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淺談山區(qū)高速公路隧道工程地質(zhì)勘察
工程地質(zhì)測繪及調(diào)查是初始階段勘察的主要手段，它能在較短的時間內(nèi)查明區(qū)域主要工程地質(zhì)條件，以下是小編搜集整理的一篇探究山區(qū)高速公路隧道工程地質(zhì)勘察的論文范文，供大家閱讀查看。
【摘 要】本文結(jié)合作者多年的工程勘察經(jīng)驗，論述了山區(qū)高速公路隧道工程地質(zhì)勘察工作方法，總結(jié)了目前高速公路隧道工程地質(zhì)評價中隧道圍巖級別劃分和涌水量預(yù)測的一般方法及其在工程中的應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】高速公路;隧道;勘察方法
1 公路隧道工程地質(zhì)勘察工作的目的
隧道工程地質(zhì)勘察是指為隧道工程的設(shè)計、施工等進行的專門工程地質(zhì)調(diào)查工作。查明隧址區(qū)的工程地質(zhì)條件，為公路隧道的設(shè)計提供依據(jù)是隧道建設(shè)的需要也是隧道工程地質(zhì)勘察工作的目的。主要包括以下幾個方面：
(1)隧址區(qū)所處的工程地質(zhì)環(huán)境及其穩(wěn)定性。
(2)查明影響隧道圍巖穩(wěn)定的不良地質(zhì)及特殊巖體，預(yù)測可能存在的工程地質(zhì)問題，以及工程誘發(fā)的環(huán)境工程地質(zhì)問題。
(3)對隧道圍巖進行級別劃分，預(yù)測隧道開挖可能產(chǎn)生的破壞，并提出防護建議。
(4)查明地表水的分布特點、埋藏條件，對隧址區(qū)水文地質(zhì)條件及地下水的腐蝕性進行評價，并預(yù)測隧道開挖后的涌水量。
2 公路隧道工程地質(zhì)勘察的手段及在各勘察階段的應(yīng)用
2.1 公路隧道工程地質(zhì)勘察的手段
(1)工程地質(zhì)測繪及調(diào)查。工程地質(zhì)測繪及調(diào)查是初始階段勘察的主要手段，它能在較短的時間內(nèi)查明區(qū)域主要工程地質(zhì)條件，不需要復(fù)雜的設(shè)備和大量的資金、資料，而效果顯著。根據(jù)測繪工作對地面地質(zhì)了解的基礎(chǔ)上，往往可以對地下地質(zhì)情況作出初步判斷，為勘察試驗工作奠定良好基礎(chǔ)，從而為合理布置勘察工作量節(jié)約勘察投資。地質(zhì)人員通過分析收集到的區(qū)域地質(zhì)資料和遙感解譯資料，現(xiàn)場量測和描述對隧址區(qū)的工程地質(zhì)條件進行調(diào)查研究，其目的是查明隧址區(qū)及其附近的地形地貌、地層巖性、水文地質(zhì)條件、構(gòu)造特征，并將有關(guān)的地質(zhì)要素以圖例、符號等按一定的比例尺如實地反映在地形底圖中，作為工程地質(zhì)預(yù)測的基礎(chǔ)。
(2)工程物探。地球物理勘探的簡稱，它是以地下巖土層(或地質(zhì)體)的物性差異為基礎(chǔ)，通過儀器觀測自然或人工物理場的變化，確定地下地質(zhì)體的空間展布范圍(大小、形狀、埋深等)并可測定巖土體的物性參數(shù)，達到解決地質(zhì)問題的一種物理勘探方法。與其它方法相比具有速度快、效率高、成本低、搬運輕便、勘察面廣等特點，不僅能對地質(zhì)現(xiàn)象進行定性解釋，在一定條件下還能給予定量分析。其方法一般包括淺層地震折射、超聲波測井、高密度電法、大地電磁法等。
(3)鉆探。鉆探是工程地質(zhì)勘察中極為重要的手段，它的特點是可以最為直接獲得地層巖性等地質(zhì)資料，可取樣進行室內(nèi)試驗的樣品，為孔內(nèi)波速和水文試驗提供載體。但它在整個工程地質(zhì)勘察投資中的費用往往很大，其進出場條件困難，勘察周期長，具有以點代面的局限，因此如何有效的使用鉆探和合理地布置其工作量顯得尤為重要，只有把物探與鉆探有機地結(jié)合起來，才能提高物探的準(zhǔn)確性，同時提高鉆探的目的性、針對性和有效性。
(4)試驗及測試。試驗包括巖土水的室內(nèi)物理力學(xué)試驗，以及現(xiàn)場抽水、壓水等水文地質(zhì)試驗等，目的是獲得巖土體的物理力學(xué)指標(biāo)、對巖土層地下水滲透及腐蝕性進行評價。測試要包括配合鉆孔進行的地應(yīng)力測試、地溫測試、放射性檢測等。
2.2 公路隧道工程地質(zhì)各勘察階段的工作重點
高等級公路勘察一般應(yīng)按公路基本建設(shè)程序不同階段對地質(zhì)資料的深度要求分階段進行，一般可分三階段進行，即工程可行性研究階段的工程地質(zhì)勘察、初步設(shè)計階段的工程地質(zhì)勘察和施工圖設(shè)計階段的工程地質(zhì)勘察。因各個階段工程地質(zhì)勘察目的不同，所采用的勘察手段和側(cè)重點也有所不同。
在工程可行性研究階段，應(yīng)盡可能詳細地收集區(qū)域構(gòu)造地質(zhì)、巖石地層、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、地震地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)等方面的資料。利用遙感資料(衛(wèi)片和航片)，以工程地質(zhì)調(diào)查和測繪為主，對隧道不良地質(zhì)路段布置少量鉆探工作，以便初略掌握隧道地層巖性特征及不良地質(zhì)對隧道的影響。
在初步設(shè)計階段，路線的走向和位置已基本確定，進入線路比選階段，勘察工作以工程地質(zhì)調(diào)查和測繪為主，結(jié)合少量鉆探、物探工作。通過調(diào)繪和物探已初步探明影響隧道穩(wěn)定的不良地質(zhì)路段，然后針對性地布置鉆孔，查明不良地質(zhì)路段圍巖情況，對路段圍巖進行分級。對于滑坡、崩塌、巖堆、泥石流等嚴(yán)重不良地質(zhì)地段，一般情況下路線應(yīng)設(shè)法繞避。實在無法繞避的要考慮工程措施的可能性與可靠性，以便進行線路比選。
施工圖設(shè)計階段，工程地質(zhì)勘察的目的是詳細查明公路隧道地質(zhì)情況，為施工圖設(shè)計提供依據(jù)。需要進行1：2000工程地質(zhì)測繪，根據(jù)地質(zhì)調(diào)繪和物探結(jié)果，針對隧址區(qū)的不良地質(zhì)路段布置勘探孔，查明構(gòu)造巖溶等的發(fā)育特征，采用調(diào)查、測繪、槽探、坑探、鉆探、物探等綜合勘察手段查明場地巖土體組成、性質(zhì)、分布以及風(fēng)化層、不良地質(zhì)、特殊性巖土等。利用鉆孔進行抽注水試驗、孔內(nèi)波速試驗，以及孔內(nèi)取樣試驗。綜合所有資料對隧道進行路段圍巖分級，預(yù)測隧道開挖后的涌水量。
3 公路隧道工程地質(zhì)評價重點
3.1 公路隧道圍巖級別的劃分及穩(wěn)定性評價
公路隧道圍巖級別的劃分主要根據(jù)通過計算隧道圍巖基本質(zhì)量指標(biāo)修正值[BQ]進行定量分析，同時結(jié)合巖土體特征進行定性評價。
根據(jù)交通部《公路隧道設(shè)計規(guī)范》(JTGD70—2004)對公路隧道圍巖的分級規(guī)定，按照隧道圍巖受構(gòu)造影響程度、發(fā)育程度、巖體結(jié)構(gòu)特征、彈性波速(VP)、巖體完整性系數(shù)(KV)和隧道圍巖基本質(zhì)量指標(biāo)修正值[BQ]等因素綜合確定圍巖級別。
首先確定基本質(zhì)量指標(biāo)BQ值，BQ值根據(jù)下式計算求�。�
BQ=90+2Rc+250KV
式中：Rc—巖石單軸飽和抗壓強度，根據(jù)室內(nèi)巖石試驗確定;
KV—巖體完整性系數(shù)，根據(jù)鉆孔聲波探測值求取，計算公式為KV=(Vpm/Vpr);
Vpm—巖體彈性縱波波速; Vpr—巖石彈性縱波波速。
當(dāng)Rc>90K+30時，以Rc=90K+30和KV代入公式計算;當(dāng)KV>0.04Rc+0.4時，以KV >0.04Rc+0.4和Rc代入公式計算。
在巖體基本質(zhì)量指標(biāo)分級基礎(chǔ)上考慮地下水、軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀和圍巖初始應(yīng)力狀態(tài)等因素的影響，對巖體基本質(zhì)量指標(biāo)BQ 進行修正，巖體基本質(zhì)量指標(biāo)修正值[BQ]值按下式計算求�。�
[BQ]=BQ-100(K1+K2+K3)
式中：BQ—巖體基本質(zhì)量指標(biāo);
K1—地下水影響修正系數(shù);
K2—主要軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀修正系數(shù);
K3—初始應(yīng)力狀態(tài)影響修正系數(shù)。
K1、K2、K3取值詳見《公路隧道設(shè)計規(guī)范》(JTGD70 2004)。
求得巖體基本質(zhì)量指標(biāo)修正值[BQ]后，根據(jù)表1對圍巖進行級別劃分。
對于構(gòu)造帶及進出口淺埋段，圍巖為松散土體或破碎巖體及其風(fēng)化巖體，應(yīng)根據(jù)巖土體主要特性進行定性分級。
根據(jù)隧道圍巖的路段分級結(jié)果對圍巖巖體的破碎情況進行分析，預(yù)測隧道開挖后圍巖可能遭受的破壞，對其進行穩(wěn)定性評價，并提出防護建議。例如，Ⅰ、Ⅱ級圍巖，巖體一般為完整-較完整，側(cè)壁一般較穩(wěn)定，在無支護時局部可能產(chǎn)生小掉塊現(xiàn)象，一般只需簡單防護即可。Ⅳ、Ⅴ級圍巖，巖體為較破碎—破碎，開挖后易坍塌，需要進行錨噴、鋼架支撐等復(fù)合式襯砌。
3.2 公路隧道涌水量的預(yù)測
目前公路隧道涌水量的預(yù)測一般根據(jù)《鐵路工程地質(zhì)手冊》及《鐵路工程水文地質(zhì)勘察規(guī)程》(TB10049-2004/J339-2004)，主要采用地下水動力學(xué)法及水均衡理論的降水入滲法估算隧道涌水量。
3.2.1 降水入滲法
根據(jù)《鐵路工程地質(zhì)手冊》及根據(jù)水均衡理論的降水入滲法《鐵路工程水文地質(zhì)勘察規(guī)范》(TB10049-2004/J339-2004)，按隧道匯水面積范圍內(nèi)降水的入滲率，估算隧道涌水量。地下水的補給來源主要為大氣降水，其補給量的多少受降水強度、降水持續(xù)時間、地形及地表節(jié)理、裂隙的發(fā)育程度控制。采用降水入滲法初步估算隧道的涌水量公式如下：
Qs=2.74a×W ×A
式中：Qs—隧道正常涌水量，m3/d;
2.74—換算系數(shù);
a—降水入滲系數(shù);
W —多年年均降水量。
3.2.2 地下水動力學(xué)法
隧道區(qū)地下水主要為基巖中的裂隙水，水量及水位埋深受季節(jié)影響較大。根據(jù)《水文地質(zhì)手冊》及《鐵路工程水文地質(zhì)勘察規(guī)程》(TB10049-2004/J339-2004)采用地下水動力學(xué)法估算隧道涌水量。
最大涌水量：
Qm=q0·L
正常涌水量：
Qs=qs·L
qs=q0-0.584εKr(佐藤邦明經(jīng)驗式)
式中：L—隧道計算長度，m;
qo—隧道單位長度最大涌水量，m3/(d·m);
K—含水層滲透系數(shù);
H—含水層中原始靜水位至隧道底板的距離，m;
H-r—靜止水位至隧道橫斷面等價圓中心的距離，m;
r—隧道洞身橫斷面的等價圓半徑，m;
d—隧道洞身橫斷面的等價圓直徑，m;
ε—試驗系數(shù)，一般取12.8;
qs—隧道單位長度正常涌水量，m3/(d·m)。
根據(jù)圍巖分級結(jié)果通過上述方法進行分段計算隧道涌水量，各分段涌水量之和便為總的涌水量，對涌水量大的路段應(yīng)建議開挖后采取必要的防排水措施。
4 結(jié)語
公路隧道工程地質(zhì)勘察是各種勘察手段和分析評價方法的綜合運用。首先應(yīng)通過資料收集與研究、工程地質(zhì)測繪及調(diào)查、鉆探、物探及各種測試試驗等綜合勘察手段獲得較為準(zhǔn)確可靠的工程地質(zhì)資料，其次應(yīng)利用前人總結(jié)的成熟方法及經(jīng)驗公式從不同角度進行分析對比，最終目的是獲得控制隧道圍巖穩(wěn)定的各項因素，分段確定圍巖級別，進而對圍巖穩(wěn)定性進行評價，預(yù)測開挖涌水量，為隧道施工布置、各段洞身掘進方法及程序、支護及襯砌設(shè)計提供詳實可靠的工程地質(zhì)依據(jù)。
參考文獻：
[1]JTGD70-2004公路隧道設(shè)計規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2004.
[2]TB10049-2004/J339-2004鐵路工程水文地質(zhì)勘察規(guī)程[S].北京：中國鐵道出版社，2004.
[3]水文地質(zhì)手冊[M].北京：地質(zhì)出版社，1978.
[4]鐵路工程地質(zhì)手冊[M].北京：中國鐵道出版社，1999.
[5]張倬元.工程地質(zhì)勘察[M].北京：地質(zhì)出版社，1981.
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