隧道工程多種勘察技術方法研究論文
【摘要】目的是對隧道穿越段進行巖土工程勘察，查明工作區范圍地層巖性、巖層產狀、構造及不良地質對隧道通過的影響程度，為隧道穿越工程初步設計提供所需的相關工程地質依據和工程設計所需的巖土工程參數等。
【關鍵詞】巖溶；地質；隧道；巖土工程
1引言
某管道工程隧道位于山西省某縣境內，穿越段主要出露奧陶系-套碳酸鹽巖，地層穩定，巖性變化較小，巖層具水平層理構造，產狀平緩，巖層傾向多往南東及南西方向傾斜，局部因褶曲呈波狀微起伏，巖溶較發育，溶蝕形態主要為溶洞、溶溝、溶蝕裂隙及蜂窩狀溶孔等，一般為半充填，充填物為粉質粘土及灰巖碎石、塊石等，巖溶發育在很大程度上與構造裂隙發育程度有關。
2主要任務及勘察技術手段
為完成隧道勘察任務本項目采用了多種勘察技術手段以探明隧址區工程地質情況。
2.1主要任務
查明隧道通過地段的地層、巖性和褶皺、斷裂破碎帶、不良與災害地質（滑坡、崩塌、泥石流等）、特殊地質（如巖溶、采空區等）情況。
2.2巖溶分析
溶洞與構造的初步評價：
2.2.1巖溶與巖性的關系
巖石成分、成層條件和組織結構等直接影響巖溶的發育程度和速度。一般地說，質純厚的巖層，巖溶發育強烈，且形態齊全，規模較大；含泥質或其他雜質的巖層，巖溶發育較弱。結晶顆粒粗大的巖石巖溶較為發育；結晶顆粒細小的巖石，巖溶發育較弱。隧址區共有七個地層，根據地表調查巖溶發育的地層為灰巖、泥質灰巖及白云質灰巖地層。
2.2.2巖溶與地質構造的關系
溶洞與裂隙的關系：裂隙的發育程度和延伸方向通常決定了巖溶的發育程度和發展方向。在節理的交叉處和密集帶，巖溶最易發育，隧道進口巖石節理裂隙發育，巖體較破碎巖溶較發育，巖芯多見蜂窩狀溶蝕。與斷層的關系：沿斷裂帶是巖溶顯著發育地段，常分布有漏斗、豎井、落水洞及溶洞、暗河等。往往在正斷層處巖溶較發育，逆斷層處巖溶發育較弱。隧址區發育-斷層，因斷層破碎帶影響，巖溶裂隙發育，巖芯多為碎塊狀，局部短柱狀。
2.2.3巖溶與地形關系
地形陡峻、巖石裸露的斜坡上，巖溶多呈溶溝、溶槽、石芽等地表形態；地形平緩地帶，巖溶多以漏斗、豎井、落水洞、塌陷洼地、溶洞等形態為主。現場地表調查可知，在地形陡峻山溝內多見溶溝，有明顯水流痕跡，巖石表面有松散溶蝕風化殘留物附著于巖體表面。
2.3勘察技術方法
本次巖土工程勘察采用的主要技術方法包括：
2.3.1資料收集、分析整理
收集分析區域地質普查、區域水文地質普查、有關重大工程的地質勘察成果、氣象、水文、地震和地區國民經濟發展規劃等資料，并進行整理、分析。
2.3.2地面工程地質測繪、鉆探
對隧道通過地段及其附近地區的地質和水文地質工程地質現象進行調查、測繪機鉆探。
2.3.3高頻大地電磁探測、聲波測試
采用高頻大地電磁測深法、選用EH-4型StrataGem電磁儀，主要查明松散層、基巖風化層厚度和褶皺、斷層破碎帶、節理、裂隙密集帶等構造、巖體破碎帶深度與厚度，以及礦山采空區的分布深度和高度等。采用單孔法，選用是重慶奔騰數控生產的WSD-2A數字聲波測試儀，在鉆孔內測定巖體彈性縱波和橫波波速，現場測試巖塊彈性縱波和橫波波速，計算巖體的完整性指數。
3勘察手段應用及地質解譯
隧址區地貌屬低山丘陵地貌，地形起伏較大，局部為懸崖，地形陡峭，溝谷縱橫，切割深，從大的地貌上看隧址區南高北低，海拔高程790～1047m，相對高差257m。擬建隧道進、出洞口位于山腳下溝谷處，地形相對平緩。
3.1鉆探及其成果
經鉆探揭露及地表地質調查，隧道穿越范圍主要出露奧陶系-套碳酸鹽巖地層，地表基巖露頭發育，現將場地各地層巖土層特征從上至下分述如下：
3.1.1第四系
①殘坡積碎石土：黃褐色，碎石約占60%，母巖成分為灰黑色灰巖，角礫及泥質充填，不均勻分布，該層零星分布于溝谷及山坡-帶，主要為懸崖頂部坡積灰巖殘坡積而成。
3.1.2奧陶系中統上馬家溝組
②中風化泥質灰巖：灰色，灰黃色，細晶結構，薄-中厚層狀構造，節理裂隙發育，局部含方解石細脈，偶見溶蝕小孔，巖石一般較完整，局部風化破碎，巖石呈水平層理、產狀平緩，夾灰巖及白云質灰巖，該層在地表分布于山頂一帶，厚度大于40m。
3.1.3奧陶系中統下馬家溝組
③中風化灰巖：深灰色，薄～中厚層狀構造，細晶結構，巖芯呈短柱及長柱狀，少部分巖芯呈碎塊狀，RQD值為極差-較好，層狀裂隙較發育，局部受構造影響溶蝕發育，溶蝕空間被灰巖碎屑及泥質充填，該地層見于隧道進洞口及中部鉆孔。該層在地表分布于山體北東坡及隧道進口處山坡、溝谷一帶，厚度約60~80m。④中風化白云質灰巖：深灰；薄-厚層狀構造，細晶結構，巖芯呈短柱及長柱狀，少部分巖芯呈碎塊狀，RQD值極差-差，層狀裂隙較發育，溶蝕發育。地質鉆探及高頻大地電磁探測在該層內發現有-巖溶裂隙發育帶，巖溶發育帶內溶蝕裂隙發育，巖芯破碎成碎塊狀，局部短柱狀，巖芯溶蝕現象明顯，塊狀、柱狀巖芯上有較多溶蝕孔洞，半充填或無充填，巖芯采取率較低，RQD值極差-差。該層見于中部鉆孔號孔。地表直徑2～4cm的溶孔較發育。該層地表主要分布于山體北東坡-帶，厚度60~100m。⑤中風化泥質灰巖：灰色、灰黃色，中風化薄～中厚層狀構造，細-微晶結構，節理裂隙發育，該層分布山體北東坡及溝谷一帶，厚度10~20m。
3.2高頻大地電磁測深處理與解釋
EH-4野外采集的時間序列的'數據進行預處理后，在現場進行FFT變換，獲得電場和磁場虛實分量和相位數據，對每一個測點進行編輯，舍掉畸變的頻點，保留高質量的頻點數據。然后進行一維BOSTICK反演和地形校正，在一維反演的基礎上，再進行帶地形二維反演成像。最后使用surfer軟件繪制電阻率等值線圖。高頻大地電磁測深法勘探以地下介質的電性差異為基礎。由于地下巖石成因環境不同，同時受構造運動的影響，從而在縱向和橫向上產生電阻率的變化；此外巖石的電阻率值還與地層結構、成份、巖石顆粒的大小、密度以及地下水含量等因素有關。從而可根據反演斷面圖電性特征的分布情況，推斷解釋地下目標體的埋深、形態及分布規律等。在斷面上，電阻率等值線密集帶或橫向斜率突變帶，說明在該處兩側存在不同地質體，往往是不同電性地質層的分界處或斷裂帶。推斷斷裂時，低電阻顯示區范圍廣，視電阻率值過低，很可能為斷裂破碎嚴重區。在資料解釋時，判別異常區主要是根據電阻率值變化及電阻率等值線的形態等綜合因素考慮的。根據隧道左線、中線和右線高頻大地電磁測深二維反演，可以看出電阻率異常形態較為復雜，發現斷層1條，并且幾乎都位于反演資料上相對應的位置處，說明異常沿走向是連續的，而且向深部也有一定程度的延伸。發現1條巖溶發育帶，電阻率很低，基本在100Ωm以下，該隧道工程地質條件較差。在中部內有一明顯低阻異常帶，并向深部延伸約350m，電阻率值在50～350Ωm，推斷為一斷層，傾角約60°。在斷層附近，巖溶裂隙較為發育，施工時應引起注意。
3.3聲波測井資料解釋成果
3.3.1進洞口測井資料解釋
從聲波測井及電阻率測井資料來看，測井波速背景值在2875～4050m/s之間，電阻率背景值在4370～6050Ωm之間，總體巖石聲波與電阻率變化有-定幅度。在深度5.3～5.9m，聲波測井出現低速值，約為2600m/s左右，電阻率測井出現低阻值，約為3250Ωm，推測為裂隙或溶蝕帶；在深度8.1～10.7m內聲波測井出現低速值，約為2700m/s左右，電阻率測井出現低阻值，約為3870Ωm，推測為裂隙或溶蝕帶；在深度14.0～15.1m內聲波測井出現低速值，約為3320m/s左右，電阻率測井出現低阻值，約為4100Ωm，推測為裂隙或溶蝕帶；在深度18.0m以下內聲波測井及電阻率測井出現值往下的趨勢，聲波速度約為3700m/s左右，電阻率約為5350Ωm，推測為裂隙或溶蝕帶。
3.3.2出洞口測井資料解釋
從聲波測井及電阻率測井曲線圖來看，測井波速背景值在3250～4200m/s之間，電阻率背景值在5850～6250Ωm之間，總體巖石聲波與電阻率變化不大，巖石較完整。在深度4.4～5.2m，聲波測井出現相對低速值，約為3050m/s左右，電阻率測井出現低阻值，約為4200Ωm，推測為裂隙或溶蝕帶。根據對物探數據分析，結合地質調繪、鉆探成果，地面以下物理層大致可分為三層：第一層縱波波速為2125～2378m/s，結合地表調查及鉆探揭露，綜合解釋該層為第四系殘坡積碎石土層；第二層縱波波速為3030～4545m/s，結合已知結果，解釋為中風化層，巖性主要灰巖等；第三層縱波波速為3257～4426m/s，結合已知結果，解釋為微風化層，巖性主要為灰巖。通過本次高頻大地電磁探測及聲波測井成果顯示：（1）通過本次物探勘查，基本查明了指定剖面段地表下450m左右深度范圍內的斷裂構造及風化帶（或物性界面）的起伏變化情況，總體結果較可靠。（2）在根據聲波及電阻率測井資料，進口區域巖溶裂隙較發育。（3）通過高頻大地電磁探測，在中部范圍內有一明顯低阻異常帶，并向深部延伸約350m，電阻率值在50～350Ωm，推斷為-斷層，傾角約60°。另在中部范圍（斷層周圍）發現1條巖溶發育帶，電阻率很低，基本在100Ωm以下，受斷層影響，巖溶裂隙較為發育，該段隧道工程地質條件較差。
4結語
由于巖土的特性以及勘察目標的不同，采用的勘探方式也應不相同。尤其巖溶地區地質構造復雜采用多種勘察手段方法進行綜合勘探，各勘探手段之間可以相互依靠、補充，比單一鉆探和地質調查等更為全面和精確、便捷、經濟；鉆探雖然使用最為廣泛，但在進行巖石勘察時，應從經濟性出發，避免盲目化和隨意化。
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