隧道勘察（通用10篇）
隧道勘察 篇1
甘塔斯隧道为阿尔及利亚55 km铁路项目的控制性工程,其地质勘察的难点在于泥灰岩与砂岩的分布范围、地下水情况和泥灰岩的地质特性及其对工程的影响,为此,我公司收集了大量的历史资料,进行了详细的地质勘察工作,稳定了地质模型,为该项目的顺利开展作出了积极努力。
1 概况
1.1 工程概况
阿尔及利亚新建铁路B.V.Ei Affroun～KHEMIS MILIANA线起点位于Affroun车站,终点位于KHEMIS MILIANA西部Sidi lakhdar车站,全长约55 km,控制性工程为甘塔斯隧道,该隧道为阿尔及利亚近20年来最大的单项工程。
甘塔斯隧道全长7.35 km,为双线双洞隧道,线间距30 m,最大埋深约400 m,共设2个斜井,1号斜井长530 m,2号斜井长1 060 m。
1.2 隧道地质勘察过程
甘塔斯隧道的APD阶段(相当于国内初步设计阶段)工作已于1991年完成,并提出了地质模型;中国土木工程总公司于2008年委托意大利公司进行了一次地质勘察工作,完成了地质模型;2009年9月,法国SETEC公司完成了基于历史地质勘察资料的地质模型,2009年10月起,我公司开始该隧道的EXE阶段(相当于国内施工图设计阶段)地质勘察工作,并于2010年11月完成了地质模型。
2 EXE阶段地质勘察情况
2.1 主要工作量
本阶段的地质勘察工作主要分为地质调查、钻探、物探和室内实验四部分。
地面调绘约10 km2,调查记录了隧道区地层岩性产状、节理、断层构造、泉水等地表可见的52个地质信息点。
共实施了6个浅孔(孔深25 m～60 m,共计240 m)和1个深孔(孔深293 m),并拟实施第二个深孔(295 m)。
隧道区共实施了大地电磁V8测试长度5 650 m,常规物探11 000 m,综合测井1孔293 m,岩体波速测试293 m。
室内实验主要完成常规物性实验47组,剪切实验29组,膨胀实验62组,抗压实验51组,侵蚀性实验11组,并根据欧洲标准进行了4组耐磨性实验和3组硬度实验。
2.2 地层岩性
2.2.1 洞口区
洞身进口段地表覆盖2 m由第三系泥灰岩风化残积泥灰质黏土,下部为泥灰岩,强风化～全风化层厚约12 m。
洞身出口段地层以泥灰质黏土为主,含较多钙质结核,土体坚硬致密,含砾。
1号斜井洞口段地表覆盖3 m～6 m第三系泥灰岩风化残积泥灰质黏土,下部为泥灰岩夹砂岩,强风化～全风化层厚约10 m。
2号斜井洞口段地表覆盖0.5 m～2 m坡积含砾石黏土,下部为砂岩,局部夹层厚0.3 m～0.5 m泥灰岩,强风化～全风化层厚约8 m。
2.2.2 洞身区
未风化泥灰岩:浅灰绿色,层状,倾角15°～70°,岩体多有破碎,RCS小于5 MPa。
未风化砂岩:属于钙质胶结,成岩性较好,岩体破碎,RCS在25 MPa～32 MPa。
风化泥灰岩:多呈浅灰绿色,浅蓝色,风化程度深的已呈黏土状,RCS在0.7 MPa～1.5 MPa,岩体软弱。
风化砂岩:多呈锈黄色,碎块状,RCS在10 MPa～25 MPa。
2.3 水文地质
隧道范围内地下水以基岩裂隙水为主,主要赋存于砂岩及浅部泥灰岩的裂隙中,接受大气降水的补给,以泉水渗流的形式向外排泄,其出水点多位于泥灰岩和砂岩的接触带,泉水多位于低山区的上部,水量一般小于5 t/d。
深孔钻探显示,深埋段(埋深大于150 m)洞身高程范围内泥灰岩岩体微湿,基岩裂隙水微量,对工程影响较小。
部分浅埋段泥灰岩,特别是进口段,局部夹有薄层砂岩,其作为渗水通道软化附近泥灰岩,使围岩级别降低(水含量在RMR分级中比分较高),易造成洞身较大的塑性变形,个别富水段落甚至有突泥、涌水等风险。
3 历史地质模型及评述
3.1 APD阶段完成的地质模型
由加拿大公司1991年提供的APD地质模型见图1。
该地质模型显示,隧道地层是以白垩系页岩为基底的,上覆第三系砂岩的褶皱发育的复杂地质体。围岩以推测的白垩系页岩和第三系砂岩为主,北端有少部分(约1 000 m)泥灰岩。
3.2 中土委托意大利公司2008年完成的地质模型
意大利公司提出两种地质模型,见图2,图3。
上述两种地质模型显示,隧道地层是以白垩系页岩为基底的,上覆第三系泥灰岩、砂岩的褶皱发育的复杂地质体。围岩以推测的白垩系页岩和第三系泥灰岩为主,隧道两端有少部分砂岩分布。
3.3 法国SETEC公司2010年完成的地质模型
2009年9月,法国SETEC公司根据地质调查和总结,在APD资料和意大利GEODATA综合地质报告基础上提出了他们的隧道地质剖面图,见图4。
该模型反映了一个大胆推测:白垩系盆地基底在洞身范围内并未出现,并剔除了隧道北段历史地质模型中出现的砂岩。而隧道南段的向斜和岩性变化反映了出口段地质更为复杂。
总体隧道围岩以第三系泥灰岩为主,出口段围岩有小部分砂岩。
3.4 EXE阶段完成的地质模型
根据上述三个地质模型及近期的地质勘察工作情况,本阶段确定了如图5所示的地质模型。
通过深孔的地层可以确认,隧道轨底线以下20 m未发现白垩系地层,在物探大地电磁测试中也没有发现与隧址附近白垩系地层吻合的数据,因此,该地质模型总体是个复杂的第三系海相沉积体,砂岩或砂岩夹泥灰岩地层是属于地层时代相对较晚的,总体分布于山体的上部,隧道围岩绝大多数以纯的块状、层状泥灰岩为主。
4 EXE阶段地质勘察结论
4.1 围岩统计
根据本阶段各类地质勘察数据与地质模型综合分析认为,甘塔斯隧道正洞及斜井的洞身地层为第三系泥灰岩和砂岩、第四系坡残积黏性土,地质条件较差。
根据实测的各类地质参数进行围岩RMR分级,隧道的围岩划分为Ⅳ类～Ⅴ类,其中Ⅳ类围岩比例约为40.4%,Ⅴ类围岩比例约为59.8%。
4.2 重要地质敏感及风险区域
借鉴阿尔及利亚东西高速公路工程经验,第三系泥灰岩具有成岩作用差、质地软(Rc<5 MPa)、抗风化能力极差、极易崩解、含水、透水性能极差、膨胀、水稳性差等特点。这些工程特性导致隧道在施工中产生塑性变形、突泥、涌水等地质风险。
隧道进出口段,属于受降水影响,易产生滑坡危害的区域。
V1K104+200～V1K104+350段岩性以砂岩夹泥灰岩为主,为浅埋段并受地下水影响,地质风险较大,有突泥、涌水等风险。
V1K107+700～V1K107+800段洞身处向斜核部,岩体破碎,地下水相对富集,施工中有坍塌、涌水等地质风险。
5 结语
阿尔及利亚55 km铁路甘塔斯隧道的地质勘察工作,由于全面执行欧洲标准规范,已进行近两年,完成了80%的工作,对于地质勘察成果和我公司地质人员专业素质及工作作风,业主和法国监理表示一致的肯定,一定程度上增强了阿尔及利亚国家投资局业主对中国公司的信任,并为我国地质同行执行欧洲标准规范起到了比较重要的借鉴作用。
摘要：针对甘塔斯隧道地质勘察难点,详细介绍了该隧道的EXE阶段地质勘察情况,包括工作内容、地层岩性、水文地质等内容,并结合前期资料确定了相应地质模型,通过分析得出了一些有意义的结论,为后续工作的顺利开展提供了保障。
关键词：隧道,地质勘察,地质模型,地质风险
参考文献
[1]纪鹏,隆威,梅芳.雪峰山特长隧道高分辨率工程地震勘探技术[J].山西建筑,2010,36(1):309-310.
隧道勘察 篇2
物探在隧道工程勘察中的应用
简要介绍在复杂的`地质地形条件下,隧道工程建设中物探勘察方法的选择及浅层地震、电法、声波测井等物探方法的应用和注意事项,为今后隧道工程建设中的物探勘察应用提供参考.
作 者：林厚龙 Lin Houlong 作者单位：福建省物探工程勘察院,福州,350011刊 名：福建地质英文刊名：GEOLOGY OF FUJIAN年，卷(期)：29(1)分类号：U4关键词：浅层地震 电法 声波测井 隧道工程
隧道勘察 篇3
[关键词]山岭隧道；工程地质；勘探
修建山岭区公路隧道可缩短行车里程，提高公路通行效率，不仅节约了宝贵的土地资源，保护环境，并且从根本上免除了公路路线常见的地质灾害，诸如滑坡、崩塌、泥石流、雪崩等道路病害。但是，隧道是地下隐蔽工程，其建设地质环境条件难以完全查明，其稳定性很难作出定量评价，施工中经常会遇到塌陷、突泥、涌水、岩爆、有害气体等不良地质问题，对隧道工程地质勘察质量的要求很高[1]。伴随着我国山区高速公路建设步伐的加快，愈来愈多的山岭隧道都需要修建。这些山岭隧道工程实质上也属于地质工程，它在进行设计、施工过程中、工期计算上、预算造价上，都会受到工程所在地区地质条件的限制。全面了解工程地区的地质状况，可以使隧道工程建设取得事半功倍的效果。所以，积极勘察隧道工程所在地区的地质状况，就有着十分重要的意义。
1.山岭隧道工程地质勘察的工作重点
建设山岭隧道，特别是特长隧道，属于我国山区建设高速公路的重要建筑物类型之一。隧道选址的好坏，可以说决定了一条高速公路质量的高低。从隧道工程所在地地质状况的角度进行分析，山岭隧道地址的确定是否合理，主要是看山岭隧道地址的地质环境是否相对稳定，选择隧址的方案，主要是看一个工程所在地质环境或者工程的地质条件，以及水文地质条件是否更为优越[2]。山岭隧道工程进行地质勘察的重点，是研究隧址对于地形与地貌等各方面的要求，分析隧址区所在的地质环境状况以及地质环境的稳定性，要把重点放在不良或者特殊地质区山岭隧道所在位置的选择，并且预测出可能存在的各种工程地质问题，尤其是山岭隧道工程可能会诱发的环境工程的地质问题，从而为隧道建设奠定基础。
山岭隧道选取地址，首先应当遵循工程地质的选址原则。同时，对于隧道地址，要积极地提出关于工程地质的评价与建议，从工程地质状况的角度，将隧道方案进行对比选择。隧道址选定以后，开展详细勘察阶段工作的主要重点，就是详细查明隧址所在区的地层岩性和地质构造，以及不良地质等各种工程地质条件，还包括对水文地质条件的勘察，然后做出详细客观的分析评价[3]。最后，按照控制隧道的围岩稳定性的各项因素，进行分段确定隧道围岩的级别，从而提供出必要的相关岩土物理力学方面的指标与参数。
2.山岭隧道工程地质勘察的阶段和方法
关于对山区建设高等级公路的隧道勘察，应当严格按照我国公路基本建设的程序，在不同阶段，针对公路地质资料的深度的要求进行分阶段开展。一般山岭隧道的勘察共分为两个阶段，第一阶段为针对初期工程地质勘察工作，第二阶段为针对施工图设计阶段开展的工程地质勘察。关于对于特长的山岭隧道，包括控制路线方案的长山岭隧道，以及在水文状况与工程地质条件特别复杂的山岭隧道，按照原则，还应当开展超前的工程地质勘探和详细的水文地质勘察，以及进行定位观测，该勘察的阶段可以不受设计阶段的限制[4]。隧道开展勘察的方法，应当按照隧道勘察的不同阶段具体的要求，结合隧道所在区的地形、地貌与地质条件的实际情况作出选择。每种勘探方法与手段，都有其自身优点以及多样的适宜性。因此，山岭隧道勘察，应当根据不同阶段与不同地区的实际情况，以及所需采用各种相适合的勘探方法与手段开展综合勘察，以达到尽量缩短勘察的周期，降低工程勘察成本，提高各个勘察工作的精准度的目标。
3.隧道工程地质条件分析评价中值得注意的一些问题
关于隧道工程的地质条件进行分析与评价内容，应当包括全部可能会影响到隧道工程的安全所有的地质问题。除了针对山岭隧道所在地区已发现的工程地质问题，作出认真分析与客观评价以外，还应当认真研究和分析环境工程地质的问题和隧道工程之间存在的相互关系，还要重视隧道施工建设有可能诱发的环境与环境工程的地质问题。对山岭隧道工程来说，主要的地质类问题包括山体滑坡、出现膨胀岩、地层断裂构造以及遇到断层破碎带、产生偏压问题、岩溶、高地温、出现有毒有害气体、放射性等[5]。如果隧道要通过存在以述某种或者几种工程地质的问题地段的时候，就必须对存在的问题开展分析与研究，作出科学客观的评价与预测。
4.结语
山岭隧道工程实际上应该归为地质类工程与隐蔽工程，它需要通过多种资料收集和研究分析工程地质的调绘、物探、钻探以及各种测试的试验等方面，采用综合勘察的方法与手段才能获得比较精确真实的工程地质方面材料。在开展隧道工程地质的勘察过程当中，选择勘察方法，应当根据设计所在的勘察阶段与工程所在区的地质条件进行综合考虑来确定。一般来讲，初级勘察阶段的隧道工程地质进行勘察内容主要包括：通过资料的收集和研究分析、工程地质的调绘、物探手段，同时开展少量的钻探或者测试工作。详细勘探阶段则是以钻探方法为主，将工程地质调绘与物探手段作为辅助，同时开展各种测试与试验工作实施综合勘察。
只有严格按照上述的要求和方法，才能通过综合勘察方法取得控制山岭隧道围岩稳定各项因素，进行分段确定隧道围岩的级别，为山岭隧道的施工布置、各段洞身的掘进方法以及程序、支护以及衬砌类型或者整治工程的设计，提供出详实可靠的工程地质根据。
参考文献
[1]王桃云.山区高速公路工程地质勘察中存在的问题及对策[J].岩土工程界，2009，18（02）：169.
[2]高喜胜，曾春霞.浅析提高公路山岭隧道施工安全的保障措施[J].科技资讯，2011，16（11）：214-215.
[3]马士伟，梅志荣，张军伟.长大隧道突发性地质灾害预警信息系统研究[J].中国安全科学学报，2009，25（05）：183.
[4]刘长平.山岭隧道工程地质勘察评价方法[J].工程与建设，2010，12（02）：307.
江顶寺隧道岩土工程勘察 篇4
江顶寺隧道地处云南省大理市永平县杉阳乡,距永平县约50 km。隧道进口位于澜沧江左岸陡坡,交通不便;出口位于永平县杉阳乡江顶寺坡脚处,距乡村公路约200 m。隧道位置如图1所示。该隧道长1 321.9 m,隧道直径3.5 m,最大埋深176 m,属越岭隧道,江顶寺隧道岩土工程属于中缅油气管道工程的国内段[1]。本次勘察为初勘,该工程重要性等级为一级,场地复杂程度等级为一级,地基复杂程度等级为一级,综合分析确定岩土工程勘察等级为甲级。
2 勘察方案
2.1 勘察目的与要求
勘察的目的是通过工程地质测绘、勘探和物探等方法,初步查明江顶寺隧道的地形、地貌、地层岩性、地质构造、水文地质、不良地质等工程地质条件,搜集了解地震地质条件,并初步查明隧道进出口的环境地质条件,进行隧道工程地质评价,初步确定隧道围岩级别,提出工程措施建议。
2.2 勘察工作的布置
根据江顶寺隧道的自然条件,勘察工作遵循先进行工程地质测绘后勘探的原则,布置了全线1:2 000的工程地质测绘,沿隧道轴线布置大地音频电磁法 (AMT 法)及浅层地震法两种物探方法。沿隧道轴线在进出口及断层带共布置3个勘探孔,并进行原位测试及采取岩土试样进行室内试验。
2.3 勘察内容
2.3.1 调查与资料收集
对江顶寺隧道所处的地形、地貌、气候特征与区域地质进行收集整理,达到开展下一步工作的目的。
2.3.2 岩土勘察[2]
工程地质测绘:隧道全线采用1:2 000 的地形图进行相应比例尺的工程地质测绘,测绘范围至隧道轴线两侧各(300～500) m。测绘方法采用手持GPS结合地形图标志性地物的方法进行定点描述,并用穿越、追索相结合的方法进行工程地质填图。
勘探点、剖面线定位:勘探点定位由测量专业人员首先采用RTK 进行实地放点,然后采用全站仪实测定位;隧道洞身轴线采用RTK,间距20 m进行实地放点,遇地形起伏较大段及冲沟地段加密测放。
钻探:钻探采用2台XY—100和1台XY—200 型钻机施工,根据地层情况,采用双管单动岩芯管和金刚石钻头进行钻进,并用套管与泥浆护及植物胶相结合进行护壁。基岩以上土层采用干钻,基岩内进行回转钻进。开孔口径127 mm,终孔口径91 mm。所有钻孔孔深均钻至隧道底板标高以下(3～10) m,孔深均满足规范和勘察技术指导书的要求。
取样:钻探过程中,在表层含碎石粉质黏土及基岩中采取代表性试样,并立即密封保存,地下水试样在钻孔中采取,所取试样及时送往试验室。
对含碎石粉质黏土进行了标准贯入试验,对断层角砾进行了重型动力触探试验,对中等风化岩样进行物理力学性质试验,并且对环境水样与场地土进行常规的分析,判定了其对混凝土和钢结构的腐蚀性程度。
3 隧道工程地质条件
3.1 地形地貌
勘察区所处地貌单元属侵蚀、溶蚀中山峡谷区,江顶寺隧道位于大理市永平县杉阳乡,测量范围内最低高程为澜沧江水面1 209.5 m,山峰最高点高程2 280.2 m,隧道断面全长约1 321.9 m,走向5°,属越岭隧道。隧道进口位于澜沧江左岸陡坡,进洞口高程1 400 m,比小湾电站最高蓄水位1 243 m 高出157 m,地形向南倾斜,坡度较陡,平均坡度为(80～85)°,洞口基岩出露。隧道出口位于永平县杉阳乡江顶寺坡脚处,地面高程1 524.49 m,地形向北东倾斜,坡度较缓,平均坡度为(25～30)°,表层覆盖层较厚,洞口为农田及杂草。
3.2 地层岩性
根据工程地质测绘及钻探揭示,隧址区分布的地层岩性较复杂,隧道进口外侧澜沧江河谷为第四系全新统冲洪积(Q4al+pl),隧址区表层主要为第四系全新统残坡积层(Q4el+dl),下伏基岩为三叠系上统大水塘组(T3d)、侏罗系(J)及泥盆系下统温泉组(D1w)。其特征分述如下。
① 第四系全新统残坡积层(Q4al+pl)含碎石粉质黏土:
主要分布于江顶寺隧道表层,褐黄色,,稍有光泽,含少量碎石,干强度中等,韧性中等。碎石粒径以(2—5) cm 为主,土石工程等级为Ⅱ～Ⅲ级。
② 第四系全新统冲洪积(Q4el+dl)卵石:
分布于澜沧江两岸坡河漫滩及河床。灰色,磨圆度较好,次圆形,粒径以(50～200) mm 为主,母岩以白云质灰岩、安山玄武岩、板岩等为主,主要以圆砾及粗砂充填。土石等级为Ⅲ级。
③ 侏罗系(J)地层:
主要分布在澜沧江左岸江顶寺隧道进口段,岩性为紫红色砾岩和泥岩、泥质粉砂岩局部夹泥晶灰岩。砾岩呈褐红色,角砾状结构,中厚层构造,钙质、泥质胶结,土石等级为Ⅶ级。泥岩主要呈红色,泥质结构,中厚层构造,泥质胶结,土石等级为Ⅵ级。泥质粉砂岩主要呈红色,粉细砂结构,中厚层构造,土石等级为Ⅶ级。
④ 三叠系上统大水塘组(T3d)泥晶灰岩:
主要分布在江顶寺隧道进口,灰色,隐晶质结构,中厚层状构造,矿物成分以碳酸盐类矿物为主。表层节理裂隙发育,土石等级为Ⅵ级;下部土石等级为Ⅷ级。
⑤ 泥盆系下统温泉组(D1w)板岩:
主要分布在江顶寺隧道出口段,灰黑色,变余结构,板状构造,矿物成分以粘土矿物为主,夹薄层变质砂岩。表层土石等级为Ⅵ级;下部土石等级为Ⅶ级。
⑥ 断层角砾:
主要分布在断层带内,灰黄色,角砾含量60%～70%,粒径以(10—20) mm居多,岩性为板岩、泥岩、砾岩,局部为断层泥及岩屑,偶见断层擦痕。土石等级为Ⅴ级。
⑦ 断层泥:
主要分布在断层带内,灰白色、黄褐色,见断层擦痕。土石工程等级为Ⅱ级。
⑧ 断层碎裂岩:
灰白色,原岩为板岩,变余结构,板状构造,裂隙杂乱, 局部为岩屑岩粉。土石工程等级为Ⅵ级。
J 侏罗系地层 T3d 三叠系上统大水塘组 D1w 泥盆系下统温泉组 1—含碎石粉质黏土,2—砾岩,3—泥岩,4—泥质粉砂岩,5—泥晶灰岩,6—板岩 7—断层角砾,8—岩层产状,9—地层界线,10—实测逆断层
3.3 地质构造
整个隧道都处于澜沧江大断裂带中,受其影响,隧址区发育5 条次级断层,因此,地层产状在进出口有所变化。隧道进口地层倾向一般为25°～44°,倾角30°～50°;隧道出口地层倾向一般为70°～90°,倾角40～50°。场区位于澜沧江断裂带,其次级断裂对管线有一定的影响。经过场区内的工程地质测绘,结合前人成果,对隧道有影响的断层主要为F4—F8 断层。
根据钻探及物探等勘察手段,查明了隧址区地层岩性与断层,如图2所示。
3.4 水文地质条件
分地表水与地下水评价[3]。地表水:隧道进口端为澜沧江,宽约200 m,深约40 m,最大流量为5 844 m3/s,洞口高程比小湾电站设计最高水位1 243 m 高157 m,不会淹没隧道进口,对洞口基本无影响。隧道出口地形平缓,由大气降水及坡面汇水补给,对隧道出口无影响。地下水主要有:
1)第四系孔隙含水层:勘察区内孔隙水主要埋藏于隧道表层及出口含碎石粉质黏土内。其补给源主要为大气降水。
2)基岩裂隙含水层:含水岩组由板岩及泥质粉砂岩等组成。地下水赋存于岩石的风化裂隙、溶蚀裂隙、构造裂隙之中。
3)基岩岩溶水:赋存于下伏基岩泥晶灰岩的溶孔、溶洞中,含水量受溶蚀发育程度决定。主要接受降水及地表水系补给。
本次勘察在ZK5、ZK6 钻孔中取水样2件进行水质分析,根据分析成果按水中腐蚀介质的含量,依据《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)标准,并按Ⅱ类环境类别及土层渗透性能进行判定,其中水对钢结构的腐蚀性评价按照《油气田及管道岩土工程勘察规范》(SY/T0053—2004)进行判定,判定结果见表1和表2。
可得出:场区内环境水对混凝土结构具微腐蚀性,对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性,对钢结构具弱腐蚀性。
4 场地地震效应
根据《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2001)[2008 版]及《中国地震动参数区划图》(GB 18306—2001)国家标准第1号修改单(2008年6月11日):管道所经隧址区的抗震设防烈度为8度,设计基本地震加速度值为0.20 g,设计地震分组为第二组。场区附近澜沧江断裂为全新世活动断裂,对拟建工程将会造成一定影响,工程设计施工时应注意破碎带的超前支护,建议采取地质雷达结合超前探孔进行地质预报,预测断层破碎带地质情况及涌水状况,做到信息化设计及施工。
5 工程地质问题
5.1 隧道围岩完整性
隧道开挖破坏围岩结构状态和原有围岩应力场,人为扰动裂隙岩体、地下水等构成的复杂地质系统,围岩失稳是影响隧道运营安全的主要因素[4]。根据各钻孔及岩样进行声波测井法[5]测试成果,对各岩层分段统计平均值,按《工程岩土分级标准》(GB 50218—94)附录A 计算岩体完整性指数,评价岩体完整程度。根据以上所得测试及计算成果见表3。
结合物探成果确定的风化层、断层等,对洞身附近地质情况进行分析,对洞身附近的低阻体、断层进行推断:在测线中推断有断层存在,施工时应注意透水、塌方等灾害。
5.2 隧道涌水
由于隧道地下水的主要补给源为大气降雨, 根据《铁路工程水文地质勘察规程》(TB 10049—2004)附录B 及《水文地质手册》,本次勘察采用降水入渗法及裘布依理论式对隧道涌水量进行初步估算。
5.2.1 降水入渗法
估算公式:Qs=2.74αWA。
式中Qs为隧道通过含水体地段的正常涌水量(m3/d);α为降水入渗系数,据经验值取0.30; W为年降水量,区内为年平均降雨量为968.2 mm; A为隧道通过含水体地段的集水面积,据1∶1 万地形图,江顶寺隧道通过段地下水集水面积约3.5 km2。
根据以上参数估算结果,江顶寺隧道正常涌水量为2 785.5 m3/d。
5.2.2 裘布依理论式
式中Qs为隧道正常涌水量(m3/d); K为含水体渗透系数,根据经验及注水试验成果K=1.3 m/d;H为洞底以上潜水含水体厚度,取 30 m;(因洞身段未布置钻孔,所以含水体厚度,根据物探及地调综合提出,与实际可能会有所出入);h为洞内排水沟假设水深(一般考虑水跃值),取0.5 m;Ry为隧道涌水地段的引用补给半径,取45 m;L为隧道通过含水体的长度(m),取隧道长度1 000 m;r为洞身横断面等价圆半径(m),取1.75 m;
按照上述公式,按动水及静水共同作用计算出隧道最大涌水量约为33 343 m3/d。根据以上参数估算结果,拟建隧道开挖施工中正常涌水量2 785 m3/d,最大涌水量27 044 m3/d。地下水较丰富,隧道在雨季开挖或通过含水体破碎带时,不排除发生突水可能,建议设置相应排水、导水措施。
6 地质灾害危险性评估
整个隧道场地与地基复杂程度等级为一级,处于澜沧江大断裂带中,受其影响,隧址区发育5条次级断层,因此,地层产状在进出口有所变化。隧道进口地层倾向一般为25°～44°,倾角30°～50°;隧道出口地层倾向一般为70°～90°,倾角40°～50°。并且根据隧道沿线节理统计结果,绘制的节理走向玫瑰花图见图3。
工程地质测绘时见危岩崩塌体、滑坡、岩溶及高地热。其中危岩体可采用清危或者锚索支护。崩塌体量较小,对工程基本无影响。江顶寺滑坡体现处于基本稳定状态,且滑坡滑面较浅,对隧道基本无影响。岩溶基本无影响。高地热对隧道施工影响不大,但需注意通风,防暑降温。本地区已发生的地质灾害种类较少,危害性和危险性亦较小,对于预测的地质灾害,只要隧道工程设计合理,相应的施工措施得当,地质灾害发生的可能性及危害性会大大降低[6]。综合而言, 江顶寺隧道适宜性综合评价为基本适宜。
7 结束语
场区附近澜沧江断裂为全新世活动断裂,工程地质条件十分复杂,对拟建工程有一定影响。工程设计施工时应注意破碎带的超前支护; 采用声波测井法、场地及室内试验等综合勘察手段,查明了隧址工程地质条件,分析了隧址区可能遇到的工程地质问题。
建议在详勘时,首先要加强工程地质测绘,以查明隧址区地质构造,并详细分析地质构造对隧道可能产生的影响。其次要加强勘探工作,详细查明隧道洞身的工程地质条件,进一步查明断层对拟建隧道的影响。最后要加强对隧址区水文地质的调查及试验,特别是断层破碎带的渗透性,以进一步准确预测隧道涌水量,用科学来指导设计施工。
摘要：江顶寺隧道设计条件复杂,勘察单位通过工程地质测绘、勘探和物探等综合勘察方法,初步查明江顶寺隧道的地形、地貌、地层岩性、地质构造、水文地质、不良地质等工程地质条件,地震地质条件和环境地质条件,并进行隧道工程地质评价,初步确定隧道围岩级别,提出工程措施建议。经勘察结果综合分析,江顶寺隧道适宜性综合评价为基本适宜。本次勘察严格遵守相关规定,遵循科学的指导方法,为下步的详勘做了强有力的支撑。
关键词：江顶寺隧道,岩土工程,工程地质
参考文献
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隧道勘察 篇5
编制说明
一、标准制定背景、目的、意义和适用范围
“十五”以来，是广西交通运输发展史上建设规模最大、发展质量最好的时期。按照自治区“发挥西南出海大通道重要作用、建设连接东盟国际大通道和加快推进泛珠三角区域合作”的总体要求，我国正处在公路建设的高速发展时期，根据《广西壮族自治区综合交通运输体系发展“十二五”规划》，到2015年末，全区公路建成通车里程达11.5万公里，其中高速公路约6000公里，一、二级公路约14800公里，其余为农村公路。高速公路运输服务将基本覆盖20万以上的人口城市，85%以上的县城半小时内通达高速公路，公路建设规模巨大。在此背景下，如何科学和合理地解决工程建设中遇到的各类工程技术问题，将极大地影响公路建设的质量、投资和工期，对建设、管理等标准化水平提出了新的要求和挑战。其中，岩溶区隧道的勘察、设计与施工的技术以及成本控制是目前公路建设过程中所面临的风险大、技术复杂的的难题之一。
广西大部为中国西南典型岩溶发育区，地形复杂，山岭绵亘，岩溶发育，洼地密布，素有 “千山万弄” 之称。其地势北西高，东南低，主要的山脉走向呈北西～南东向，主要地貌类型有岩溶峰丛洼地地貌、侵蚀堆积河流阶地地貌及剥蚀丘陵地貌。岩溶地貌是地表水及地下水对可溶性岩石进行溶蚀等作用所形成的地表和地下形态的总称，除溶蚀作用以外，还包括流水的冲蚀、潜蚀，以及坍陷等机械侵蚀过程。在公路建设中，岩溶的存在给隧道工程的施工带来了困难，若不能合理避让或正确处治，在隧道建设过程中将可能发生塌方或突泥涌水等施工地质灾害，造成建设单位、施工单位人员和经济损失，同时可能引起地表水流失、地表塌陷等，从而造成水源枯竭、生态环境恶化等一系列的环境问题，或给后期隧道的运营埋下安全隐患。公路隧道穿越岩溶区必须重视研究岩溶的发育规律及特点，并结合技术与成本两方面综合考虑采取合理的方式进行处治，是岩溶区公路隧道修建的关键点；
对于我区广大建设者而言，目前缺乏相应的地方标准对如何降低岩溶区公路隧道修建的风险、处治岩溶地质灾害及有效控制建设成本等实际问题进行指导；因此根据广西本地岩溶分布规律和发育特点，研究总结、实践检验和修正完善岩溶区隧道勘察、设计与施工的经验并编制成地方标准是目前广西公路建设亟需解决的一个问题。
《交通运输“十二五”发展规划》指出，要全面推行现代公路工程管理，不断提高建设管理水平，推动公路建设发展理念人本化、项目管理专业化、工程施工标准化、管理手段信息化、日常管理精细化。
2011年交通部提出在建高速公路要全面开展施工标准化活动，并印发了《高速公路施工标准化活动实施方案》，相继福建、湖北、甘肃等省也编写了地方高速公路施工标准化管理文件，促进了高速公路建设施工标准化、规范化、精细化，全面提高了公路建设管理水平，取得了较为显著的成绩。同理，开展设计技术标准化活动意义也十分重大，根据国内外研究成果显示，若一个项目若存在节省投资的可能，那么设计阶段可通过标准化的实施，节约的可能性约为88%，而施工中节约投资的可能性仅为12%。本项目的主要意义体现在：编制广西本土的岩溶区公路隧道勘察、设计与施工的地方标准，不仅可以给我区建设、设计和施工单位提供技术上的支持，也能帮助我区建设、施工单位较准确的评估和有效控制岩溶地质灾害在隧道修建过程中带来的成本上的增加和减少对自然环境的破坏，因此，此问题的解决不仅会给广西的交通建设带来显著的经济效益，更重要的是可实现“以人为本，和谐建设”的巨大社会效益。同时，我区大部分隧道分布在岩溶区，该地方标准的编制，还能对今后我国《公路隧道设计规范》的修编增补岩溶隧道方面的相关内容提供技术上的有力支撑。
二、工作简况
1、任务来源
2014年4月，经广西壮族自治区质量技术监督局（桂质监函〔2014〕238号文）审查批准，《岩溶区公路隧道勘察、设计与施工技术规范》列入2014年第二批广西地方标准制定项目计划，项目编号为2014-0243。同时，2014年5月，经《广西壮族自治区交通运输厅关于下达2014年度广西交通运输科技项目及标准化项目计划的通知》（桂交科教发〔2014〕48号）批复，本项目通过2014年度广西交通运输标准化项目立项。
本规范的编写将按照《标准化工作导则 第1部分：标准的结构和编写》（GB/T 1.1-2009）及自治区质量技术监督局地方标准相关规定进行。
2、起草单位和起草人 本标准起草单位：广西交通设计集团有限公司。
本标准主要起草人：唐国军 周祥 邓胜强 林增海 米德才 李敦仁 熊劲松 叶琼瑶 温庆珍 徐龙旺 李洋溢 陈人豪 孙朋雷 陈梅 吴庆全 吴秋军。
3、主要工作过程及工作内容（1）组织分工
广西地方标准《岩溶区公路隧道勘察、设计与施工技术规范》项目任务下达后，主要起草单位制订了编制工作方案，由广西交通设计集团有限公司的专家和技术专业人员参加，成立了编制工作小组，召开了项目编制策划会议并就标准研制任务分工、进度安排进行了明确。负责起草单位主要承担了本标准制定项目立项构思、组织标准编制工作、指导相应的调研和科研工作以及汇报评审和对外协调沟通的任务，技术架构以及标准制订的调研、条文编写、科研测试、技术验证等工作。
（2）资料收集、调查研究分析
编制人员根据任务分工采取调查研究与归纳、工程案例整理、总结完善等三个步骤形成广西壮族自治区《岩溶区公路隧道勘察、设计与施工》的相关规定。一是充分查阅公司相关项目设计及岩溶处治资料，总结以往岩溶处治的经验。二是收集相关数据，分析并进行总结。三是查阅相关国家及行业标准，加强和深化广西《岩溶区公路隧道勘察、设计与施工技术规范》的编制内容和深度，为下一步形成广西地方标准提供必要的指导及技术支撑，核定本规范的范围及内容。（3）标准编写及研讨
为确保标准调研、编制工作的有序开展，项目组根据前期策划会确定的主要内容，根据广西交通设计集团有限公司内评审意见完成工作大纲及编制大纲的编制，并于2015年5月26日召开了大纲评审会。按照评审专家意见，修改完善的大纲作为项目的工作指导，项目组着手开展了相关调研、资料收集工作并逐步编写形成了工作组讨论稿。2018年4月13日，项目组组织召开了工作组讨论会，对工作组讨论稿主要技术内容进行了讨论并修改形成了征求意见初稿。2018年5月5日召开了征求意见稿初稿讨论会，会议上专家提出了精简合并施工部分，增加逃生及救援相关内容，更改适用范围等约48条意见，项目组在认真研究专家意见的基础上，调整了规范布置结构，修改完善了相关内容，并于2018年6月初形成征求意见稿。
三、标准编制原则和主要内容
1、标准的编制原则
本标准的编制遵循国家、行业和广西壮族自治区现行有关标准的规定。在充分调研的基础上，调研了。经过起草工作组成员讨论，确定标准编制遵循以下基本原则：
（1）科学性原则
分析国内标准体系的现状和特点，结合广西境内岩溶隧道的在建及已建的岩溶隧道的建设经验，对已发布的相关标准、规范进行梳理、归纳和分类，建立科学、实用、合理的广西地区岩溶公路隧道勘察、设计、施工技术标准。（2）承接性原则
标准术语尽量与相应国家、国际、行业和地方标准的规定内容相一致，条文未出现自相矛盾的地方。标准技术内容与国家、国际、行业和地方标准兼容，未出现冲突，保证了一致性。标准技术内容中引用其他标准时，已明确指出所引用标准的内容或名称，增强了标准的可读性和可操作性。
（3）可操作性原则
标准的起草充分调研了国内外、广西区内岩溶区公路隧道的建设经验，编写组在此基础上进过反复讨论和修改，编制此标准。标准内容针对性强，可操作性高，易于推广。
2、标准主要内容
《岩溶区公路隧道勘察、设计与施工技术规范》征求意见初稿原来共8章，勘察、设计、施工及建设管理分列编写，在征求意见初稿讨论会上，评审专家认为设计施工分列后重复内容较多，且设计部分为核心部分，建议施工部分进行简化合并。按照征求意见初稿讨论会的专家意见，重新调整了规范章节编排，并补充完善了相关章节。
征求意见稿内容共分17章，还包括了引言。第1章规定了标准的范围；第2章给出了规范性引用文件；第3章为有关术语和定义；第4章为基本规定；第5章为岩溶隧道勘察；第6章为岩溶区公路隧道总体设计；第7章为岩溶区公路隧道结构设计；第8章为岩溶不良地质处治设计;第9章为岩溶区公路隧道防水与排水;第10章为辅助施工措施;第11章为开挖、支护与衬砌；第12章为逃生与救援；第13章为信息化设计与施工；第14章为辅助坑道及预留洞室；第15章为隧道工程设计安全风险评估；第16章为隧道施工安全风险评估；第17章为建设管理；
四、标准主要内容的确定依据
本标准在现行行业标准《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）及《公路隧道设计细则》（JTG/T D70-2010）、《公路工程地质勘察规范》（JTG C20-2011）、《公路隧道施工技术规范》（JTG F60-2009）、《公路隧道施工技术细则》（JTG/T F60-2009）等规范、标准的基础上，通过对广西地区岩溶隧道的建设实践经验的总结，研究吸收了国内外岩溶隧道建设的相关科研成果和实践经验，形成了广西地区岩溶区公路隧道勘察、设计及施工技术规范。
1、标准名称
标准名称为“岩溶区公路隧道勘察、设计与施工技术规范”，属于工程建设标准，该名称将主要范围限制在公路隧道，涵盖了岩溶隧道建设的勘察、设计、施工三个阶段。征求意见初稿讨论会上专家提出将规范名称调整为“岩溶区公路隧道技术规范”，该名称更贴合本标准的内容。考虑到标准名称需审定会上才能作调整，征求意见稿阶段暂时维持规范名称不变。
2、范围
本标准规定了广西壮族自治区境内处在岩溶地质条件下的钻爆法新建及改扩建高速公路、一级公路、二级公路、三级公路山岭隧道的勘察、设计、施工及管理相关技术要求。广西壮族自治区境内处在岩溶地质条件下的钻爆法山岭市政隧道，可参照本标准使用。
3、术语和符号
本标准增补了释能降压、抗水压复合式衬砌、隐伏溶洞等相关术语。4 基本规定
本章从宏观上规定了标准所遵循的基本原则。
5、勘察
5.2.3条：公路隧道应根据隧道与当地洼地标高的关系、地下水的补给条件、地表水丰富程度及其与隧道主要含水层水力联系密切程度、主要含水层和构造破碎带的富水性、导水性、第四系覆盖情况以及水文地质边界的复杂程度，将隧道水文地质条件分为简单、中等、复杂三类。
5.2.6条：岩溶区隧道勘察工作十分复杂，通过对以往广西岩溶区公路隧道勘察工作的总结分析，结合现行的相关规范及标准，认为对岩溶区公路隧道按隧道长度、地形地貌、岩性、地质构造、水文地质及岩溶发育程度等因素进行勘察等级的划分十分必要，能更有效的指导勘察工作的开展。
5.4.3：地质构造是岩溶发育的最主要控制因素，因此，地质构造调查是岩溶研究中最重要也是难度最大的一项工作。岩溶研究及工程实践表明，大褶皱构造中的背斜倾伏端、向斜翘起端以及褶皱转折端等部位是岩溶强烈发育部位；断层和大结构面、褶皱轴部是地下水活动强烈、岩溶较发育的部位。因此，构造地质调查就是要在水平方向上，把控制岩溶发育的褶皱、断层、结构面的位置、展布方向调查清楚，查明这些部位的岩溶洞穴、地下河的发育情况；在垂直方向上，要查明岩溶发育的期次及其与地壳垂直升降的关系。通过上述研究，确定隧道所处的地质构造环境，评价主要工程水文地质问题的风险，为方案调整和优化提供支持。
隧址区岩溶及岩溶水调查是岩溶隧道的重要勘察内容，通过对隧道区及其临近区域的岩溶现象开展系统调查，结合地质构造、水文地质调查结果，进行综合分析，可得出隧址区岩溶发育的强度，预测可能存在的主要岩溶不良地质及施工地质灾害。不同岩溶地貌区岩溶现象的类别及其组合、发育程度会有所差异，开展岩溶现象调查之前，应确定隧址区的岩溶地貌类型及其岩溶和岩溶水特征，确定调查的内容和重点。6总体设计
隧道总体设计是岩溶区隧道设计的重要一环，目的是从宏观概念上对隧道设计进行把控的，贯彻岩溶区隧道设计的“安全、经济、适用”原则。
6.1.2条、6.1.3条:岩溶隧道的勘察设计是一项复杂的系统工程,需要综合地形地貌、工程及水文地质条件，并考虑施工及运营需要，从而可以采取合理的工程技术方案及措施，保障岩溶区公路隧道的施工及运营安全。
6.1.4条：由于地形地貌条件的限制，灰岩区隧道洞口时常需要从悬崖峭壁下方穿过。由于地形、地貌及前后接线或其他构筑物的条件限制，高标高直接从悬崖下穿过时有发生，且悬崖下通常为破碎堆积的坡体这个施工场地的布设、出渣带了了困难，因此线位应从宏观上考虑施工组织的便利性，或采取诸如施工导洞等解决施工组织的措施。
6.1.5条：广西地区岩溶区地形地貌主要以峰丛地貌为主，突出的山体和洼地交相分布，岩溶洼地通常也是岩溶地下水的垂直通道，鉴于此岩溶区隧道尽可能在洼地露头，控制隧道规模，尽量避免穿越岩溶洼地，是宏观上降低岩溶风险、减小对地下水系影响的一种措施。
6.1.6条：隧道岩溶风险具有隐蔽性、不确定性等特点，设计阶段较难完全摸清楚岩溶的发育的情况，因此重视岩溶发育区的选线工作显得非常必要。岩溶地质选线是一种宏观控制岩溶风险的措施，属于宏观的概念设计，力求避开岩溶负地形，水平径流带，并在风险和成本之间找到一个平衡点。
6.1.7条：由于线形指标、地形地貌、地质条件、环保要求、区域发展需求等因素影响，山区要完全避开岩溶发育区是不现实的。在无法避开岩溶发育区时，概念设计和工程措施并重成为保障岩溶隧道施工及运营安全的重要一环，需要从勘察、设计、施工上及运营维护上采取一些必要的措施。
6.2.1条：隧道选址是一项宏观概念设计的部分，本条强调了一些隧道选址的设计事项，目的是引起设计人员重视隧道选址，使得设计人员尽可能从宏观上避开岩溶发育区。6.2.2条：岩溶区水环境脆弱，岩溶隧道的开挖可能对地表生态造成影响，因此需要尽可能的避免采用可能对生态环境有影响的线位，无法避免时，则需要采取切实可行的工程措施。
6.2.3条：设计阶段避开已发现的岩溶洞穴时应留有一定的安全厚度，该安全厚度利于开挖过程中应力调整，保障溶洞自身的稳定，同时也能减小溶洞对支护结构的不利影响。确定溶洞壁的有效安全厚度需要考虑溶洞发育形态、围岩性质、初始地应力以及开挖施工等多种因素，考虑隧道工程的复杂性，目前较难给出准确的值。两车道隧道在工程实践中，通常要求保证岩溶完整基岩厚度8m以上，隧道顶板也有要求不小于5m完整基岩的情况，考虑到隧底悬臂时受力与隧底溶洞为拱形时受力情况不宜，故规定隧底也要求完整基岩为8m，有可靠资料时也可减少。三车道开挖后影响范围更大，故规定有效安全厚度约为两车道的1.5倍。鉴于大型规模的溶洞的发育情况异常复杂，因此表中的数值仅仅适用于中小规模溶洞，大型规模的溶洞有效厚度要去宜结合工程经验，必要的定性及定量分析，并综合评估确定。
6.2.4条、6.2.5条：岩溶洼地处排水能力通常有限，在隧道建设过程中，岩溶洼地内洪水猛涨几十米的案例也常有，隧道布线标高宜高于岩溶洼地洪水位（该洪水位应考虑公路建设），并应考虑隧道内的排水。受条件限制时，设置泄洪通道，降低洪水位后可适当放宽。
6.3.3条：隧道左右洞之间的中夹岩受到左右洞施工的反复影响，保持一定的中夹岩厚度，能降低隧道左右洞之间的相互干扰，避免岩溶发育影响区规模逐步扩大。6.3.6条、6.3.7条：关于隧道纵坡的形式，目前存在多种不同的意见。隧道纵坡采用人字坡时对运营通风不利，但是人字坡利于施工及运营期间的排水。考虑到岩溶地下水发育较难摸清，综合考虑隧道规模，作出特长隧道宜采用人字坡的规定。
隧道内设置竖曲线时原则上需要设置凸曲线，随着山区公路的建设逐步向复杂地形地貌及水文地质区域推进，隧道平纵组合布线要符合规范要求越来越困难，因此可以考虑适当放宽，但不允许设置反坡的凹曲线，因为反坡凹曲线会造成壅水，水压升高，对隧道结构及隧道路面稳定性及运营均具有较大的影响。
6.4.5、6.4.6条：隧道横断面的设计在保障建筑限界的需要的基础上，可根据实际情况做一些适当优化，以利于结构安全和施工便利。增大仰拱曲率可以改善结构受力，利于将水压的径向荷载转化为轴力，岩溶洞穴处在隧道范围内时，也可适当加宽断面，利于横跨板的设置。
6.5 岩溶处治费预估
广西区的大量建设经验显示，岩溶处治费用是不可避免的，而且往往占比很高。本规范编写组之前的岩溶课题中对广西在建项目进行了统计，实际发生的岩溶变更费用大概在10%~30%的造价之间。岩溶处治费用除了一般的土建费用外，还会有些由此衍生出来的配套费用，因此岩溶处治费宜结合地区经验，并适当考虑各类衍生费用。7结构设计
7.1.2条：由于隧道是一种处于半地下空间的结构，由于各种因素的不确定性，隧道结构设计的更需要重视工程经验的运用，尤其是初期支护的设计，同时应重视动态设计工作，及时调整支护，使支护与环境相适应，保障安全。
7.1.4条：岩溶不良地质段与正常段做好过渡，是保障空间协同受力的一种重要措施，利于溶洞及隧道的稳定。
7.2.3、7.2.4、7.2.5条：关于岩溶填充物对隧道衬砌的作用，目前尚无明确的说法，在广西以往的岩溶隧道建设过程中积累了许多关于岩溶填充物的经验，主要包含：
（1）岩溶填充物强度较高、以硬塑状为主并混有大量块石且埋深满足要求时，可按照深埋松散围岩压力计算，其他情况的岩溶填充物段按照浅埋松散围岩压力计算松散围岩压力最大值。
（2）隧道两侧及拱部均处于岩溶填充物区时，可按照岩溶填充物的性质进行围岩划分，并据此围岩级别按照现行《公路隧道设计规范》的经验公式进行深埋、浅埋松散围岩压力计算。
（3）隧隧道两侧为IV级以上围岩，拱部为岩溶填充物时，可按照岩溶填充物对应的围岩进行深埋、浅埋松散围岩压力计算，并可考虑两侧围岩的有利作用折减松散围岩压力。
（4）隧道穿越的岩溶填充物位于稳定的溶腔内时，可仅考虑围岩填充物的作用，按照岩溶填充物对应的围岩级别及填充物高度情况进行深、浅埋松散围岩压力计算。
（5）隐伏型岩溶填充物、局部揭露的岩溶填充物以及其他复杂类型的岩溶填充物的松散围岩压力作用需结合溶洞围岩性质、填充物分布厚度、有效溶洞板厚等条件采用定性及定量分析方法按照最不利原则确定。
7.2.8条：作用在衬砌上的水压力主要地下水环境及岩体物理力学性质息息相关，以少量裂隙水为主的隧道段落，由于隧道排水系统的存在，通常能及时排走，对隧道衬砌造成的水压力可忽略。在地下水量较大时，不能及时排放时就会形成水压，地下水压的大小与地质环境息息相关，渗透系数较小的围岩段，水头衰减快，对衬砌产生的水压力小，反之水头衰减满，对隧道造成的水压力大。
7.2.11条：关于落石荷载的计算目前计算方法也较多，其中比较常用的是路基手册法、铁路隧道手册法、Kawahara 法、Labiouse 法、杨其新法，各种方法各有优劣。由于溶腔内的落石接近自由落体，采用铁路隧道手册法进行计算更为合理。铁路隧道手册法计算主要是利用冲量定律，一维波动方程，能量守恒推导的，其物理概念明确，使用经验上也较为丰富，因此本规范推荐采用铁路隧道手册的计算方法。
7.3.1条：隧道结构设计的经验性较强，隧道结构实际受力的影响因素多，影响机理极为复杂，目前无论是采用荷载—结构计算法或者地层—结构计算法都无法完全准确的预测隧道结构的内力情况。松散围岩中，通常隧道衬砌安全风险较大，从目前的建设经验来看，采用荷载—结构法进行内力计算安全富余系数较高，可靠性也较高。
7.3.2、7.3.3条：采用荷载—结构法时，围岩与隧道的相互作用可以采用弹性抗力反应，由于岩溶空腔回填质量较难控制，保险起见，不宜考虑该段落的弹性抗力。由于临空面的存在，溶腔壁受到施工开挖影响较大，其弹性抗力较其他完整段落差，故宜适当折减。
7.4.1条：岩溶地下水系统较为复杂，当岩溶隧道处在高水压区或岩溶水季节交替区时，通常较难通过引排地下水解决水压问题，且地下水过量引排也可能对生态环境造成影响，故本条建议采用抗水压复合式衬砌。抗水压复合式衬砌应综合采用注浆降低围岩渗透系数，回填防水砼降低管道渗水量，同时要考虑结构的自防水及完善的排水系统。
7.4.2~7.4.5条：隧道衬砌的断面宜接近圆形，这样利于隧道结构将径向水压转换成轴力，由于隧道衬砌的抗压强度远大于抗拉强度，水压在一定范围时，对衬砌结构是有利的。存在高水压段落的岩溶区，通常属于管道型岩溶水，不采取必要的措施，水压对隧道衬砌的作用非常大，不利于结构稳定，因此宜采取辅助堵水措施。
7.4.7条：抗水压衬砌段处治费用较高，况且也不是每个段落都需要设置抗水压衬砌，因此抗水压衬砌段和非抗水压衬砌段就存在过度问题。在抗水压衬砌与非抗水压衬砌段设置端头，利于增大水压绕流路径，降低对非抗水压衬砌段的影响。
7.5.6、7.5.11条：近些年来，隧道二衬混凝土的耐久性引起了行业的重视，隧道二衬的混凝土等级由以前的C25逐步提高到C30。混凝土强度提高后，不仅对隧道的耐久性有利，而且由于混凝土密实度提高，其抗水压能力也有所提高。目前行业现行《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》对隧道的衬砌结构的混凝土标号作了规定。实际上隧道内更多的是属于非永久性干湿交替环境（B类），按照行业规范其满足混凝土耐久性要求的砼等级为C35。考虑到岩溶发育区的复杂性，从百年大计的角度出发，适当提高混凝土等级及裂缝控制要求，虽然增加一些造价，提高隧道的耐久性抗渗能力是值得的。8 岩溶不良地质处治设计
8.1.1~8.1.6条：岩溶不良地质的处治设计需要综合考虑岩溶的形态，岩溶不良地质存在的情况，考虑沉降、偏压等多种因素。
8.1.7条：岩溶区野蛮施工时有发生，野蛮施工不仅仅给前期数据收集造成了困难，也给建设各方分析岩溶对隧道的影响，可能存在的安全隐患，可行的处治方法带来了困难。因此，规模较大的溶洞，在安全有保障的情况下，应首先保留第一现场。
8.1.11、8.1.12条：岩溶区隧道碰到复杂溶洞时有发生，通常一时也较难处理，为了满足工期要求，保障施工安全，可采用绕避施工的方式进行处理。
8.2.1~8.2.6条：中小型干溶洞相对容易处理，处理上大致按照“有条件清除填充物、回填、加强排水”的理念进行，中小型干溶洞的处治应重视回填质量，避免空洞的存在。
8.3.2、8.3.4条：大型溶腔壁的稳定性直接关乎隧道的安全性以及采取的处治措施，因此分析评估隧道溶腔壁的稳定性至关重要，溶腔在隧道施工过程中有坍塌风险时应加固溶腔或采用其他切实可靠的措施。溶腔加固可根据规模和形态采取喷锚支护、钢筋混凝土梁、柱支顶、局部围岩清除等多种措施。8.3.6条：隧道底部溶洞底板可靠厚度比较薄，不满足隧道稳定性要求时，进行处治存在较大的难度，也有一定的安全风险。有条件时可以采用爆破隧底溶洞底板的方法，使得爆破形成的大石块填塞溶腔，由于大石块之间存在缝隙，填塞后的溶洞也存在一定的过水能力，溶洞内无水或过水量较小时，是可行的。另外，爆破隧底溶洞顶板后，也给进一步的处治提供了施工空间，利于全面进行处治。
8.3.7条：隧道掌子面前方拱顶存在隐伏溶洞，且隧顶溶洞底板有效厚度不足时，施工期间至隐伏溶洞处，由于施工爆破、机械等扰动极易造成溶洞底板失稳，影响隧道安全，因此应加强超前稳定措施，适当泵送混凝土砼后，能形成类似于板的作用，逐榀开挖，架立钢架后能保障施工安全，是一种既方便施工，也较为经济合理的超前措施。
8.3.10条：大型溶腔稳定性无法保障时，采取回填砼后反开挖是一种性质有效的方法。
8.3.11条：大型干溶洞与隧道相交的口部是稳定性的薄弱点及应力集中区，通过适当加强相交的口部利于隧道结构及溶腔的稳定性，一般情况下每侧加强范围可取大于10m，由于相交口部应力集中复杂，宜结合洞壁稳定性合理设置锁口等进洞支护措施，保障进洞施工安全。
8.3.13条：大型干溶洞工程地质及水文地质极为复杂时，宜进行专项设计，通过搜集资料，分析评估，群策群力确定合适的方案。
8.4.3条：富水岩溶填充物由于其强度低，流动性，具有突水涌泥的高风险性，为了保障施工安全，在施工到富水岩溶填充物段前应采取一些必要措施，降低施工安全风险。为了保障采取安全措施前的施工安全，安全岩盘至关重要。降低富水岩溶填充物的安全风险，通常可采用提前钻孔引排水等释能降压手段。
8.4.7条：岩溶填充物不可清除时，由于岩溶填充通常较为松软，性质分布不均，其沉降及不均匀沉降，地基承载力不足问题较为突出，因此有必要对岩溶填充物隧道地基进行处理。处理方法通常需要结合施工期间的稳定性，处治效果及残留风险综合考虑。
8.4.8条：增设变形缝主要是考虑到岩溶填充物与基岩的性质不同，尽可能减少沉降差对衬砌的影响。当隧道处治未处治到岩溶填充物底部时，存在残留变形的影响，此时宜分析残留变形的可接受程度，并尽可能将变形留在初支上，减小工后沉降。
8.5.3条：隧道穿越暗河或隧道影响区存在隐伏暗河时，与隧道的位置关系复杂，处治方法也不尽相同，总体来说就是要遵循“保障溶腔稳定、合理止水”。
8.5.4、8.5.5、8.5.6条：岩溶地下水的处治，应尽可能的维护原有地下水路径，减小对生态环境的影响。9 防排水设计
9.1.5条：岩溶区地下水环境复杂，地表生态系统脆弱，因此需要考虑地下水排放对地表的不利影响，当岩溶区地下水排放对生态环境及村落居民生产生活造成影响时，应采取限量排放、堵水及其他减小地下水渗漏的措施，以减小对生态环境的影响。
9.2.4、9.2.5条：岩溶区隧道的防水是一项系统工程，除了普通的防水手段外，还要尽量营造条件，减小地下水渗漏量，同时尚需要及时排走渗漏的地下水，避免积聚。
9.3.3条：中央排水预制圆管长期用作隧道排水设施，在使用中中央排水管也暴露出一些缺点。其中施工期间淤塞后不易清理是一个比较大的缺点，因为淤塞，中央排水管的排水能力受到了削弱，运营期间水量较大时就容易造成隧道路面反水。岩溶地下水系统极为复杂，目前预测岩溶涌水量的方法更多的是停留在半经验半理论阶段，且主观性较强，为了保障运营期间的排水能力，中央沟排水能力宜留有一定的富余，一般情况下宜大于2倍。
9.3.4条：广西分布的岩溶峰丛地貌区岩溶隧道，隧道进出口一般均为洼地，洼地排水不畅时往往会造成洪水位很高，设计上要考虑合适的路线标高，并考虑公路建设造成的库容减小的不利影响，保障洪水不涌入隧道。隧道内设置排洪通道是非常不利的，一是排洪通道的尺寸通常比较大、造价也比较高，且洪水从隧道内过可能造成路面等开裂，从而涌水，对行车安全非常不利，况且到洪水位达到隧道处标高时，此时公路的安全风险已经极高，因此不建议利用隧道作为过水通道。
9.3.6条：广西岩溶区隧道运营期间出现路面的冒水现象时有发生，考虑到岩溶水发育情况的隐蔽性，设置透水层利于及时排走隧底没有发现的岩溶出水口的出水，降低隧道路面下水压作用，利于保障运营安全，由于无砂大孔砼工程量与取消掉的调平层基本相当，对工程造价的影响也较小，故建议岩溶区宜考虑无砂大孔砼透水层。9.5.2条：在隧道洞口设置长下坡时，对控制隧道路面水不往隧道内流造成困难，因此不宜设置隧道洞口低于洞外路基的长下坡。考虑到建设条件日趋复杂，不可避免的会胖到长下坡问题，此时路线、路基、桥梁、隧道等相关专业宜协同设计排水系统，以更好的保障排水顺畅。辅助工程措施
岩溶不良地质段落隧道施工辅助措施非常重要，采取合理的施工辅助措施，做好施工组织计划，尽可能避免岩溶不良地质带来的安全风险。
10.1.1条，采取辅助施工措施对施工安全是有利的，但由于后期的老化，耐久性问题，以及拆除等，辅助施工措施对支护结构的永久性安全的贡献是有限的，从安全的角度来说辅助施工措施可不考虑其对支护能力及结构的永久安全影响。但对于像注浆堵水，混凝土回填管道堵水等，其耐久性就较好，可考虑其有利作用，计及二衬水压的折减。
10.3.1、10.3.2、10.3.6条：岩溶隧道突水涌泥是一种危害很大的地质灾害，针对岩溶隧道的突水涌泥，要立足于预防，减小突水涌泥发生的可能性。突水涌泥发生的直接原因就是溶腔泥水混合物储存了可观的重力势能。隧道开挖使得泥水混合物失去支撑后，重力势能瞬间释放，其破坏力极为可观。从预防的角度来说，首先就是要尽可能减小泥水混合物储存的能力，采用可控的引排措施是一种行之有效的措施。一般情况下引排措施可采用钻孔，当效果不理想时也可设置泄水降压洞。
10.3.7条：涌水突泥后，岩土体形成一个临时的稳定体。此时贸然采取清楚措施，可能会造成突泥体失稳。11.开挖、支护与衬砌
岩溶隧道的开挖应重视爆破设计和施工方法的调整。岩溶不良地质区需要采取扰动小、风险低的施工方法，并适当加强支护，保障施工及运营安全。施工开挖前应最好施工组织，采取必要的排险措施，降低施工安全风险。
岩溶隧道的支护与衬砌需要及时进行初期支护，岩溶不良地质段落二次衬砌的施作时间应该根据初期支护的稳定性，岩溶不良地质的影响情况综合确定。12 逃生与救援
岩溶不良地质条件下，做好施工组织及逃生救援应急预案，参见各方协调联动，以人为本，降低生命危险。13 信息化设计与施工
13.1.1条：由于地质条件的复杂多变，综合考虑成本，收益等多种因素，隧道的动态设计显得尤为重要。动态设计需要在超前地质预报、监控量测等基础上，综合分析判断，及时调整施工方法及支护参数。
13.3.3条：超前地质预报及监控量测是隧道设计中的一项重要内容，是隧道动态设计的重要基础，因此需要重视动态设计及监控量测。鉴于岩溶隧道发育的不确定性，存在未能发现隐伏溶洞的情况，隐伏溶洞无论对施工还是运营安全均具有一定的隐患，因此超前地质报工作增加这一项内容是由必要。关于隐伏溶洞的探测，目前还是以物探结合施工探孔的手段进行处理。隧道工程设计安全风险评估
设计阶段的风险评估包括风险源识别，风险评测以及风险控制措施等部分。岩溶区的风险评估与普通隧道的风险评估方法大致一致，但应重视岩溶风险源在整个隧道风险体系中的分量。隧道施工安全风险评估及风险管理
施工安全风险评估是岩溶不良地质风险管理的重要内容，施工单位要做好岩溶不良地质风险的识别、风险控制措施落实，监控预警的运转，抓住有利时机及时处置岩溶不良地质。建设管理
业主、施工、监理、设计各方应落实相关责任，做好岩溶不良地质的风险控制，降低安全风险。
五、主要试验（或验证）的分析报告、相关技术和经济影响论证、预期的社会经济效益分析
本标准在研究过程中坚持以科技创新为抓手，通过对岩溶区公路隧道修建各阶段的特点提出创新要素和创新内容进行选择、集成和优化，将我区在岩溶区隧道修建方面摸索出的经验与其他省区和行业的成功案例结合起来提升为成熟、先进、经济、实用的地方标准的型式体现出来，形成一整套适合广西岩溶区公路隧道修建的勘察、设计与施工标准技术体系，不仅有利于科研成果的推广与应用，可有效促进科研成果技术的深化、完善，并带来经济上的效益。
本标准在广西岩溶区公路隧道建设中大力推行新的管理、设计和施工理念，构筑起科学系统的岩溶区公路隧道建设标准化技术体系，进一步提升我区岩溶公路隧道建设水平，切实降低岩溶区公路隧道建设的风险，有效控制岩溶区公路隧道建设成本、提高经济效益、保障工程结构和人员安全，并提高工程质量、建设速度与管理水平，努力向“建设与环境相和谐的高速公路”的理念靠拢，能够提高认识、总结经验，对建设资源节约型和环境友好型公路交通具有重要的经济价值和社会效益。
六、与有关现行法律、法规和标准的关系
本标准遵守《中华人民共和国标准化法》等相关法律规章。基本术语、符号按照国家标准《工程结构设计通用符号标准》（GB/T 50132-2014）和《道路工程术语标准》(GBJ 124-88)的规定采用。
本标准还借鉴、引用了以下国家、行业标准，包括： 《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）,《公路路线设计规范》（JTG D20-2017），《公路工程地质勘察规范》（JTGC20-2011），《公路隧道施工技术规范》（JTG F60-2009），《公路隧道施工技术细则》（JTG/T F60-2009）《工程岩体分级标准》（GBT 50218-2014），公路桥梁和隧道工程设计安全风险评估指南（试行），公路桥梁和隧道工程施工安全风险评估指南（试行）。
七、本标准的实施建议
煤层采空区隧道的勘察设计 篇6
1 煤层采空区的变形机理及特征
1.1 变形机理
1)跨落带:
采煤引起上覆岩层破裂并向采空区跨落形成跨落带,其高度与煤层产状、煤层上覆岩层物理力学指标及开采方式等多种因素有关。倾角小于55°的煤层,其上方跨落带的高度可按下式计算:
Hm=(M-W)/[(K-1)·cosα]。
其中,M为煤层采厚;W为跨落过程中顶板下沉值。煤层垫板上覆极坚硬岩层,开采后能形成悬顶时,W=0;K为跨落岩石碎膨胀系数;α为煤层倾角。
2)导水裂缝带:
跨落带上方一定范围内的岩层发生断裂,且具有导水性,能使上覆岩层中的地下水流向采空区,这部分导水断裂岩层范围称之为导水裂缝带。倾角小于55°的煤层,其高度可按下式计算:
其中,m为岩性系数,坚硬30,中硬20,软弱10;n为岩性相关系数,坚硬10,中硬10,软弱5。
3)弯曲沉降带:
导水裂缝带以上岩层变形小,其变形量在围岩的弹、塑性范围,则岩层只产生弯曲和下沉,称之为弯曲沉降带。其高度为导水裂缝带至地面的距离。
1.2 变形特征
1)由于开采范围窄小,地表不产生移动盆地,但其开采深度浅、顶板又任其跨落,故地表变形剧烈,大多产生较大的裂缝、台阶和陷坑。2)地表裂缝带常与开采工作面的前进方向平行,随工作面的推进,裂缝不断向前发展成平行的裂缝。裂缝一般上宽下窄,两边无显著高差出现。
2 煤层采空区对隧道的危害
具体表现在几个方面:1)支护结构变形、失稳甚至坍方。2)结构沉降、危及结构及运营安全。3)涌水、突泥。4)积聚瓦斯。5)造成隧道整体失稳。
3 采空区对隧道的危害评价
3.1 Ⅰ级(无影响)
采空区距隧道拱顶以上距离大于h时,可认为采空区对隧道无影响,隧道可采取正常的工程措施下穿采空区,h值可参照深埋隧道的垂直松弛压力高度值来确定(见图1a))。
3.2 Ⅱ级(轻微)
采空区距隧道拱顶以上距离大于2 m,此类采空区可能聚积地下水以及瓦斯气体,隧道开挖爆破可能造成涌水、突泥甚至瓦斯涌出,但可通过较为简单的工程措施来下穿采空区(见图1b))。
3.3 Ⅲ级(较重)
采空区距隧道拱顶小于2 m,距拱顶以下小于3 m时,此类采空区隧道掘进过程易出现拱部支护变形、拱部坍方,涌水、突泥及瓦斯气体等危害,隧道施工需采用可靠的施工方法,如非爆破法,拱部支护加强等措施来通过(见图1c))。
3.4 Ⅳ级(严重)
采空区位于隧底以上,此类采空区隧道掘进过程易出现支护整体变形、偏移甚至坍方,涌水、突泥及瓦斯气体等危害,处理该类采空区工程措施复杂、施工难度大(见图1d))。
3.5 Ⅴ级(极严重)
采空区位于隧道洞身及隧底以下,此类采空区易使支护结构变形、偏移、沉降甚至坍方,处理措施复杂、难度极大、运营期间存在安全隐患(见图1e))。
4 采空区隧道的勘察
1)查明煤层的分布范围、开采和停采时间、开采深度、厚度和开采方法,主巷位置、大小和塌落、支撑、回填、充水、瓦斯积聚情况等。2)查明地表陷坑、裂缝的位置、形状、大小、深度、延伸方向及其与采空区和地质构造的关系。3)物探和钻探验证查明采空区的分布情况,以及与隧道相互空间关系,定性、定量的明确采空区对隧道的危害程度。
5 采空区隧道的设计
5.1 结构设计
5.1.1 荷载确定
1)垂直压力qh:压力分布按矩形考虑,可根据隧道拱顶以上采空区跨落带的高度Hm确定:qh=Hm·γ。其中,γ为跨落带容重。2)水平压力e=λ·qh。其中,λ为侧压力系数,λ值可通过试验测得,无实测值时可按λ=tg2(45°-ϕ/2)进行计算,ϕ为隧道洞身处岩体综合内摩擦角。3)弹性反力系数K:通过实测求得。4)荷载分配:建议施工阶段喷锚支护可按承受计算荷载的70%设计,二次衬砌可按承受计算荷载的100%设计。
5.1.2 二衬结构及支护措施设计
1)支护结构一般采用曲墙带仰拱结构,采空区对隧道危害等级为Ⅲ级(较重),Ⅳ级(严重),Ⅴ级(极严重)时,二次衬砌结构需采用钢筋混凝土衬砌。2)当采空区岩体物理力学指标低,侧压力较大时,可采用圆形衬砌结构或近圆形衬砌结构。3)喷锚支护结构应根据采空区对隧道危害等级、断面大小合理确定,支护应有足够的强度及刚度,以尽可能抑制采空区变形、防止采空区范围进一步扩大,影响安全。4)钢架应采用刚度较大的型钢钢架,以便开挖后在喷混凝土达到设计强度前,快速发挥支护作用,抑制采空区变形;洞身采空区范围系统锚杆可采用系统注浆锚管,以改善采空区岩体的物理力学指标,提高支护的安全性。5)由于采空区岩体松散、含水量大,可能发生涌水、突泥等危害时,可采用局部帷幕注浆或全断面帷幕注浆对采空区进行加固。6)隧底存在采空区时,需进行基底处理,采用“探灌结合”的原则进行处理,处理深度一般不超过20 m。7)为防治采空区地段衬砌不均匀变形或沉降,降低二次衬砌的应力集中,二次衬砌间隔8 m～10 m设变形缝一道。
5.2 施工工法选择
1)施工中,在勘察资料的基础上应加强对采空区地段的超前地质预报,以进一步查明采空区的形态、危害,以便调整设计措施。2)采空区对隧道危害为Ⅱ级(轻微)时,可选择相应围岩级别的正常工法进行施工,仅需加强拱部超前或系统支护。3)采空区对隧道危害为Ⅲ级(较重),Ⅳ级(严重),Ⅴ级(极严重)时,应根据采空区与隧道的相互关系以及断面大小,选择适当的施工工法。4)开挖应控制爆破规模,采用弱爆破,具备条件时,可采用非爆破开挖。
6 结语
1)隧道工程设计、施工中应对年代久远的小煤窑采空区引起高度重视,勘察阶段应对具备少量开采的煤系地层加强现场调绘、访问,以免遗漏。2)隧道通过大型矿区附近目前非采空区地段时,勘察阶段必须考虑采空区累进性破坏的时间效应,预测采空区影响范围,以便调整线路方案或采取必要的工程措施。3)目前在采空区隧道设计中,采用的工程措施基本以通过工程类比、实践经验的方法来确定,理论研究较少,今后需加强采空区隧道设计、施工的理论研究,逐步提高隧道工程在采空区中的适应性。4)铁路隧道隧底存在采空区地段不宜铺设无碴道床。
摘要：分析了煤层采空区的变形机理及特征,从支护结构变形、失稳、开裂、涌水、坍方等方面阐述了煤层采空区对隧道工程的危害,并对其危害作了评价,对采空区隧道勘察设计的设计原则、施工工法等进行了探讨,从而提高隧道工程在采空区中的适应性。
关键词：煤层采空区,隧道,危害评价,勘察设计
参考文献
[1]煤炭部.建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程[S].
[2]铁道部.铁路隧道设计规范[S].
茶林顶隧道工程地质综合勘察 篇7
关键词：隧道,综合勘察,工程地质,围岩
1 工程概况
茶林顶隧道位于郁南县东坝北面约5 km,进出口均有简易公路和县道或省道相通,有一县道在隧道中部山凹处穿过,交通十分便利。隧道地处茶林顶重丘山岭区,山体走向总体呈近北东或北西向,地势总体呈南高北低,隧道线路经过最大高程约为355 m,隧道进出口丘山体呈缓坡状,自然坡度为10°～20°,隧道中部山顶及山凹两侧山坡坡度较大,约30°～35°,山体植被茂密,主要生长松树和杂草,山体地表发育有数条小沟谷,部分沟谷内有长年流水,地表水量较小,隧道中部为一较大沟谷(分水凹),呈北东方向,平时无水流,但大雨时水量较大。
隧道穿过茶林顶丘陵,分左右线设置。左线隧道长2 644 m;右线隧道长2 558 m,布置11个勘探钻孔。由于本隧道在地质调查和工可阶段地质工作中已发现茶林顶隧道围岩类型复杂,初勘阶段投入了较多工程物探工作量,采用物探方法有地震折射波法、高密度电法、氡浓度测量、可控源音频大地电磁波法,达到隧道工程初勘规范规定的要求。
2 综合勘察方法
1)资料搜集。
有目的地搜集既有成果资料,对测区的构造格局、地层岩性有总体性的了解,以指导地质测绘工作。
2)航、卫片遥感判释。
遥感判释在整个综合勘察工作中占有极其重要的地位,对地质调绘起着积极的指导作用。
3)工程地质调绘。
工程地质调绘是综合勘察的关键工作,在对搜集到的区域地质资料分析研究和航、卫片进行室内判释的基础上,通过地质调查来获得地质资料。对调绘判断不清且对工程影响较大的断裂、重大不良地质地段,再结合物探、钻探进一步查明。
4)综合物探。
综合物探是勘探手段中勘测面广、效率高、费用低、效果明显的手段之一。
5)地质钻探。
地质钻探是综合勘察中对地质测绘和物探成果进行检验的有效手段,也是采集工程地质主要参数的重要方法,同时也为物探资料的解释提供可靠的参数。
3 综合勘察的主要技术成果
3.1 区内构造格局及性质
1)褶皱。
根据地质填图岩性组合分析对比,隧道区存在一背斜褶皱构造,其轴部为泥盆系东岗岭组地层,两翼为泥盆系榴江组地层,为一向北西倾覆背斜构造。
2)断层。
分布于郁南茶林顶F7断层,该断裂带属于罗定—广宁断裂带,在遥感图像上表现为明显的线性构造特征:直线型、宏观连续、延伸远,并且控制着山体和盆地的边界,影响水系的流向,显示其在新生代具有一定的活动性。
3.2 地层岩性
隧址区地层岩性主要由第四系覆盖层亚黏土,下伏基岩上泥盆统榴江组砂岩、中泥盆统东岗岭组白云质灰岩(左线K72+580～K73+700、右线K72+640～K74+015段)。
第四系松散覆盖层主要由残、坡积黏土、亚黏土、粉土及崩塌堆积碎、块石土组成。由于全、强风化岩石,大部分呈土状,从物理性质上看,其纵波波速和第四系松散覆盖层相近;从工程力学性质上看和土层工程力学性质相近,特别是对隧道围岩而言更是如此,故将全、强风化岩层划入第四系土层中,整层纵波波速约500 m/s～1 800 m/s。
下伏基岩岩性主要由中上泥盆系砂岩、白云质灰岩、灰岩等组成,为弱、微风化岩石,分布较广,厚度较大(一般大于10 m),纵波波速一般为2 300 m/s～4 800 m/s。
3.3 溶洞
本隧道经初勘钻孔发现,在泥盆系中统东岗岭组灰岩中存在岩溶地质现象,如S53钻孔发现两个溶洞:174.65～169.25,140.35～136.05,高度分别为5.4 m,4.3 m。溶洞充填物为灰褐色硬塑状亚黏土含碎石。
3.4 水文地质
隧道围岩地下水与上覆岩土层分布和厚度及构造裂隙发育程度关系密切,根据勘探钻孔水位观测资料,洞身围岩地下水位标高范围右线为91.22 m～172.59 m、左线为76.55 m～185.05 m,变化范围极大,与地形变化和岩土层次分布关系极为密切。隧道地下水类型为层状岩石裂隙水,灰岩、砂岩涌水量不大,但不排除溶洞水的存在。
4 隧道工程物探结论
4.1 可控源音频大地电磁测深法
1)左线K71+770～K72+250段,隧道高程附近,有一条低阻条带异常,电阻率600 Ω·m～2 000 Ω·m,推断为节理裂隙发育带。
2)左线K72+330～K72+590、右线K72+340～K72+680段,呈明显低阻显示,电阻率300 Ω·m～1 000 Ω·m,低阻条带深部贯通,推断为断裂破碎带;根据地质资料该部位被NE向断裂切割,是北东向断裂转为北向断裂的转折部位,构造比较复杂,对隧道的开挖及支护影响大。其中左线K74+445～K72+508、右线K72+440～K72+550上部岩体较好。
3)左线K72+940～K73+080、右线K72+930～K73+130段,呈相对低阻显示,推断为断裂构造带,电阻率显示较低,表明裂隙发育,风化强烈。
4)左线K73+340～K73+640、右线K73+320～K73+600段,呈低阻显示,电阻率200 Ω·m～1 000 Ω·m,岩芯非常破碎,围岩级别低,推断为断裂构造带,对隧道的开挖及支护影响大。
5)左线K73+800～K74+150段,隧道高程附近整体呈相对低阻显示,推断该地段风化裂隙发育,局部发育岩溶。右线K73+770～K73+830段、K73+940～K74+050段,呈向深部延伸的低阻条带异常,推断为裂隙发育带。
4.2 折射波法
从折射波时距曲线及从反演计算所得的波速上结合测氡和大地音频电磁测深结果,部分地段出现物探异常,综合分析推断出6处构造异常,异常范围分别位于LK72+320～LK72+400,LK72+520～LK72+600,LK73+030～LK73+100,LK73+330～LK73+420,LK73+490～LK73+560,LK73+820～LK73+870。构造异常数量多,密度大,认为整体岩层较为破碎。
4.3 高密度电法
隧道进口段,岩石风化程度较强,岩体较破碎,围岩类别低,RK71+660,RK71+710两条高密度电法剖面均表现出较规则的高阻、低阻相间异常现象,推断为岩溶异常,虽埋深较大,但对隧道有一定影响,应引起重视。
4.4 土壤氡浓度测量
RK73+050～RK73+130,RK73+190～RK73+280,RK73+510～RK73+650,RK73+710～RK73+750,RK73+780～RK74+200段均为氡浓度异常,这些异常大部分表现异常峰值较大,大于正常值5倍以上,从氡异常形成原理上分析,认为这些地段岩石破碎,裂隙发育。
5 评价建议
1)两端洞口松散岩层厚度不大,刷坡整饰后即可进洞,对分布范围不大的松散岩层加强支护,即可保证安全进洞。
2)通过对两端洞口地质调查,在广州端洞口周边地形破碎,发现多处崩塌(重力式);梧州端地形完整,未发现崩塌、滑坡等不良地质现象。洞口与地形等高线基本垂直。
3)隧道围岩为泥盆系榴江组和东岗岭组。由砂岩、白云质灰岩组成,白云质灰岩中发育溶洞,为隧道不良工程地质问题,但其标高在136.05 m之上,离隧道洞身有较大距离,且洞内地下水不发育,物探资料也未发现地下暗河,因此岩溶对隧道影响不大。茶林顶隧道洞身主要围岩为弱、微风化砂岩,白云质灰岩。局部地段岩体比较破碎,节理裂隙较发育,隧道工程掘进时,注意适时支护。对不良地质地段做好超前预报工作。
4)除洞口和局部遇上泥盆统榴江组砂岩外,隧道所遇岩石主要为中上泥盆统溜江组砂岩和东岗岭组白云质灰岩,其褶皱相对发育,并可能在K73+000(右线)、K72+980～K73+030遇断层F7破碎带,岩石较破碎,溶蚀强烈,有溶洞发育。
总体来看,对隧道影响较大的地段主要在左线K72+330～K72+590、右线K72+340～K72+680段和左线K73+340～K73+640、右线K73+320～K73+600段构造复杂,电性显示特征表明该位置可能是富水地段,隧道从中间部位穿过,因此在隧道施工中极易发生坍塌或大量的涌水,对施工人员和设备构成严重威胁,对此应予以重视。
对长大隧道地质勘察要求资料精度高,围岩分类准确,采用遥感、地质测绘、综合物探、钻孔综合测试和室内试验等综合勘察方法,是必要的、恰当的。在勘察中,多种勘察手段要结合现场实际情况应用,对综合勘察资料进行相互验证,多种数据综合分析,合理解释,提高勘察资料的质量,保证结论正确,为设计提供合理、可靠的岩土指标。采用综合勘察方法,其优点是对自然界千变万化的地质体,使用多种手段进行探测,全方位验证,其对于复杂的不良地质体位置确定的准确率远高于其他勘察方法,并能为工程设计提供。
参考文献
隧道勘察 篇8
1 钻探、物探技术概述
1.1 钻探和物探技术
1) 钻探技术。钻探技术是最为传统的隧道勘察技术, 在近些年来, 随着科学技术的不断进步, 钻探技术水平有了很大提高, 各种新钻探技术不断出现, 比如空气钻探技术、绳索取芯钻探技术、液动冲击回转钻探技术和受控定向钻探技术等, 相配套的钻探机械设备也日益更新, 钻探所能达到的深度日益增大, 对勘察工作的顺利开展发挥了重要作用[1]。
钻探技术的优点在于其勘察结果较为直接, 能够准确判断出地质中岩土层的组成情况, 操作较为简单, 其缺点也比较明显, 包括施工成本较高、探测结果不能全面反映整个地区地质情况等。
2) 物探技术。物探技术是利用物理学原理进行勘察的一种方法, 比如测量物质的电性、密度和波的传播特点等, 常见的物探技术主要有电阻率技术、输变电磁技术、地质雷达技术、瑞雷波法和声波探测以及放射性测井法等多种, 多种多样的物探技术分别有着不同的适用条件, 可以根据勘察的实际需求进行选用, 对于复杂环境下勘察工作的进行有着重要意义。
物探技术的优点在于不需要大量的人力、物力参与, 能够通过地面表面的探测得到深层地质的情况, 且勘察的覆盖范围相对较广;其缺点主要是要求测量人员必须有较高专业知识水平, 勘察结果容易受其他因素干扰出现误差。
1.2 钻探和物探技术结合的意义与应用
钻探和物探技术的结合, 综合了两种勘察方法的优点, 对于勘察工作效率的提高、勘察结果准确性的提升有着重要意义, 解决了钻探施工中不安全问题, 对于当前勘察工作水平的提高有着重要意义, 被广泛运用于以下几个方面:
首先, 水文情况的探查。水文情况是影响各种地下工程开展的重要因素, 在实际建设当中, 有许多安全事故都是由于地下水因素引起的, 通过钻探和物探结合的技术, 能够对地下水文情况进行详细了解, 辨别其分布情况, 有效防止水害问题发生。
其次, 地质构造断层与岩石破碎程度的探查。近些年来, 我国的隧道、建筑等基础工程设施建设不断加快, 对于地质勘查的精确度提出了更高要求。在隧道或大型建筑的施工当中, 如果对地质情况了解不够深入, 极容易引起安全事故, 而通过物探的方法, 能够对地质构造断层和岩石破碎程度做出准确判断。比如电阻率法, 能够根据水平岩层的不同电阻率, 分析出岩层的物性变化, 进而确定岩层构成成分与断层情况;锤击法则可以根据建筑物桩基对外部力的应变情况, 分析出桩体的承载力水平, 进而确定地质内岩石是否有破碎情况, 采取合理的措施进行应对, 保证工程安全。
第三, 对采空区的探查。随着我国社会经济的不断发展, 在采空区上建设的高层建筑数量不断增加, 为保证建筑物的安全, 就需要对采空区地基稳定性进行准确评价, 单纯的物探或者钻探显然无法满足此要求, 而借助钻探和物探结合的技术, 可以精确探查采空区的发育和充填现状, 进而得到采空区稳定性的有效数据, 最大程度的保证了建筑工程的安全[2]。
2 钻探和物探结合应用的技术
2.1 浅层地震法
浅层地震法的基本原理是岩土介质中地震波传播规律, 根据波动理论可知, 由于不同岩土层在波阻抗上存在差异, 会对经过的地震波产生不同的反射, 根据对反射结果的分析就可以得到隧道地层情况, 是一种较为成熟的勘察方法, 能够有效探测出浅部的地质构造情况或岩土层的相关参数, 尤其适用于物性分层和构造带寻找方面。
浅层地震法所得波形解释遵循的原则有两条, 第一, 对于同一完整连续的岩层, 其地震波具有形状相似、周期相同的特点, 在同相轴上表现出光滑特征, 地震波的连续性较强, 能够整体反映岩层的变化;第二, 在岩溶或者破碎带区域, 地震波会受地质条件影响, 发生散射、绕射等现象, 此时得到波形会呈现出畸变、凌乱、不连续的特点。
在浅层地震数据处理过程中, 首先要将原始数据转换格式, 将噪声、坏道等不良数据去除, 然后再进行共深点迭加, 静态校正, 使用速度扫描分析的方式进行动校迭加, 从而取得其时间断面, 综合相关分析结果得到勘察隧洞中不同岩土层纵波的速度, 进而绘制出工程地质断面图[3]。
2.2 音频大地电磁法
音频大地电磁法是一种在大地电磁法基础上发展出来的技术, 其基本原理与大地电磁法相同, 是依据麦克斯韦方程组完整统一电磁场理论进行勘察结果反演的, 其工作示意图如图1所示。
在音频大地电磁法当中, 其物理学基础是大地电阻率和信号频率之间存在着直接关系, 在大地电阻率改变时, 信号频率会发生相应改变, 从而得到相应的探测数据;音频大地电磁法测量的数据是彼此正交的电场和磁场, 并将两者相比得到波阻抗, 最终经过一系列计算得到地下介质的视电阻率, 从而判断地下情况。
音频大地电磁法常用的测量方式是标量测量, 其使用的基本流程是收集测量区域附近的相关地质资料, 对地质构造情况和地形特征进行初步了解, 然后设计合适的观测系统, 采取TM观测方式进行观测, 再次布设发射源并设置相应参数, 最后对测量数据进行分析[4]。
在探测方法中, 发射源的布设和参数设置是最为重要的两个环节, 其中, 发射源布设应该遵循以下几点原则:
1) 在野外测量时, 通常选用电偶极发射源, 将发射偶极子长度控制在1 km~3 km, 与发射偶极相连接的电缆要有超过2 mm的直径, 降低接入电阻值;2) 发射偶极子与测线尽量平行, 如果不平行则夹角要小于15°, 所有发射偶极子尽量在同一水平面上, 避免出现高差过大问题。
2.3 高密度电法
高密度电法也被叫做自动电阻率系统, 是在直流电法基础上发展出来的一种阵列勘察方法, 综合了四极测深和电剖面法的功能。高密度电法是利用岩土介质电阻的不同, 使用电极发电在地下形成人工电场, 通过观察电场分布特点, 来分析地下介质的视电阻率分布情况, 进而推断出测量区域地质的结构构造。
高密度电法的优点在于所得图像较为直观, 其分辨率较高, 对于提高测量精确度有着重要作用;但由于地下水本身也有电阻率, 所以, 当地质中含有较多水时, 高密度电法测量的地质电阻率会受到干扰, 影响其最终测量结果。
高密度电法资料处理的流程是:利用传输系统将仪器测量的信息传递到计算机中, 先对测量信息进行坏点删除、地形校正、格式转换, 再把转换后的数据导入到专门的处理软件当中, 利用软件功能得到相应的视电阻率等值线图, 最后, 根据等值线图上视电阻率信息, 结合已有地质资料, 对地质情况进行详细解释, 并绘制出物探成果解释图 (高密度电法视电阻率成像图) [5]。
通常而言, 如果勘察区域内岩体完整, 那么视电阻率的灰阶图像会呈现出层状分布特点, 也就是说, 在地面表层下, 沿着垂直方向, 视电阻率会不断升高, 如果遇到冲积层或覆盖层, 视电阻率会表现出显著的变化;若是岩体中有破碎带或者软中层等容易渗水的通道, 那么视电阻率图像会在中层上发生状态改变, 呈现出椭圆形或条带状的低阻色块, 使得某些层位被错开、拉伸发生畸变。
3 结语
钻探与物探方法在实际勘察中单独运用都存在着一定的弊端, 不符合当前隧道勘察工作的实际需求, 所以, 在结合两者优点的基础上, 将两种方法结合应用于实际勘察工作中, 通过勘察结果之间的互相对照比较分析, 不仅可以更加准确全面的掌握被测对象图形资料, 而且可以有效提高勘察工作效率, 对于隧道勘察工作水平的提升有着重要作用。
参考文献
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隧道勘察 篇9
高密度电法是20世纪80年代提出来的一种电法勘探新技术, 利用该法可进行二维地电断面测量, 兼具剖面法和测深法的功能, 是进行地层划分、探测隐伏断层构造、岩溶空洞以及地质滑坡体等的一种有效手段[1,2]。高密度电法具有测点密度大、信息量大、工作效率高等特点, 测量过程中, 通过转换装置控制电极间的不同排列组合, 能够实现直流电法勘探中的各种装置形式的探测, 可以提供更多的地电断面信息, 有利于对比分析, 因此充分发挥了物探技术在勘查中的优势[4,5]。
1 高密度电阻率法的工作原理
电阻率法勘探都是要将所测得的电流或电压值换算成电阻率值, 但是只有当地面为无限大的水平面并且地下充满均匀各向同性的导电介质的条件下, 才可以得到大地的真电阻率值。在实际工作中, 地形往往起伏不定, 地下介质也不均匀, 各种岩石相互重叠, 断层和裂隙纵横交错, 或者有矿体充填其中。这时候经过测量所求得的电阻率既不是围岩电阻率, 也不是目标体电阻率, 我们称其为视电阻率, 用ρs来表示:
其中, K为装置系数。
视电阻率虽然不是岩石的真电阻, 但却是地下电性不均匀体和地形起伏的一种综合反映。故可利用其变化规律发现和勘查地下目标体的分布, 达到解决工程地质问题的目的。
高密度电阻率法实际上是多种排列的常规电阻率法与资料自动反演处理相结合的综合方法, 它的基本原理与常规电阻率法相同, 研究在施加电场的作用下地中传导电流的分布规律, 在求解简单地电条件的电场分布时, 通常采用解析法, 即根据给定的边界条件解下面的偏微分方程:
其中, x0, y0, z0均为源点坐标, 当x0≠x, y0≠y, z0≠z时, 即当只考虑无源空间时, 上式变为拉氏方程:
∇2U=0 (3)
当地电模型为均匀半空间或水平层状均匀介质时, 借助场的边界条件可以求得上述拉氏方程的解析解。在研究复杂的地电模型的电场分布时, 则主要采取各种数值模拟方法。
2 高密度电法在工程勘察中的应用
2.1 工程概况
普光气田大湾区块子项目大尖山隧道位于普光气田大湾区块开发地面集输工程D403井与D404井间, 测量桩号为D34-04～D34-05两点间, 管线设计压力为10.0 MPa, 管径为219.1 mm;隧道近水平穿越, 长度约为2 393 m, 隧道洞身高约2.8 m, 宽约3 m。
为全面准确了解整个工程地质概况, 在钻探勘察的基础上对整个隧道地层进行了高密度勘探工作, 从而为工程设计提供更详细的工程地质情况。
本次高密电法测试完成工作量统计见表1。
2.2 探测成果解释
探测成果解释的第一步即电阻率剖面中岩性与电阻率之间关系分析, 依据电阻率值的等级划分不同电性层。分析不同电性层与地质层位、构造破碎、裂隙等之间的关系。在上述分析解释的基础上确定不同剖面的不同部位电性变化与地质层位、构造发育、地下水活动用电性剖面图展示最终的工作成果。
资料处理流程为:录入原始数据→格式转换→编辑→反演处理→电阻率成图。
2.2.1 参数选取
电法纵剖面沿隧道轴线在地表投影布置测线, 用以探测隧道轴线的地层覆盖状况、可能的断裂、不良地质现象及隧道顶板2倍洞径范围内围岩整体性等工程地质情况;在隧道洞身布置横剖面, 利用探测结果对隧道洞身围岩及稳定性进行评价。
1) 隧道轴线纵剖面 (W-1) :
参数设定:电极距5.0 m, 电极个数568个, 测线总长2 835 m, 剖面数71。
2) 隧道入口横剖面 (W-2) :
参数设定:极距3.0 m, 电极个数80个, 测线长度237 m, 剖面数26。
3) 隧道出口横剖面 (W-3) :
参数设定:极距3.0 m, 电极个数80个, 测线长度237 m, 剖面数26。
2.2.2 成果解释推断
由大量的工程测试数据可知:视电阻率在1 Ω·m～40 Ω·m之间的地层:主要为地表耕作土、碎 (块) 石类土, 土体中空穴水较富集;次为裂隙发育且富含裂隙水的岩石。视电阻率在25 Ω·m～50 Ω·m之间的地层:主要为强风化岩石;视电阻率在30 Ω·m～500 Ω·m之间的地层:主要为较完整岩石;视电阻率在100 Ω·m～2 000 Ω·m之间的地层:主要为完整岩石。因此据高密度电法的测试, 对大尖山隧道W-1剖面高密度视电阻率反演图如图1所示, 由其视电阻率的数值可进行分析:
1) K0+182.6:视电阻率30 Ω·m～300 Ω·m, 电阻率中等, 局部偏低, 围岩主要为泥岩、砂岩, 顶板及洞身为中等风化泥岩、砂岩, 裂隙发育, 岩体较完整;2) K0+487.3:视电阻率100 Ω·m～1 600 Ω·m, 电阻率偏高, 围岩主要为泥岩, 局部夹薄层砂岩, 顶板及洞身为中等风化泥岩, 裂隙发育一般, 岩体较完整;3) K0+569.6:视电阻率3 Ω·m～50 Ω·m, 电阻率稍低, 围岩主要为泥岩, 隧道顶板及洞身内为中等风化泥岩, 岩体较破碎, 裂隙发育, 富水, 岩体不完整;4) K1+131.1:视电阻率30 Ω·m～100 Ω·m, 电阻率中等, 围岩主要为泥岩, 局部夹薄层砂岩, 隧道顶板及洞身为中等风化泥岩, 局部夹薄层砂岩, 裂隙发育, 岩体较完整, 局部破碎;5) K1+398.1:视电阻率100 Ω·m～500 Ω·m, 电阻率高, 围岩主要为泥岩, 局部夹薄层砂岩, 隧道顶板及洞身内为中等风化泥岩、薄层砂岩, 岩体较完整, 裂隙发育一般;6) K1+629.4:视电阻率5 Ω·m～50 Ω·m, 电阻率稍低, 围岩主要为泥岩, 隧道顶板及洞身内为中等风化泥岩, 岩体较破碎, 裂隙发育, 富水, 岩体不完整;7) K2+101.7:视电阻率50 Ω·m～800 Ω·m, 电阻率偏高, 围岩主要为泥岩, 隧道顶板及洞身为中等风化砂泥岩, 裂隙发育, 岩体较完整;8) K2+300:视电阻率100 Ω·m～2 500 Ω·m, 电阻率偏高, 围岩主要为泥岩, 隧道顶板及洞身为中等风化砂泥岩, 裂隙发育一般, 岩体较完整;9) K2+393:视电阻率30 Ω·m～100 Ω·m, 电阻率中等偏低, 围岩主要为泥岩, 局部夹薄层砂岩, 隧道顶板及洞身以泥岩为主, 中等发育, 裂隙较发育, 岩体较完整。
图2为大尖山隧道W-2横剖面高密度视电阻率反演图, 据该高密度电法测试剖面与工程地质测绘结果, 该隧道剖面上, 距顶板2倍洞径范围内围岩完整性及工程地质条件如表2所示。
图3为大尖山隧道W-3横剖面高密度视电阻率反演图, 据该高密度电法测试剖面与工程地质测绘结果, 该隧道剖面上, 距顶板2倍洞径范围内围岩完整性及工程地质条件如表3所示。
3结语
由高密度电法勘察结果, 同时结合钻探资料, 能够较为准确反映出整个场地的工程地质条件, 对于隧道选址以及隧道的工程设计, 提供了大量的实用资料, 而且高密度电法是一种快速、高效的勘察方法。
参考文献
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隧道勘察 篇10
关键词：高密度电法法,岩土工程,电阻率,岩溶
1 引言
现在工程勘察中, 很多隧道穿越在灰岩区域进行。灰岩是一种可溶性碳酸盐岩, 裂隙、断裂、节理密集带发育时, 地下水汇集区域容易形成岩溶, 有的会发育成较大溶洞, 给隧道施工及运营带来很大灾害。常规岩土工程勘察方法如钻探等, 由于上体起伏较大、钻探钻进困难等诸多因素, 查明隧道穿越区域的溶洞很困难。高密度电法是一种有效、快捷成本低的勘察方法, 对灰岩区域隧道勘察, 是一种十分有效的方法。
2 测试方法及原理
高密度电法属于电阻率法的范畴, 它仍然是以岩土体的电性差异为基础, 以研究在施加电场的作用下, 地下传导电流的变化分布规律, 它是在常规电法勘探基础上发展起来的一种新的勘探方法, 即采用专门仪器设备观测岩土体的电性差异达到勘探目的, 新方法较老方法有较高的分辨率。该方法野外数据采集方面为自动化、智能化, 可以快速采集到大量原始数据, 具有观测精度高、数据采集量大、地质信息丰富、生产效率高等特点。一次布极可以完成纵、横向二维勘探过程, 既能反映地下某一深度沿水平方向岩土体的电性变化, 同时又能提供地层岩性沿纵向的电性变化情况, 具备电剖面法和电测深法两种方法的综合探测能力。
高密度电法的基本工作方法是在预先选定的测线和测点上, 同时布置几十乃至上百个电极, 然后用多芯电缆将它们连接到特制的电极转换装置, 后者可根据操作员的指令, 将这些电极组合成指定的电极装置和电极距, 进而用自动电测仪, 快速完成多种电极装置和多电极距在观测剖面的多个测点上的电阻率法观测。再配上相应的数据处理、成图和解释软件, 便可及时完成给定的地质勘查任务。
高密度电法有多种电极排列方式, 如AMNB温纳四极排列、ABMN偶极排列、ρs AB联合三极排列、微分排列等装置。根据多组现场实验, 在本次工作中, 采用温纳AMNB装置, 该装置数据稳定性好。根据地形、地质条件和目标层埋深选用不同的电极距和排列长度, 采用2m电极距。该装置的测试效果对水平向电性变化反映最为明显, 反演深度准确。测量时对同装置采用1.0S和2.0S不同供电时间进行两次测量、采用不同装置检验测量数据的一致性和稳定性。
3 工程实例
3.1 测区地球物理概况
高密度电法勘察效果, 在很大程度上取决于工作地区是否具备应有的工程地球物理勘察前提, 也就是工区的地电地介质条件, 主要指地表附近和浅部的岩体电阻率及其影响因素。根据钻孔资料揭露, 该钻孔附近区域覆盖层为第四系坡积层, 基岩为二迭系茅口组灰岩, 覆盖层视电阻率值在20~200欧姆之间, 查找目标体在有效电场范围内, 地点数据能从周围地电干扰因素中有效分离出来, 周围地质环境具备电法勘察条件。
3.2 工作量布置及资料处理
为查明岩溶的范围及深度, 在钻孔附近十字交叉法布置高密度侧线两条, 具体参数设置见表3.2。
此次高密度电法勘察, 接地电阻阻值在十几欧~七八百欧之间, 供电正常, 地形起伏坡度小于60度, 能正常进行数据采集。数据预处理时, 异常数据点约1%, 野外采集的数据质量可靠。此次数据处理主要流程为, 异常点剔除、地形校正、反演模型计算、视电阻率剖面成像, 具体流程见图3.2。
3.3 成果解译
视电阻率剖面色谱图形象、直观地反映各测试剖面的地电断面电性展布趋势。通过定性分析可确定地下岩土体的电阻率分布, 达到定量推断地电断面, 最终确定覆盖层厚度、地下不良地质体的分布范围等。由于对该地区地质条件、物性参数不了解, 物探解释多解性, 给推测断面解释带来不少困难, 为了更准确查清该测区地层电阻率, 解释时结合实际地形条件, 采用多种方法进行解释。
图3.3-1、3.3-2、3.3-3、3.3-4为此次高密度电法勘察成像图, 图3.3-3、3.3-4为同一剖面的温纳装置、二极装置下的反演剖面, 该条剖面为隧道穿越中轴线剖面;图3.3-1、3.35-2为穿过钻孔的剖面, 分别为温纳装置、二极装置下的反演剖面。两条剖面呈斜十字交叉, 交叉位置在隧道中轴线上。
上图为01剖面温纳装置与偶极装置的反演成果图, 高密度电反演成像图, 图像资料显示电性界限明显, 呈明显层状结构。01剖面覆盖层厚度为4.0m~10.0m, 视电阻率值为30.0~700.0欧姆;灰岩层, 视电阻率值在700.0~3000.0欧姆。
上图为02剖面温纳装置、偶极装置的反演成果图, 图像电性界限明显, 呈明显层状结构。剖02剖面显示, 该剖面上覆盖层厚度为5.0m~25.0m, 视电阻率值为30.0~700.0欧姆;灰岩层视电阻率值为700.0~3500.0欧姆。在该剖面30m~50m, 存在明显的高低阻断面界限, 推测该两侧为两种物性差异大的岩体。
由图像资料解译, 两条剖面交叉位置, 深度20.0m~65.0m, 宽度为中轴线左侧约40.0m, 右侧约50.0m范围内, 灰岩视电阻率值大于3000.0欧姆, 为异常高阻。与钻探资料显示, ZK3深度在15.0m~55.0m岩体破碎岩溶、大裂隙发育并间断相联吻合。 (ZK3孔口高程比中轴线低约10.0m) 图5.2-2显示, 64.0m处出现的低阻区域, 推测为钻孔钻进时水、泥浆等低阻物充填了溶洞及裂隙。
4 结论
1) 根据高密度电法反演剖面, 该钻孔附近覆盖层视电阻率值在30.0~700.0欧姆、灰岩在700.0~3000.0欧姆之间, 溶洞裂隙发育的区域灰岩视电阻率值大于3000.0欧姆。
2) 两条剖面交叉位置, 深度20.0m~65.0m, 宽度为中轴线左侧约40.0m, 右侧约50.0m范围内, 灰岩视电阻率值大于3000.0欧姆, 为异常高阻。推测该范围内岩体较破碎, 岩溶、裂隙发育并间断相连。
3) 在该剖面30m~50m, 存在明显的高低阻断面界限, 推测该两侧为两种物性差异大的岩体。
4) 由该工程应用实例可以看出, 高密度电法是在灰岩地区隧道勘察中一种行之有效的方法。
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