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1關(guān)于隧道工程地質(zhì)的勘察方式

為了準(zhǔn)確掌握隧道區(qū)工程地質(zhì)特點(diǎn)、水文地質(zhì)環(huán)境、不良地質(zhì)情況，對(duì)圍巖狀況進(jìn)行級(jí)別分段，為隧道工程的建設(shè)與設(shè)計(jì)提供科學(xué)的工程地質(zhì)資料與合理有效的處理方案，地質(zhì)勘察基于遙感判釋運(yùn)用了隧道工程地質(zhì)調(diào)繪、地質(zhì)鉆探、高密度電物探法、地震勘探與鉆孔超聲波檢測(cè)、抽水與壓水試驗(yàn)、瓦斯檢測(cè)等多種方式予以綜合勘察。

1．1隧道工程地質(zhì)調(diào)繪地質(zhì)調(diào)繪的方法主要包括追索法與路線穿越法，對(duì)工程整個(gè)地質(zhì)單元與隧道區(qū)兩部分控制地質(zhì)體與不良地質(zhì)。與以往的方法進(jìn)行比較，打破了調(diào)繪范圍的限制，讓調(diào)繪內(nèi)容更細(xì)致、更準(zhǔn)確。通過(guò)調(diào)繪方式，能夠查明巖堆、危巖、軟土、瓦斯、地下水等不良地質(zhì)的分布情況，尤其是在隧道中部發(fā)育的巖溶管道水水流方向。隧道工程的地質(zhì)調(diào)繪為下一步工作的實(shí)施奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1．2地質(zhì)鉆探由于隧道區(qū)域地層與巖性變化的多樣性，進(jìn)行地質(zhì)鉆探時(shí)需要布置多個(gè)鉆孔，加大鉆孔分布范圍。鉆探方式主要是采用金剛石或合金鉆進(jìn)，一部分煤系地層地帶的巖石粉碎，采用的是無(wú)水反循環(huán)鉆進(jìn)工藝。鉆孔的深度除有特殊要求的鉆孔外，都應(yīng)當(dāng)深入隧道設(shè)計(jì)標(biāo)高2m～3m以下。鉆進(jìn)巖芯采取率要求破碎巖層與強(qiáng)風(fēng)化層不小于50%;完整基巖不小于80%;覆蓋層不小于50%。鉆探鉆進(jìn)過(guò)程中，仔細(xì)測(cè)定地下水位，并及時(shí)記錄，記錄內(nèi)容包括巖土分層、地下水位、鉆進(jìn)速率、水的顏色等。利用詳細(xì)與具有代表性的鉆探方式，隧道洞室圍巖的巖性與整體情況能夠直觀顯示;利用鉆孔實(shí)施抽水、鉆孔聲波測(cè)試、壓水測(cè)試、煤層瓦斯檢測(cè)等一系列工作，以定性與定量?jī)煞矫鏋樗淼绹鷰r的分段與分級(jí)帶來(lái)有效的地質(zhì)依據(jù)。

1．3高密度電物探法若存在鉆探方式難以查證的地質(zhì)，則能采用高密度電物探法，物探儀器為擁有我國(guó)先進(jìn)水平的重慶奔騰數(shù)控技術(shù)研究所研究的WGMD-1型高度探測(cè)系統(tǒng)，方法是用α排列方式予以高密度數(shù)據(jù)采集，采用國(guó)際水平的Surfer軟件與RES2DINV軟件進(jìn)行二維電阻率成像反演。能夠準(zhǔn)確判斷地質(zhì)情況，改善隧道工程施工的危險(xiǎn)性，降低嚴(yán)重社會(huì)問(wèn)題的發(fā)生率，有時(shí)還能避免路線更改，從而節(jié)約建設(shè)項(xiàng)目的投資資本。

1．4地震勘探與鉆孔超聲波測(cè)井以及探測(cè)巖石波速因其隧道區(qū)域地層巖性多樣化，地表風(fēng)化程度嚴(yán)重，鉆探取芯能力弱，巖芯大多為碎塊、砂狀以及塊狀。地質(zhì)人員大都是通過(guò)人為因素來(lái)判斷巖石風(fēng)化程度，很少客觀判斷巖體基本質(zhì)量，未能科學(xué)劃分隧道圍巖類(lèi)型。因而，地震勘探與鉆孔超聲波測(cè)井以及探測(cè)巖石波速技術(shù)逐漸被應(yīng)用。地震勘探儀器采用的主要方式為折射波法，通過(guò)定性劃分結(jié)合定量指標(biāo)的整體分析，確定了巖石風(fēng)化情況與隧道圍巖類(lèi)型，該方式更為合理，更具創(chuàng)新特色。

1．5抽水與壓水檢驗(yàn)方式若隧道區(qū)域?qū)儆跅l帶狀巖層組成的山嶺，其水文地質(zhì)單元更加復(fù)雜，含有較多含水單元與隔水層，其透水性與含水單元具有較大差異。為了能檢驗(yàn)出準(zhǔn)確的洞身段各巖石的裂隙性與透水性，準(zhǔn)確預(yù)判隧道涌水量，于鉆孔施工結(jié)束后分別實(shí)施抽水與壓水試驗(yàn)。抽水及壓水試驗(yàn)使用的是自制提桶與專(zhuān)業(yè)高揚(yáng)程空氣壓縮機(jī)抽水與壓水設(shè)施，其中提桶抽水試驗(yàn)應(yīng)用于地下水位淺的地段，空氣壓縮機(jī)抽水和壓水設(shè)施應(yīng)用于地下水位深或不存在地下水的巖層內(nèi)。并且還對(duì)一些鉆孔實(shí)行了將抽水與壓水相整合的試驗(yàn)，以便同單一試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比。

1．6瓦斯檢驗(yàn)對(duì)專(zhuān)門(mén)施工的ZK11鉆孔，采用一套煤管、一套瓦斯解吸儀、兩個(gè)取樣瓦斯灌予以瓦斯檢驗(yàn)，其具體方法為:在鉆孔鉆遇煤層后，下采煤管采煤同時(shí)迅速裝灌后封閉，5min內(nèi)進(jìn)行解吸，獲得現(xiàn)場(chǎng)瓦斯解吸量，最后采用圖解法算出瓦斯耗損量，二者相加即為煤層瓦斯逸出量。該方式簡(jiǎn)易可行，結(jié)果接近實(shí)際情況，具有相對(duì)開(kāi)拓性。

2關(guān)于工程地質(zhì)環(huán)境對(duì)隧道工程的影響

在建設(shè)長(zhǎng)隧道、深埋隧道以及大隧道過(guò)程中，會(huì)遇到各種各樣的地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題，不僅會(huì)對(duì)工程工期與造價(jià)造成影響，還會(huì)給隧道的施工與運(yùn)行帶來(lái)安全隱患。下述對(duì)影響隧道工程的幾種地質(zhì)環(huán)境作了探討。

2．1軟土地基在湖相與濱海相等古地質(zhì)環(huán)境中，軟土大都沉積在相對(duì)停滯與相對(duì)運(yùn)動(dòng)遲緩的水環(huán)境內(nèi)，此類(lèi)沉積軟土顆粒細(xì)軟、土質(zhì)軟弱、孔隙度大、含水量高、容易形成蠕變、凝聚力小幾乎可以被忽略。在這種地質(zhì)條件上建設(shè)隧道，必須考慮工程的地質(zhì)問(wèn)題。

1)該地質(zhì)土性較軟，受到隧道重負(fù)荷時(shí)容易發(fā)生沉陷，從而厚度發(fā)生改變，形成不均勻沉陷，導(dǎo)致隧道內(nèi)襯砌等結(jié)構(gòu)發(fā)生形變;

2)隧道結(jié)構(gòu)會(huì)受軟土蠕變的影響，及時(shí)進(jìn)行支護(hù)與襯砌有重要作用;

3)軟土一般存在于地下還原環(huán)境中，微生物作用容易形成甲烷氣體，聚積在軟土層孔隙內(nèi)，隧道挖進(jìn)時(shí)工作人員可能會(huì)受甲烷氣體的危害，若遇到火源還可能引起爆炸。建設(shè)隧道時(shí)，對(duì)于軟土地基，長(zhǎng)度不長(zhǎng)的隧道應(yīng)采用盾構(gòu)穿越更為簡(jiǎn)易;然而長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)的隧道，因其軟土的蠕變特點(diǎn)，會(huì)形成超量切削，導(dǎo)致在隧道盾構(gòu)掘進(jìn)的前端會(huì)出現(xiàn)蠕變凹槽，如果軟土層厚度不夠，容易使得上方活河水與海水大量潛入隧道。因此，在海域上存在眾多沉積軟土地帶時(shí)，借助盾構(gòu)穿越軟土層，必須充分重視所存在的安全隱患。

2．2砂卵石層地基在多樣化地質(zhì)條件如平原、河流、濱海、盆地中，會(huì)存在不同成因的砂卵石沉積層。各地砂卵石層的結(jié)構(gòu)由于沉積時(shí)受到古地質(zhì)地理環(huán)境的影響，各結(jié)構(gòu)間存在差異。砂卵石層的沉積韻律和顆粒級(jí)配受到沉積時(shí)水動(dòng)力條件的影響。砂卵石層危害隧道工程的幾個(gè)方面主要是:

1)因?yàn)樗淼朗┕づ潘?，使得周邊砂層的機(jī)械塌陷與管涌;

2)砂層涌入會(huì)引發(fā)豐富地下水;

3)砂層地質(zhì)結(jié)構(gòu)的不同，形成不規(guī)則沉陷，為隧道帶來(lái)安全隱患;

4)砂層內(nèi)夾雜的大塊卵石，影響盾構(gòu)施工，嚴(yán)重時(shí)會(huì)卡住刀片。采用沉管法在湍急河流的砂卵石層中建設(shè)隧道，容易使沉管下砂層形成沖刷，損害沉管隧道。

在厚砂層上建設(shè)隧道時(shí)，要注重下述幾點(diǎn):

1)抽水起始水位降低引發(fā)地面沉降、沖刷、潛蝕;

2)進(jìn)行大量抽水后，水位降低遲緩，產(chǎn)生壓力水頭，極易使得下方的大量砂層潰入;

3)下方存在相對(duì)隔水層時(shí)，因?yàn)樯戏剿淼莱樗档退畨?，下方高壓水匯合;4)透水層凸起，形成眾多越流向上補(bǔ)給，影響隧道運(yùn)行。

2．3碳酸鹽巖地層在分布有可溶碳酸鹽地層地區(qū)，受到不同程度的喀斯特化作用，作用結(jié)果為在地表上形成奇特山峰，地下形成多個(gè)洞穴與通道。活躍在洞穴和通道中的喀斯特水包括孔隙水與裂隙水等，存在不同的特點(diǎn)?？λ固厮形鍌€(gè)對(duì)立統(tǒng)一的特點(diǎn)，具體包括:

1)獨(dú)存與半獨(dú)存的管道水流和擁有統(tǒng)一水力相關(guān)的地下水力面與擴(kuò)散流同時(shí)存在;

2)不含水巖體與含水巖體同時(shí)存在;

3)非承壓水流同承壓水流之間互相變換;

4)層流運(yùn)動(dòng)和紊流運(yùn)動(dòng)同時(shí)存在;

5)非均質(zhì)含水性和均質(zhì)含水性復(fù)雜變化。在喀斯特化地層中，具有相當(dāng)明顯的三相流，即是氣體、固體、液體三相物質(zhì)混合形成的三相流。三相流具備一個(gè)重要特性，泥砂等固體流與水等液體流是不能被壓縮的，而氣體能被壓縮，受壓氣體還會(huì)發(fā)生多種變化。

3結(jié)語(yǔ)

區(qū)域地質(zhì)斷裂與大型滑坡體等區(qū)域地質(zhì)條件嚴(yán)重影響鐵路線路的安全。本文通過(guò)采用地質(zhì)勘察方法對(duì)隧道區(qū)域的地質(zhì)環(huán)境予以全面系統(tǒng)的深入分析研究，監(jiān)測(cè)隧道結(jié)構(gòu)收斂變形情況，對(duì)隧道工程進(jìn)行穩(wěn)定性分析。通過(guò)研究隧道區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境、圍巖介質(zhì)環(huán)境，得出了隧道山體開(kāi)裂原因與圍巖穩(wěn)定性研究結(jié)論，希望能為復(fù)雜地質(zhì)條件的鐵路隧道工程地質(zhì)勘察提供一些參考依據(jù)。

作者：張志遠(yuǎn)單位：山西省地勘局二一四地質(zhì)隊(duì)