001)》和《京臺線建甌至福州（閩侯）高速公路及古田至屏南連接線線路工程地震安全性評價報告》[2]可知，本區(qū)地震基本烈度為VI 度區(qū)，地震動峰值加速度為0.05g，本場地地震動反應(yīng)特征周期為0.35s。

2.3 地層巖性

根據(jù)工程地質(zhì)調(diào)繪及鉆探成果表明， 隧址場區(qū)地層較為簡單，表層為第四系（Qel-dl）殘坡積土，下伏基巖為侏羅系南園組第二、三段(晶屑)熔結(jié)凝灰?guī)r（J3n2、J3n3）及其風(fēng)化層，局部見花崗斑巖（γπ）侵入。 隧道工程地質(zhì)縱斷面示意圖見圖1。

2.4 不良地質(zhì)及特殊性巖土

圖1 隧道工程地質(zhì)縱斷面示意圖

隧道進(jìn)出口段見滾石發(fā)育， 隧道開挖易引起滾石滑落，應(yīng)進(jìn)行防護(hù)；且進(jìn)出口段為土質(zhì)邊坡，土層為坡積粉質(zhì)粘土，為高液限土，建議土層坡率為1：1.25～1.50，每階不宜大于6m。

2.5 水文地質(zhì)條件

本隧道區(qū)位于侵蝕剝蝕高丘陵-中低山區(qū)， 跨越平洋-安仁溪與古田溪之間的分水嶺，水資源較豐富，洞身多處溝谷，常年有流水，勘察期間流量約0.02～10.0L/s。地下水主要為風(fēng)化帶網(wǎng)狀孔隙裂隙水和基巖裂隙水， 孔隙裂隙水賦存于基巖風(fēng)化帶中， 基巖裂隙水賦存于基巖的裂隙中，地下水水量不均，受構(gòu)造及節(jié)理發(fā)育情況控制，構(gòu)造發(fā)育部位及基巖破碎帶處富水性及導(dǎo)水性較好。

3 主要工程地質(zhì)問題

根據(jù)隧址區(qū)地形地貌、 區(qū)域構(gòu)造特征及地層巖性情況分析，該隧道存在以下地質(zhì)問題:

（1）隧址區(qū)洞口發(fā)育滾石，且洞口邊坡土層為高液限土，洞口施工應(yīng)邊開挖邊支護(hù)。

（2）隧址區(qū)發(fā)育7 條構(gòu)造，需查明構(gòu)造及其影響帶圍巖分級，查明構(gòu)造帶及洞口突水涌水情況。

（3）地層巖性較為簡單，主要為(晶屑)熔結(jié)凝灰?guī)r，但侵入花崗斑巖，應(yīng)調(diào)查花崗斑巖的放射性情況。

（4）洞身段地形屬于高應(yīng)力區(qū),分析圍巖產(chǎn)生巖爆的可能。

4 綜合勘察方法分析

擬建隧道長8668m，隧道最大埋深約823m，隧道埋深大于500m 的段落有50%， 屬于福建省內(nèi)工程量巨大的隧道之一，結(jié)合地質(zhì)情況，采用單一、傳統(tǒng)的勘察方法已不再適用，且容易忽視關(guān)鍵工程問題。故本隧道在勘察過程中應(yīng)用工程地質(zhì)調(diào)繪、 淺層地震、EH4 大地電磁、孔內(nèi)聲波測試、地表放射性及鉆孔地應(yīng)力測試、地質(zhì)鉆探、鉆孔水文試驗及室內(nèi)巖土水質(zhì)試驗分析等綜合勘察方法，以便全面了解擬建隧道的全貌。

4.1 工程地質(zhì)調(diào)繪

在區(qū)域地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，對擬建隧道軸線兩側(cè)各不小于200m 的帶狀區(qū)域進(jìn)行精度1∶2000 工程地質(zhì)調(diào)繪[5]，通過對區(qū)域構(gòu)造、巖層產(chǎn)狀、基巖露頭、不良地質(zhì)及地下水的類型等調(diào)查，主要工作情況見表1。

表1 黃竹山隧道主要勘察工作量表

4.2 物探

通過對區(qū)域地質(zhì)及工程地質(zhì)調(diào)繪的構(gòu)造成果及深埋隧道下部隱伏構(gòu)造進(jìn)行物探核查， 采用大地電磁法對隧道縱軸線貫通測試（見圖2），洞口段橫向斷面則采用淺層地震法測試，并對物探成果進(jìn)一步分析構(gòu)造的可能性。

根據(jù)物探解譯成果，YK96+200～YK96+400m 段存在傾向小里程方向的構(gòu)造破碎帶及影響帶， 圍巖破碎，富水；YK97+540～YK97+780m 段存在傾向小里程方向的構(gòu)造破碎帶及影響帶， 圍巖破碎， 富水；YK100+400～YK100+700m 段存在傾向大里程方向的節(jié)理裂隙密集帶及影響帶，該區(qū)上方存在大范圍的富水區(qū)，其余段電阻率等值線變化自然、無異常，推測圍巖較完整-完整。

圖2 黃竹山隧道大地電磁法二維反演斷面圖

4.3 鉆探、取樣及現(xiàn)場測試

本隧道勘察共布置鉆孔18 個，總進(jìn)尺2124.44m。 其中大于100m 的隧道洞身鉆孔7 個，最深鉆孔SS832 孔深557.63m。

在結(jié)合工程地質(zhì)調(diào)繪、物探解譯成果的基礎(chǔ)上，對構(gòu)造破碎帶、節(jié)理裂隙帶、富水區(qū)、巖性界限段等進(jìn)行鉆探驗證。

對區(qū)域構(gòu)造F55 及物探推測YK96+200 ～YK96+400m 段布置鉆孔SS830， 孔深467.22m， 鉆孔揭示巖芯86～88m、102.7～105m、112.8～120m、140.8～142.6m、147.8～149m、285.9～292m、297.5～299m、314.2～320m 處巖芯較破碎，RQD=10-30%， 可見構(gòu)造角礫跡象并多處孔內(nèi)漏漿，與物探解譯吻合。 對物探推測節(jié)理裂隙密集帶及富水區(qū)YK100+400 ～YK100+700m 段 布 置 鉆 孔SS832， 孔 深557.63， 鉆 孔 揭 示 44.3 ～68m、140.5 ～149.5m、332.5 ～333.6m、450.9～452.4m、506.0 至孔底可見構(gòu)造角礫， 土狀夾層，孔內(nèi)漏漿嚴(yán)重，與物探解釋吻合，可見物探解譯對隧道深孔下部隱伏構(gòu)造有重大的指導(dǎo)作用。

為了充分發(fā)揮鉆孔作用， 對鉆孔同時進(jìn)行孔內(nèi)聲波測試、水位恢復(fù)試驗、抽注水試驗、原位測試、室內(nèi)巖土試驗、地應(yīng)力試驗及巖漿巖段放射性測試，全面獲取了計算圍巖基本質(zhì)量指標(biāo)BQ、滲透系數(shù)及物理力學(xué)指標(biāo)參數(shù)等地質(zhì)信息。

5 勘察成果

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

（1）根據(jù)工程地質(zhì)調(diào)繪、物探、鉆探、取樣及現(xiàn)場測試結(jié)果，隧道圍巖以中-微風(fēng)化（晶屑）熔結(jié)凝灰?guī)r、花崗斑巖為主, 主要不良地質(zhì)及特殊性巖土為隧道進(jìn)出口段的滾石及高液限土，根據(jù)綜合勘察方法分析，隧道洞身圍巖按照《公路隧道設(shè)計規(guī)范》（JTG D70-2004）[6]進(jìn)行隧道圍巖分級，劃分為Ⅱ級、Ⅲ級、Ⅳ級、Ⅴ級，圍巖約占全長比例分別為37.93%、46.90%、14.25%、0.92%。

（2）根據(jù)隧址區(qū)水文地質(zhì)條件調(diào)查及鉆孔水文試驗，對隧道涌水量進(jìn)行估算， 成果表明， 隧址區(qū)為火成巖地段，水文地質(zhì)條件較為簡單，但應(yīng)注意風(fēng)化基巖中網(wǎng)狀裂隙-孔隙水，基巖構(gòu)造裂隙水及巖性接觸帶可能發(fā)生集中涌水，應(yīng)加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報并進(jìn)行防排水措施。根據(jù)估算成果，該隧道單洞正常涌水量Qo約為5963m3/d，最大涌水量Qs為10708m3/d。

（3）隧道區(qū)的水平地應(yīng)力以構(gòu)造應(yīng)力為主，同時表明地應(yīng)力場以水平應(yīng)力為主導(dǎo)，在測試深度范圍內(nèi)，最大水平主應(yīng)力方向為NW307°左右，最大、最小水平主應(yīng)力隨巖層深度均有增大趨勢， 估算最大水平主應(yīng)力為22.78MPa， 最小水平主應(yīng)力為17.02MPa， 自重應(yīng)力為21.81MPa。

地應(yīng)力根據(jù) 《京臺線建甌至閩侯高速公路寧德段黃竹山隧道SS831 鉆孔地應(yīng)力測試報告》[3]， 測試結(jié)果見表2：

表2 黃竹山隧道圍巖可能發(fā)生巖爆的隧道埋深

可見，對于微風(fēng)化晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r圍巖隧道，最大埋深（823m）區(qū)屬于高應(yīng)力區(qū)。 當(dāng)隧道圍巖埋深小于490m時，不會有巖爆發(fā)生；當(dāng)隧道圍巖埋深大于490m 時，有可能發(fā)生巖爆； 當(dāng)隧道埋深超過730m 時有可能發(fā)生中等強(qiáng)度的巖爆，應(yīng)提前做好預(yù)報工作。

（4） 在本線路的工程可行性研究階段做了隧道區(qū)地表的放射性測量，據(jù)區(qū)域《京臺高速公路工程可行性研究階段放射性調(diào)查報告》[4]，未見明顯的地表放射性異常。

6 結(jié)論

黃竹山特長隧道勘察中，充分結(jié)合工程地質(zhì)調(diào)繪、物探、控制性鉆孔驗證，取樣及現(xiàn)場測試等綜合勘察方法，查明了隧道不良地質(zhì)條件， 查明了區(qū)域構(gòu)造及隧道下部的隱伏構(gòu)造、富水區(qū)位置，查明了隧道高應(yīng)力區(qū)可能發(fā)生的巖爆位置，進(jìn)行事先預(yù)報，提前做好防爆防治工作。 通過對綜合勘察方法的總結(jié)，得出以下結(jié)論：

（1）綜合勘察方法不是采用單一、傳統(tǒng)的勘察方法，也不是將各種勘察手段簡單拼湊、疊加，而是在充分分析各種勘察方法的基礎(chǔ)上，互相驗證，以得到科學(xué)、統(tǒng)一的成果結(jié)論。

（2）應(yīng)科學(xué)的遵循先研究區(qū)域地質(zhì)資料，進(jìn)行工程地質(zhì)調(diào)繪，再結(jié)合物探核查，最后鉆探及試驗驗證的勘察程序。但由于物探的多解性，科學(xué)分析物探成果也是非常重要的，它可以充分核查地調(diào)成果，也為鉆孔布置起到良好的指導(dǎo)作用。 而鉆探在獲取全面地質(zhì)信息的同時又可以驗證區(qū)域資料及物探的成果，相輔相成。