摘要:结合拟建的京沈客专某长大隧道,文章介绍了综合勘探技术在长大隧道勘察中的应用。采用遥感图像地质解译、工程地质调绘、工程勘察、地质测试及水质分析等综合勘探方法,查明隧道的地质条件,为隧道设计和施工提供可靠的依据。
关键词:综合勘探;地质条件;隧道勘察;水文地质特征;工程地质调绘;综合物探测试
中图分类号:TE357文献标识码:A文章编号:1009-2374(2010)09-0033-02
相对普通铁路而言,客运专线对工程地质勘察提出了更高的质量要求。勘察质量和勘察进度之间的矛盾日益突出,地质测绘加钻探为主的传统勘探作业机制已无法适应新的铁路建设形势,规模巨大而效率低下的钻探作业成为制约勘察设计进度的主要瓶颈。铁路是带状延伸的建设工程,点状钻探所取得的地质信息量有限,缺乏代表性,尤其是在地质构造活动强烈、地层复杂、地下水发育及高地应力等地质条件复杂的地区。综合勘探技术具有多方面的优势,可以很好地解决上述问题。如何运用综合勘探技术,提高勘察质量和进度,已成为高标准铁路勘察中的重要任务。
一、隧道概况
(一)自然地理
拟建的京沈客专某隧道为双线隧道位于辽宁省阜新市。隧道全长8875m,最大埋深206.0m。测区为东亚中温带亚干旱大陆性季风气候区,终年干旱少雨,夏季炎热,冬季严寒,昼夜温差大。按对铁路工程影响的气候分区,属严寒地区,隧道附近土壤最大冻结深度1.38m,年平均气温8.5℃。
(二)地形地貌
隧道地处内蒙古高原和辽河平原的中间过渡带,地貌属辽西剥蚀丘陵区。测区内山体大部分基岩裸露,植被稀疏,仅黄土覆盖地区有人工林发育。隧道范围内总体地势为东北高,西南低,隧道顶部山势雄伟,地形崎岖复杂,冲沟发育,多悬崖陡坎。隧道所经山脉海拔一般在280～490m之间。
(三)地层岩性及水文地质特征
隧道通过地段分布沉积岩和火成岩两大类。主要为侏罗系凝灰岩、白垩系侵入体安山岩。进出口、山坡坡面及冲沟内分布第四系黏性土、粉土及碎石类土。区内地下水类型主要有第四系孔隙潜水及基岩裂隙水。地下水的流向与地形基本一致,总的方向是自东南向西北流动,水力坡度较大,径流条件良好。地下水排泄方式主要为蒸发排泄和地下径流排泄。
二、存在的主要地质问题
隧道通过地段为剥蚀丘陵区,地形起伏较大,绝对高差超过200m,且属严寒地区。地表出露沉积岩以及多次喷发的火成岩,在强烈的风化剥蚀、地下水活动及构造运动作用下,存在差异性风化及风化层厚度不均及波状起伏的土石分界面的问题。表层覆盖的碎石类土、风积沙及新黄土之下,发育隐伏的沟谷及断层。凝灰岩及凝灰质角砾岩一般具膨胀性,膨胀潜势必须经试验测定。
欲查明本隧道通过地段的工程地质条件及水文地质特征,仅靠地表调绘和钻探,在周期较短的情况下难以做到。
三、采用的综合勘探技术及勘察过程
隧道勘察采用了遥感图像地质解译、工程地质调绘、工程勘探、地质测试及水质分析等综合勘察手段,并对成果资料进行分类汇总与综合分析,以查明隧道的地质条件。
(一)遥感图像地质解译及工程地质调绘
根据遥感图像资料的解译结果,初步认定1号斜井处疑似有断层通过,走向大致东西方向。地表沟谷发育,植被稀疏,丘陵坡脚及丘间谷地零星分布新黄土。遥感图像地质解译没有发现崩塌、滑坡及错落等不良地质现象。
采取收集区域地质资料、地质调查访问等手段,对地貌形态、地层岩性及其工程特征、地质构造、水文地质情况、不良地质现象、特殊岩土等工程地质要素进行调查、测绘,并核对遥感图像地质解译结果,绘制隧道工程地质图。
(二)综合物探测试
为查明隧道洞身范围的土石分界、风化层厚度及水文地质情况等,物探采用电测深法和地震折射法开展工作。隧道洞身物探测线沿中线方向布置,测深点距一般为20~50m,(AB/2)Max=210.5m,共完成测深点300个。对异常点、可疑点进行加密或重复观测。物探推断第四系厚度一般为3～10m,部分地段第四系地层与全风化基岩混合层厚达5～14m。
为确定钻探深孔孔内岩层结构和破碎程度,划分含水层并观测地下水活动状况,对3个钻探深孔进行物探综合测井工作。综合测井选择的参数有声波测井,视电阻率测井、自然电位测井,井温测井及井斜测井。结合钻探资料对各种测井曲线的物性特征和分层特点综合对比分析,确定各地层和地质体的深度及厚度,并对异常进行解释。在确定各曲线异常深度时,以声波测井曲线为基准。综合测井系统构成及连接图如图1所示:
(三)钻探、简易勘探及地质测试
在充分分析遥感图像地质解译成果、区域地质资料、地质调绘成果及物探成果的基础上,合理布置勘探点,以达到揭示地层层序和岩土工程特征,并验证物探异常点的目的。隧道进出口各布置1个钻孔,浅埋段及物探异常段共布置6个钻探孔,其中3个为深孔兼做综合物探测井。为查明断层及不整合接触带布置3个钻孔,丘陵斜坡土石分界处布置6个简易勘探孔。
工程勘探的成果需要利用地质测试进行分析归纳,本次勘察使用的地质测试方法包括原位测试、室内土工试验及水文地质测试。本次勘察共完成钻探11孔计425.6m,简易勘探6孔计28.4m,采取原状土样95个,扰动土样112个,岩样16组,水样7组;进行标准贯入试验145次,重型动力触探61次,提水试验6组。
四、勘察成果
利用遥感图像地质解译、工程地质调绘、工程勘探、地质测试及水质分析等综合勘察手段,并对成果资料进行分类汇总与综合分析,绘制了隧道工程地质图及工程地质纵断面,查明了隧道的地质条件。
(一)围岩分级
隧道洞身通过的地层有凝灰岩、凝灰质角砾岩、断层泥和安山岩,岩体多为较完整～完整,局部破碎,岩石为全风化、强风化及弱风化。凝灰岩具强膨胀性,凝灰质砾岩具中～强膨胀性。隧道围岩划分根据围岩基本分级,受地下水、高地应力和洞身埋深等影响的分级修正,综合分析后确定。隧道全长8875m,通过区Ⅲ级围岩长4623m,占总长的52.1%;Ⅳ级围岩长3209m,占总长的36.2%;Ⅴ级围岩长1043m,占总长的11.7%。
(二)地质构造
根据洞身物探成果,发现1号斜井洞身段存在高低阻接触异常带。结合地质调绘和钻孔资料,推断为断层。断层走向大致东西方向,倾角较陡,破碎带宽约20m,断层产状为163°∠718°。
(三)隧道涌水量
根据所取的地下水和地表水对隧道地下水取样分析,隧道区内地下水对混凝土结构不具侵蚀性。
根据钻探水文地质试验,参考区域水文地质资料,确定隧道区地下水主要为裂隙水,同时考虑物探预测的含水层分布情况,分段预测隧道用水量。分别利用降水入渗法、地下径流模数法及佐藤邦明法,分段计算隧道区的涌水量;利用古德曼经验公式分段计算最大涌水量。根据现场调查,结合钻探资料及区域资料综合分析,预测隧道大部分凝灰岩地段在枯水季节处于干燥或渗水状态,在丰水季节,地下水位升高,地表水量丰富,隧道涌水量增加。经综合分析,隧道区正常涌水量总计37458m3/d,最大涌水量总计75502 m3/d。
五、结语
利用综合勘探技术,高度重视遥感图像资料和地质调绘成果,在坚持由点到面、推断与验证相结合、钻探与物探相互验证以及综合分析的原则下,充分利用先进勘探手段,实现多种勘探资料的有机结合。获取多性状地质信息,经过综合利用和分析,提高了地质判别的准确性,达到了提高地质勘探质量和效益的目的,缩短了勘探周期,保证了地质资料的准确性和完整性,充分显示了其优越性。
综合勘探强调各种新技术方法与传统技术方法的结合、强调间接勘探方法与直接勘探方法的结合、强调各种测试手段的工程和地质效果,有利于降低各种间接测试方法的误判率。这是促进各种新技术方法发挥其有效性,保持其生命力的重要保证。工程地质勘察只有充分应用了各种新技术新方法,不断改进勘探工艺,才能使铁路地质勘察技术整体水平得到提高。
参考文献
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作者简介:周海(1982- ),男,安徽人,铁道第三勘察设计院集团有限公司助理工程师, 硕士,研究方向:勘探技术。
