淺談綜合勘察在隧道深埋構造探知中的應用

代云山

長大隧道勘察工作一直是山區鐵路工程地質勘察中的重點,而由于山區鐵路穿越地形地貌變化大,構造發育錯綜復雜,植被茂密,基巖露頭覆蓋嚴重等原因,深埋構造性質的探知便成了長大隧道工程地質勘察中的難點。以往比較單一的勘察手段未能取得很好的效果,給深埋構造影響程度的判定帶來了不小的影響。

綜合勘察方法是進行深埋構造探知工作的有效方法,利用各種勘察手段的優勢,可以相互指導、相互驗證、取長補短,能夠避免各個勘察手段局限性影響,達到勘察目的。

1 工程概況

青云山隧道起于福建省永泰縣嶺路鄉后坑壟村,穿越青云山國家4A級風景區和老鷹山國家生態保護區,經莆田市大洋鎮孝池村、蓮峰村,止于莊邊鎮泮洋村,202省道縱貫全段,交通較為方便。該隧道為雙洞單線隧道,左線進出口里程 DK491+267～DK513+428,隧道長22.161 km。為了詳細查明隧道深埋構造的工程地質條件,綜合運用遙感判釋、工程地質調繪、綜合物探、鉆探、水文試驗、綜合測井等多種勘察方法,取得了較好效果。下面就對本隧道F9斷層的勘察過程作詳細論述。

2 構造空間分布的確定

2.1 物探遙感判釋與工程地質調繪

通過對1∶50 000區域地質資料,及1∶10 000遙感判釋的分析,找到了F9斷層的平面分布位置,宏觀上了解了該斷層的走向分布,對隧道的影響范圍,初步確定了其對應的線路大致里程。

根據前部工作,對測區進行 1∶10 000及1∶2 000比例尺的野外工程地質調繪工作,并對區調、遙感判釋成果進行核實、補充。通過現場的工程地質測繪工作,確定該斷層的真實分布里程為DK502+230,斷層帶內見擠壓扁豆體,擠壓擦痕,綠泥石化、碳酸鹽化蝕變及石英巖脈充填。初步測量斷層產狀:150°∠69°,屬壓扭性斷層,地表匯水面積大。

2.2 物探

根據工程地質測繪成果,有針對性的布置震探測線,通過其彈性波速及高密度等視電阻率的異常情況,推測淺層部位構造的分布情況[1]。從基巖的彈性波速來看,DK502+215～DK502+245段波速異常,由前后圍巖的4.0 km/s～4.3 km/s降到2.7 km/s;從高密度顯示圍巖異常范圍在DK502+200～DK502+250段。通過物探,驗證了遙感及測繪成果,在綜合分析以上成果的基礎上,推測構造的淺層部位空間分布情況大致為:于DK502+210～DK502+245段與線路接近正交,傾向線路大里程方向,視傾角約為70°,據此布置機動鉆探進行驗證及修正。

2.3 鉆探

根據地質測繪及物探成果所推測的構造淺層分布情況,于構造范圍以外距上盤邊界11.5 m(DK502+256.5里程)處布置機動鉆探,進行驗證。通過鉆探資料顯示,孔深39.5 m～49.9 m處遇到構造破碎帶,石英細巖脈充填,蝕變現象明顯。根據鉆孔至上盤邊界距離及此處構造的埋深情況,可以準確地計算出斷層的實際視傾角為74°。

3 構造深埋部位工程性質的探知

3.1 綜合測井

根據測井資料統計結果,隧道圍巖巖體彈性縱波速度4.08 km/s～4.13 km/s,破碎帶巖體彈性縱波速度 1.98 km/s;地溫梯度 2.1°/100 m,屬正常地溫區;孔內最高自然放射性強度為13.4 γ,自然活度 37.5 Bq,為正常背景值,無放射性危害;水位14.80 m,由井液電阻率測井反映,無明顯含水層存在[1]。

3.2 水文試驗及計算

結合鉆探、綜合測井資料,對斷層破碎帶在鉆孔內進行分段壓水試驗并進行涌水量計算。將斷層破碎帶視為含水體,采用地下水動力學法古德曼經驗公式計算破碎帶涌水量,對斷層破碎帶富水程度進行判定。判定的標準按TB 10049-2004鐵路工程水文地質勘察規程。隧道與陡傾斜的含水層或富水斷裂帶呈正交方向穿過[2](見圖1)。

其流進隧道的涌水量可按下式計算:

其中,h1,h2分別為補給區,排泄區假象隔水層面以上潛水流的深度,m;l1,l2分別為隧道中心至補給區及排泄區的距離,m,l1=l2=2S+0.25S;D為隧道的寬度,m,單線10.2 m,雙線14.3 m;B為隧道穿過含水層的長度,m;S為水位下降值,m;K為巖石滲透系數,m/d。

利用上式對斷層富水程度計算判定,如表1所示。

表1 斷層破碎帶正常涌水量計算表

通過計算數據顯示,斷層處導水性較好,屬強富水段。斷層影響寬度內為散體結構,圍巖穩定性差,隧道施工可能產生涌水、掉塊、坍塌。

4 結語

通過遙感、工程地質測繪、物探、鉆探等勘察手段的綜合運用,查明了F9斷層構造淺層及深埋部位的性質特征及空間分布狀態;在此基礎上,通過綜合測井及水文試驗的方法,查明了該構造及附近圍巖深埋部位的工程地質及水文地質特征。為隧道設計收集到了翔實、可靠的原始資料,成功完成了深埋構造的探知工作,取得了較好的效果。經過這一階段工作,我認為:

1)在山區長大隧道的工程地質勘察中,綜合運用多種勘察手段進行深埋構造的探知工作,是行之有效的方法。2)運用遙感判釋、工程地質測繪、綜合物探及機動鉆探相結合的辦法確定深埋構造的空間分布狀態,再利用綜合測井及水文試驗手段進行其工程性質的探知工作,這樣的工作順序是合適的。3)在深埋構造工程性質探知工作中,遙感判釋、地質測繪、物探(震探、高密度)、鉆探等勘察手段,按照由前往后的順序可以起到指導作用,按照由后往前的順序可以起到驗證及修正的作用。4)各種勘察手段都有其局限性,勘察工作中,采用綜合勘察方法,并相互驗證比對,可以獲得更可靠的工程地質資料。5)綜合勘察方法在青云山隧道以及向莆鐵路其他長大隧道深埋構造性質探知工作中得以有效運用,收到了很好的效果。

[1] 鐵道部第一勘測設計院.鐵路工程地質手冊[M].北京:中國鐵道出版社,2007:678-686.

[2] TB 10049-2004,鐵路工程水文地質勘察規程[S].