隧道復雜地質環境下的巖土工程勘察與評價研究

楊長民

（濟南市勘察測繪研究院，山東 濟南 250101）

巖土工程勘察是隧道工程設計和施工的先行軍，正確、詳盡的巖土工程勘察成果對整個的項目的規劃、投資、設計、施工、后期的維護等方面起著不可估量的指導作用，不僅能夠保證項目的安全開展，還可以有效節省施工工程量、節省投資、降低施工成本。隨著國民經濟的飛速發展，國家開始大力發展道路網的建設，道路也逐漸向著地質環境更加復雜的區域延伸，巖土工程主要包括巖體工程和土體工程[1]。在隧道施工前，首先需要對隧道工程的地基強度、變形程度、穩定性等進行準確的評價和計算，從而為后續的設計與施工提供有力的數據支撐，因此工程勘查的結果對于工程建設而言具有十分重大的影響。由于復雜工程環境的巖土工程勘查通常是在野外未知的環境中進行，因此在實際巖土工程勘察中，常常會存在勘查缺乏規范性、地下水位測量不準、勘查數據不準確等。對此本文開展在復雜工程環境巖土工程勘察與評價研究。

1 隧道復雜工程環境巖土工程勘察

復雜工程環境的巖土工程勘察是對需要開挖隧道所在區域的地質環境進行詳細的調查和分析，從而讓隧道的設計及施工人員可以更加充分的了解被開挖地區的地質結構特征、地貌地形特點以及不良地質問題等，從而更加準確的在復雜地質環境中判斷的地下水的發育情況，并對巖體分級進行準確的劃分（確定巖體的破碎程度及結構裂隙的具體分布位置）[2]。采用地質勘查中當前先進的技術及手段，嚴格按照巖土工程勘察的實用性原則，對復雜地質環境的巖土工程開展工程物探[3]、地質測繪、巖層鉆探等勘查流程，下面本文將針對以上流程進行詳細的論述。

1.1 工程物探

工程物理勘探是在地質體的各種物理力學性質均未受到破壞的條件下，進行的一種較好的原位測試方法，它比室內試樣的試驗更能客觀的反映地質體工程性狀的基本特征。在隧道工程勘察中，已在地質界線、斷層、巖溶、隧道圍巖級別劃分中得到廣泛應用，工程物理勘探的方法簡單、快速、經濟、易大面積進行施測，在巖土工程勘探中，已成為一種重要的輔助手段。根據場區工程地質特征，結合不同工程的技術要求和不同物探方法的特點與適用范圍，選擇相應的不同的物探方法，以求取得較好的物探效果。主要采用以下2種探測方法。

1.1.1 探地雷達探測

主要物探設備為LTD2100型和RIS-K2型高精度探地雷達，能夠初步查明該場區范圍內覆蓋填土層和強風化層、強風化層和中風化層分界面的深度和變化情況。

探地雷達利用高頻電磁波(主頻為數十兆赫至數百兆赫以至千兆赫)以寬頻帶短脈沖形式，由地面通過天線T送入地下，經地下地層或目的體反射后返回地面，為另一天線R所接收。

1.1.2 跨孔電磁波CT法

在地球物理特征和試驗成果的基礎上進行資料的解釋，表現在成果圖上有如下特征：強度高、堅硬完整的巖石介質中，電磁波的穿透能力較強，吸收系數較??；如巖層受到巖溶發育等破壞時，其對電磁波的吸收能力增強，吸收系數變大，與完整巖石間存在較大的地球物理差異。因此，在巖石介質中具備電磁波CT探測巖溶的地球物理前提。

鉆孔電磁波CT，測試共有定點發射、水平同步和斜同步三種觀測方式，發射和接收點距根據孔間介質的吸收系數的變化范圍和振幅衰減規律而定。甲孔發射、乙孔接收完成后，對調過來進行乙孔發射和甲孔接收工作，構成一完整的測試剖面。

正式采集數據前，應根據兩鉆孔的孔距、孔深及兩孔間的巖體完整性進行選頻，即選擇采集的最佳頻率，利用采集到的數據繪制數據頻率曲線，然后抽出最佳頻率曲線，建立相應頻率的數據文件。

1.2 地質測繪

地質測繪的主要目的是為了對待測定的區域的地貌結構特征、地形特征等各個方面進行更加充分地調查，并結合調查結果更加科學的對巖土的地貌進行劃分，從而使勘查人員更好的掌握復雜地質環境中巖土的實際厚度、成因以及年代等信息[4]。

在進行地質測繪時應當根據巖土巖層的風化程度，對土層采取新近沉積土的劃分方法。在實際地質測繪中，巖土體類型可分為兩種，一種為松散巖土類型，一種為碎屑巖夾雜碳酸鹽巖層類型。其中第一種類型的巖土體主要是由粉質黏土、黏性土夾雜碎塊組成，該類型巖土層之間常常會出現發育土洞且存在發育良好的下伏碳酸鹽巖溶，因此具有十分豐富的巖溶水。對于這一類型的巖土體在對其進行施工時應當注意，在施工過程中采用人為抽水方式進行可能會造成該區域出現塌陷問題。屑巖夾雜碳酸鹽巖層中包含碳質頁巖、加透鏡狀灰巖、鈣質泥頁巖等巖土性，該類型巖土體巖質相對較軟，因此力學性能也相對較低，在該類型巖土體上進行大量澆灌會造成其軟化問題產生。因此在實際施工前應當根據地質測繪的結果開展不同方式的施工任務。

1.3 巖層鉆探

在使用鉆探技術進行巖土工程勘察時，可采用XY-180型的臺式鉆機。為了確保砂土及黏性土層有較高的采取率。在鉆探過程中還可結合先進的鉆探技術，例如采用回轉鉆進、泥漿護壁、植物膠護壁等手段，使整個鉆探工作的質量提高[5]。操作人員還應當對鉆探整個過程中進行充分的觀察，并準確的描述出巖土層的宏觀特征，并將各項內容進行記錄，從而在工程施工前充分掌握鉆探巖土層相關結構的分布情況，并為更好的探究巖土物理、力學性質提供條件，保證復雜地質環境巖土工程勘查的順利進行。

2 隧道復雜地質環境巖土工程評價

首先按照勘探區域地質災害的危險性、周圍地質環境等問題，確定對巖土工程的評價指標。結合目前所能達到的施工技術，本文選擇將環境污染、地質災害、生態破壞三個方面作為評價的準則層指標；將水環境污染、大氣環境污染、噪聲環境污染、塌陷、滑坡、地裂縫、自燃、植被破壞、水土流失等作為基礎評價指標。

由于在復雜地質環境中，影響巖土工程施工的因素較多，因此本文上述確定的評價指標與環境等級之間存在著較為模糊的關系。在單環境因素模糊綜合評價方法的基礎上，對巖土工程整體對環境的影響進行模糊評價，從而得出總體影響程度上的評價結果。

首先根據環境污染指標對巖土工程進行評價。巖土工程在勘探區域內的排水量可根據公式（1）進行計算。

公式（1）中，Q(a)表示為排水量；a表示為該區域原始排水量；i表示為排水次數。根據公式（1）計算出隸屬于二級標準的隸屬度從而得到工程區域內排水水質構成的模糊關系矩陣，再由專家確定相應的權重，從而到的水污染的最終評價結果。

其次，再從地質災害的角度評價巖土工程，確定地質災害的因子各個權重，再由專家進行打分，確定模糊矩陣，如公式（2）所示：

公式（2）中R表示為模糊矩陣。根據矩陣確定地質災害評價結果。同理，再由專家打分從生態環境角度對巖土工程進行評價。最終根據最大隸屬度原則，確定復雜工程環境巖土工程的評價結果，隸屬度越大則說明巖土工程對于這一類影響加大，勘查人員應當根據評價結果及時更換工程施工方法從而將保證巖土工程的順利進行。

3 結語

復雜的工程地質環境會對巖土勘察工作的結果造成影響，在實際勘查過程中，勘查人員應當嚴格按照相關技術的要求，并結合當地實際情況進行。同時在勘查過程中還應當結合先進的地質勘查技術，制定相應的勘查方案，加強對勘查人員的安全管理工作，從而在保證安全的前提下，進一步提高巖土工程勘查的質量和效率，從而保障隧道工程的施工進度和施工質量，為安全生產保駕護航，完成國家大力加強建設、完善道路運輸網體系的宏偉藍圖。