謝武平

（湖南省核工業(yè)地質(zhì)局三0三大隊(duì)，湖南 長沙 410119）

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步、成熟，各類勘察技術(shù)在高速公路隧道勘察中運(yùn)用得越來越為廣泛。目前的勘察技術(shù)種類已經(jīng)足夠多了，怎么選擇最合理的技術(shù)，針對(duì)性的解決問題，使勘察成果與現(xiàn)實(shí)更接近，能更好地指導(dǎo)設(shè)計(jì)、施工，是我們應(yīng)該重點(diǎn)研究的方向。

1 當(dāng)前普遍高速公路隧道的勘察現(xiàn)況

我國地質(zhì)環(huán)境非常復(fù)雜，因此高速公路隧道工程項(xiàng)目施工單位在施工時(shí)需要進(jìn)行全面分析，了解隧址區(qū)地質(zhì)情況，明確高速公路隧道勘察的進(jìn)度和質(zhì)量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)水工環(huán)地質(zhì)問題并且采取解決措施[1]，做到動(dòng)態(tài)施工?？v觀當(dāng)前普遍水工環(huán)地質(zhì)的勘察情況總體來看并不算太好，部分高速公路隧道工程項(xiàng)目施工單位并沒有意識(shí)到水工環(huán)地質(zhì)勘察在施工中的重要性，在開始施工前既沒有對(duì)水工環(huán)地質(zhì)勘察工作進(jìn)行科學(xué)的規(guī)劃，也沒有制定明確的水工環(huán)地質(zhì)檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。其次，沒有結(jié)合水工環(huán)地質(zhì)勘察的實(shí)際操作需求，對(duì)勘察人員工作內(nèi)容合理劃分，造成勘察人員的職責(zé)分工混亂，導(dǎo)致水工環(huán)地質(zhì)勘察流程紊亂。并且開始勘察前的準(zhǔn)備工作做的不到位，沒有對(duì)平面圖紙進(jìn)行復(fù)核，導(dǎo)致后續(xù)施工中經(jīng)常出現(xiàn)返工情況。部分勘察人員未經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)，沒有完全掌握專業(yè)的勘察技術(shù)[2]。

2 鐘家山隧道項(xiàng)目情況簡介

鐘家山隧道位于吉安至蓮花高速公路西段，隧道進(jìn)口位于永新縣龍回鎮(zhèn)的劉家村，出口位于蓮花縣升坊鎮(zhèn)的江口村。為分離式長隧道，左線起止里程ZK90+349～ZK92+835，長2486m，進(jìn)出洞口設(shè)計(jì)底板標(biāo)高分別為172.93m和195.0lm；右線起止里程YK90+335～YK92+829，長2494m，進(jìn)出洞口設(shè)計(jì)底板標(biāo)高分別為172.73m和194.82m。

3 鐘家山隧道勘察綜合方法選擇及工作內(nèi)容

基于隧道遭受到的突水突泥現(xiàn)狀，嚴(yán)重威脅施工安全，為此有必要補(bǔ)充相應(yīng)的水文地質(zhì)調(diào)查工作，進(jìn)一步查明隧道周邊的水文地質(zhì)條件，確定突水的來源與主要通道，分析突泥與塌陷形成的原因，為制定隧道安全施工方案提供必要的水文地質(zhì)依據(jù)。工作內(nèi)容如下：系統(tǒng)收集鐘家山隧道勘察的鉆探、物探及施工記錄等資料（包括巖土工程初步勘察及隧道的施工階段勘察），開展遙感地質(zhì)分析，進(jìn)行1:1萬區(qū)域水文地質(zhì)調(diào)查和1：5千專門水文地質(zhì)調(diào)查，運(yùn)用水文地質(zhì)鉆探、物探等工程手段，特別是地下水二元示蹤現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)和地下水化學(xué)、同位素分析等新技術(shù)和新方法，查明隧道周邊水文地質(zhì)條件，突水突泥處地下水來源及其補(bǔ)、徑、排過程，綜合分析突水突泥產(chǎn)生的原因，估算地下水水量，提出突水突泥的方案建議，為突水突泥治理設(shè)計(jì)和施工提供相關(guān)技術(shù)參數(shù)。

4 工作開展情況簡介

4.1 野外調(diào)查

2013年1月15日至4月15日，對(duì)鐘家山隧道周邊進(jìn)行詳細(xì)的水文地質(zhì)調(diào)查，開展以下野外調(diào)查工作：

（1）對(duì)調(diào)查區(qū)內(nèi)主要地層的產(chǎn)狀、巖性組合及地質(zhì)構(gòu)造的發(fā)育情況進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，查明區(qū)域西側(cè)灰?guī)r的分布范圍。

（2）對(duì)工作區(qū)內(nèi)的主要含水巖組及含水性與導(dǎo)水性進(jìn)行調(diào)查，查明區(qū)內(nèi)含水公與地下水的炎型與過要補(bǔ)徑條作。

（3）調(diào)查隧道突水突泥后山頂塌陷的規(guī)模及影響范圍。

（4）測量區(qū)內(nèi)主要溪溝及隧道涌水水量，以查明隧道突水后對(duì)周圍地下水的影響及范圍，對(duì)隧道涌水量的分析提供基礎(chǔ)。

（5）系統(tǒng)采集隧道區(qū)域地表水、地下水水樣，通過地下水化學(xué)、同位素分析等先進(jìn)技術(shù)手段，輔助分析鐘家山隧道地下水來源以及補(bǔ)、徑、排過程。

（6）通過地面調(diào)查，確定水文地質(zhì)條件分析中存在的主要疑問區(qū)，補(bǔ)充布置物探線和水文地質(zhì)鉆孔，進(jìn)一步查清隧址區(qū)構(gòu)造發(fā)育及水文地質(zhì)條件并獲取水文地質(zhì)參數(shù)，為查明突水水源、突水途徑奠定基礎(chǔ)。

（7）根據(jù)調(diào)查獲得的初步認(rèn)識(shí)，對(duì)可能成為隧道突水來源與突水途徑的地區(qū)，布設(shè)2次共4組野外示蹤試驗(yàn)，驗(yàn)證分析隧道突水水源與通道。

4.2 物探

本次物探工作的主要目的是探查鐘家山隧道尚未掘進(jìn)段的地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育特征，為鐘家山隧道區(qū)域水文地質(zhì)條件分析提供依據(jù)。

本次物探工作共布置4條測線，其中2條南北向測線，2條東西向測線，總長3300m，有效測點(diǎn)660個(gè)。測量所用的DUK-2A測量系統(tǒng)最大采集通道為120道，可采用多種測量方式測量，根據(jù)勘探要求，本次測量方式選擇溫納、單邊三極以及施倫貝爾裝置，采用全自動(dòng)數(shù)據(jù)采集。為了獲得更高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，增加反演深度，本次勘察選取5m的密集測點(diǎn)距布極。

4.3 水文地質(zhì)鉆探

共施工4個(gè)水文地質(zhì)鉆孔，并分別進(jìn)行抽/注水試驗(yàn)。

4.4 水化學(xué)分析

本項(xiàng)目啟動(dòng)以來，共進(jìn)行兩批的水化學(xué)樣品采集與測試工作，其中1月取樣13組（編號(hào)zjs），3月取樣16組（編號(hào)xzjs），取樣點(diǎn)分布位置及編號(hào)見圖1，在確定取樣對(duì)象及取樣點(diǎn)位置時(shí)主要考慮了以下幾點(diǎn)∶

（1）盡可能全面控制隧道區(qū)域內(nèi)不同類型的地下水，特別是獲取灰?guī)r裂隙水與砂巖裂隙水的典型水樣，以便準(zhǔn)確確定隧道區(qū)地下水化學(xué)特征的背景值。

（2）針對(duì)隧道突水的可能來源，分別采集隧道內(nèi)的涌水水樣、地下水與地表水水樣，并分析其突水來源。

本次采樣工作中，對(duì)地表水、隧道涌水的采樣點(diǎn)分布較均勻，但是由于灰?guī)r含水層分布范圍較小，且被第四系覆蓋，取樣點(diǎn)較少，取樣受到限制，僅采集3個(gè)與灰?guī)r分布區(qū)有關(guān)的水樣。

本次水樣分析采用離子色譜儀測量主要陰離子組合，采用ICP-OES儀器測定水樣中所有可測的陽離子，并采用滴定法測定了水體中HCO3、CO3離子和侵蝕性CO2，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與可靠性。

4.5 地下水示蹤試驗(yàn)

示蹤試驗(yàn)依據(jù)的原理是水動(dòng)力彌散效應(yīng)，通過在地下水中加入示蹤劑，觀測其運(yùn)動(dòng)距離及彌散范圍，繪制相關(guān)性曲線，試驗(yàn)中可以采用鉆孔將示蹤劑直接注入含水層，也可以借助地表水動(dòng)力將示蹤劑帶入地下水中。對(duì)隧道涌水點(diǎn)來源和渠道的判斷，則可以通過增設(shè)隧道監(jiān)測點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)。

水動(dòng)力彌散是質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)移，設(shè)地下水是穩(wěn)定的一維流，示蹤劑沿正的x方向運(yùn)移，基本微分方程為：

式中：D-彌散系數(shù)；x-示蹤劑運(yùn)移距離；V-水流平均速度；C-示蹤劑濃度；t-運(yùn)移時(shí)間。表示彌散效應(yīng)下示蹤劑的運(yùn)動(dòng)情況，代表的則是對(duì)流或總水流運(yùn)動(dòng)情況。

由式（1）我們不難發(fā)現(xiàn)，示蹤劑濃度和彌散系數(shù)與地下水流速之間是存在一定相關(guān)性的。理論上來說，示蹤劑在地下水中的彌散范圍會(huì)隨時(shí)間推移而擴(kuò)大，并呈現(xiàn)為順?biāo)鞣较虻睦L橢圓形，彌散范圍中心的示蹤劑濃度應(yīng)當(dāng)高于前后兩側(cè)，并為整體濃度的最高值。因此，試驗(yàn)所繪制的濃度曲線也應(yīng)為兩側(cè)大致對(duì)稱的單峰線。

4.6 鉆孔抽/注水試驗(yàn)

鉆孔的抽/注水試驗(yàn)主要用來測定含水層的水文地質(zhì)參數(shù)，并判斷某些其他手段難以查明的水文地質(zhì)條件根據(jù)鉆孔的目的及水位特征，SK1、SK3兩個(gè)鉆孔進(jìn)行三個(gè)落程的抽水試驗(yàn)及水位恢復(fù)試驗(yàn)，SK2、SK4兩個(gè)鉆孔進(jìn)行變水頭注水試驗(yàn)，見圖1。

圖1 鐘家山隧道水文地質(zhì)縱剖面

5 結(jié)論

（1）鐘家山隧道主要受鐘家山-界化壟斷層和F2斷層的影響，其中鐘家山-界化壟斷層為區(qū)域性逆沖斷層，傾向東，傾角較緩，斷層破碎帶寬度較大，達(dá)100～200m；F2斷層為一高角度斷層，傾向西，斷層破碎帶寬度較小，約20～30m。

（2）鐘家山—界化壟斷層、F2兩個(gè)斷層破碎帶巖性均為砂巖夾頁巖，砂巖段導(dǎo)水、頁巖段阻水，使得鐘家山-界化壟斷層、F2斷層帶本身導(dǎo)水，但橫向陽水。由于F5斷層的陽水作用，地下水并未在斷層破碎帶形成水網(wǎng)，同時(shí)也縮小了南部隧道區(qū)域地下水涌入可能影響的范圍。

（3）涌入鐘家山隧道的地下水主要來自賦存在砂巖的風(fēng)化裂隙水及構(gòu)造裂隙水，區(qū)域巖溶水無法構(gòu)成隧道涌水的水源，隧道涌水主要來自于鐘家山—界化壟斷層、F2斷層帶內(nèi)的構(gòu)造裂隙水及由構(gòu)造裂隙溝通的下南灣長流溪溝水與局部砂巖風(fēng)化裂隙水。

（4）隧道突水突泥及地表塌陷的原因是：鐘家山-界化壟斷層、F2兩個(gè)斷層的破碎帶在隧道里程K91+330附近相交，巖體特別破碎，隧道在揭露了斷層破碎帶中的砂巖導(dǎo)水段后，破碎帶內(nèi)儲(chǔ)存的構(gòu)造裂隙水在高水壓作用下噴射而出，帶出破碎帶中的泥土，同時(shí)軟化破碎帶的泥質(zhì)巖類，大大降低圍巖的強(qiáng)度，造成突水突泥及地表塌陷。