工程地質測繪在山區隧道勘察中的應用
——以福建某隧道為例

鐘 鳴

在公路工程山區隧道勘察中，受場地因素影響鉆孔間距一般較大，且靠單一的鉆探手段無法全面查明隧道區地質、水文條件，而工程地質測繪可以較全面的體現隧道區的工程地質、水文地質條件，但測繪的范圍、內容、精度等關系到資料綜合分析的準確性和勘察成果質量。因此隧道工作之前，應先進行工程地質測繪后，再布置物探、鉆孔、室內試驗等手段進行綜合勘察。

本論文主要介紹了福建泉州某隧道工程地質測繪的案例，通過工程地質測繪結合鉆探、物探等成果，查明了隧道區工程地質、水文地質條件，完成了隧道區的基本圍巖劃分，提供隧道涌水量等重要工程參數，為隧道設計及施工提供了必要的地質資料，解決了隧道穿越地質構造破碎帶圍巖影響和地下水影響及不利因素，其工程實例可供其它類似項目借鑒。

1 工程地質測繪概念

工程地質測繪是巖土工程勘察中一項最重要最基本的勘察方法，它是運用地質、工程地質理論對與工程建設有關的各種地質現象進行詳細觀察和描述，并按照精度要求將它們如實地反映在一定比例尺的地形圖上；對巖石出露或地貌、地質條件較復雜或有特殊要求的工程項目場地，應進行工程地質測繪。測繪目的是為了研究擬建場地的地層、巖性、構造、地貌、水文地質條件和不良地質作用的空間分布和各要素之間的內在聯系，為場址選擇和勘察方案的布置提供依據。《公路工程地質勘察規范》JTG C20-2011中“工程地質測繪”的概念是通過現場觀察、量測和描述，對工程建設場地的工程地質條件進行調查研究，并將有關的地質要素以圖例、符號表示在一形圖上的勘察方法。

實際地質測繪工作中受地形地貌、地表植被等場地條件限制，工程地質測繪難度很大，會造成測繪的范圍達不足、內容不全、精度低等問題，從而影響勘察成果綜合的準確性。

2 工程實踐

2.1 工程概況

華表山2號隧道位于泉州市環城高速公路晉江至石獅段內，隧道設計為雙洞雙線隧道，位于晉江市社店華表山，左洞里程ZK9+922～ZK11+400，全長1478m，右洞里程YK9+927～YK11+448，全長1521m，隧道軸線北西至南東走向，進口左右線洞底標高分別75.149m和75.167m，出口左右線洞底標高分別58.709米和58.470米，擬采用削竹式洞門。隧道穿越于一北東向伸展的殘丘之下，植被發育，沿線最高點海拔236.3米，左線進出口段地形較緩，自然斜坡坡度均約15～20°；右線進出口段地形均較陡，自然斜坡坡度：進口段約20～25°，出口段約25～30°，總體地形起伏較大，線路經過區局部為巖質陡崖。本項目完成1：2000精度地質測繪1.5kM2,鉆探18孔及物探淺層地震折射10條。本項目勘察時間為2008年9月至2009年6月。隧道區地質剖面成果如圖1。

圖1 隧道區地質剖面圖

2.2 測繪過程

2.2.1 收集區域地質成果

通過收集福建省地質局完成的《區域地質調整報告》（1:20萬泉州/廈門幅，1977年版)，初步了解隧址區及其附近地區地層出露情況，主要有第四系全新統、上三疊～侏羅系（T3-J）條痕狀混合巖、混合巖及燕山期混合花崗巖。區內構造以NE、NNE向新華夏系構造體系為主，線路橫穿新華夏系晉江—靈源山斷裂帶。

圖2 隧址區域地質圖

圖3 裂隙密集帶照片

圖4 巖性分界處照片

圖5 代表性鉆孔巖芯照片

2.2.2 編制大綱并現場調繪

首先查明劃分地貌單元，分析各地貌單元的形成過程及其與地層、構造、場地穩定性的因果關系。查明沿線地層分布情況，確定其成因、時代、巖性，對基巖風化帶分層。覆土厚度＜3m時平面圖按基巖(或基巖風化帶)的出露帶處理。

其次查明巖土相應的接觸關系和軟弱夾層的分布及產狀。查明巖層的產狀。對隧道口基巖裸露邊坡要進行代表性的巖體節理裂隙統計。

再次確定地質構造類型。核查沿線斷層分布位置，弄清其產狀、斷距、破碎帶寬度、充填物、膠結程度等。查明沿線井、泉分布，弄清地下水補給區、排泄區、地下逕流、流量等狀況。查明沿線各類不良地質現象及其特征，測量其規模，分析其危害性。最后對各典型地質現象應拍照并編入報告。

2.2.3 現場地質調繪及鉆探、物探驗證情況

結合區域工程地質圖基礎上，對沿線地質點進行實地復核，進一步對沿線地質情況作詳細的工程地質測繪，測繪范圍為沿線左右各250m，對影響線路的構造及不良地質現象，則擴大面積進行調繪。測繪精度1:4000，成果以1:2000比例出圖。測繪路線一般間距50.0～100.0m，點距50.0～150.0m，重點地段加密點距，對于地質條件相對簡單的第四系地段地質點的間距適當放寬。

測繪工作首先根據測區已收集地質資料成果，采用穿越與追索相結合的方法，測繪路線結合場地的地形地貌，最大限度地垂直構造走向或巖層走向方向并呈“S”形前進，當遇到巖性分界線或地質構造等重要地質現象即進行追索。測繪過程中觀察點的布置盡量利用天然露頭，觀測點采用半儀器法定點，一般觀察點定在：（1）不同地層接觸線、巖性分界線；（2）地質構造線；（3）不同地貌單元分界線；（4）巖石露頭處；（5）地下水露頭處；（6）不良地質分布地段。

根據現場調查成果初步分析，在本隧道區分布有3條裂隙密集帶、巖脈等，產狀基本為115°～130°∠60°～75°。為了驗證裂隙密集帶、巖脈在隧道穿越區對圍巖的影響，并驗證地表調繪的成果，沿隧道縱、橫斷面布置10條淺層地震勘探進行驗證，結合物探成果在隧道洞身處布置12個鉆孔進行驗證。

3 工程地質測繪在勘察中的應用

測繪成果及時標明了各類勘探點位、不良地質、軟基（埋藏軟基）及其它地質界限，水文地質（井、泉、濕地等地下水露頭）點，地貌點及地層與地質構造界線（含隱伏構造），特殊性巖土層界限、巖層產狀、節理產狀、節理統計點等。對于工程性質迥異且地表出露寬度滿足上圖要求的巖性層予以勾繪；有特殊控制意義的巖性層夸大表示。對于常規簡易勘探工作難以查明不良地質區地質條件時，及時申請專項地質勘察。工程地質測繪基本做到第一手資料準確、可靠，作好現場編錄工作，邊測繪邊整理，指導鉆探及其他勘察工作，并用勘探資料驗證、補充、修改測繪成果。

3.1 查明了隧道區地層巖性

通過收集資料結合現場調繪，查明隧道區上覆殘坡積層厚度一般小于3.00m（局部厚度＞3m），覆蓋層以粉質粘土為主，局部基巖裸露，巖層為上三疊～侏羅系（T3-J）條痕狀混合巖、混合巖及燕山期混合花崗巖，左線ZK11+229、右線YK11+209附近為兩種巖性接觸帶。隧道區巖層主要為上三疊～侏羅系（T3-J）條痕狀混合巖、混合巖及燕山期混合花崗巖，地層時代較老，歷經多次區域構造運動，區內構造發育，巖層裂隙普遍較

發育，完整性較差，混合巖片麻理較發育，片麻理在地下深處一般膠結較緊密，但暴露地表后易風化開裂形成裂隙。

3.2 查明隧道區構造裂隙分布情況

經本次工程地質測繪、鉆探，結合區域地質資料，隧道區發育有3條裂隙密集帶，其中L1分布于里程樁號ZK10+551～ ZK10+561、YK10+548 ～ YK10+558處，寬約10～15m裂隙密集帶，實測產狀約為110～120°∠70～75°，該密集帶通過物探實測為低波速帶，巖面波速約為Vp=2532～2972m/s,鉆孔揭示巖體破碎，差異風化顯著，部分泥化、角礫巖化，巖石破碎，見有后期輝綠巖脈沿斷裂侵入，與隧道大角度相交，對隧道圍巖完整性影響較大。

L2分布于里程樁號ZK10+835.6、YK10+839處，寬約3～5m裂隙密集帶，實測產狀約為125～130°∠70～72°，該密集帶通過物探實測為低波速帶，巖面波速約為Vp=2814～3139m/s,鉆孔揭示巖體破碎，差異風化顯著，巖性主要為條痕狀混合巖，沿片理方向裂隙很發育，局部間距僅30～50mm，巖石被切割成塊狀，見有輝綠巖脈侵入。與隧道大角度相交，對隧道圍巖完整性影響較大。

L3分布于里程樁號ZK11+003～ ZK11+015、YK11+007～ YK11+019處，寬約12m裂隙密集帶，實測產狀約為125～130°∠70～72°，該密集帶通過物探實測為低波速帶，巖面波速約為Vp=2558～2916m/s,鉆孔揭示巖體破碎，差異風化顯著，帶內巖石片理化很強，巖性為條痕狀混合巖，沿片理方向裂隙很發育，間距僅20～50mm，巖石被切割成塊狀。與隧道大角度相交，對隧道圍巖完整性影響較大。

3.3 查明不良地質現象

隧道區未見采空區、泥石流和崩塌、滑坡等斜坡失穩等不良地質作用，主要不良地質作用為ZK11+110右24m處的人工采石坑和ZK11+229、YK11+209之后出口側洞口上方斜坡上的危石。進洞口處的人工采石坑深度小，對隧道影響有限，ZK11+110右24m處的采石坑深度大，形成高約24～28m的陡崖，但該處隧道埋深較大，對隧道影響較小；ZK11+229、YK11+209之后的斜坡風化層厚度較大，局部分布有小沖溝，加上后期人工開挖取石取土較頻繁，地形地貌受到較大破壞，整體地形較陡峭，坡面多見大滾石、危石，部分滾石在降雨條件下可能滾落，成為危石，對洞口施工安全有一定影響，建議采取一定措施加強防護，必要時對洞口上部一定范圍內的危石進行清除。

3.4 查明隧道區水文地質條件,為隧道涌水量預測奠定了基礎

隧道區地形起伏較大，隧道位于當地侵蝕基準面以上，隧道區地表未見常年性水流，局部見有下降泉點及人工開挖水井，其流量一般小30T/d；雨季山坡匯水沿坡、順溝沖泄；地下水主要為上部殘坡積層和強風化層中的孔隙潛水及下部基巖裂隙水，主要受大氣降水垂向補給，隧道匯水面積較大,地下水類型主要為基巖裂隙水和構造裂隙密集帶裂隙水，大氣降水沿裂隙入滲，裂隙密集帶及巖性接觸帶附近及向斜核部地帶也易形成大型的富水構造。實測地下水位均位于設計洞身之上。地下水對圍巖有滲透作用，使圍巖級別降低，不利于穩定。隧道開挖時在地下水相對較富集地段易發生地下水滲漏、涌水，應加強對地下水位及涌水量變化的監測，做好截、排水和洞身防滲漏工作。

3.5 評價洞口穩定性

根據隧道進、出洞口查明的工程地質條件，對洞口穩定性展開評價，分別圍繞著進洞口和出洞口的情況進行分析，能夠發現進洞口中：隧道左線進口段地形較緩，自然斜坡坡度均約15°，圍巖主要為中風化條痕狀混合巖，地下水位高于洞頂板，成洞條件良好。右線進口地形較陡，自然斜坡坡度均約20～25°，表層為坡殘積粉質粘土，圍巖主要為強風化～中風化條痕狀混合巖，地下水位高于洞頂板，建議采取適當的排水措施，成洞條件較好。洞口邊坡放坡建議1：0.75～1：1.00，結合必要的防護措施。

在出洞口處隧道出口段巖性為燕山期混合花崗巖，粗粒變晶結構，該段風化層整體厚度巨大，沖溝發育，加上后期人工開挖取石取土較頻繁，地形地貌受到較大破壞，坡面多見大滾石、危石，對洞門施工不利，建議采取一定措施加強防護，必要時對洞口上部一定范圍內的危石進行清除。左線出口段地形較緩，自然斜坡坡度均約15°，橫向地形變化較大，隧洞整體偏壓較大。洞頂板主要為殘坡積粘性土，圍巖主要為強風化混合花崗巖，裂隙很發育，散體～碎裂結構，濕水易軟化，地下水低于洞頂板，拱部、側壁不穩定，易坍塌，成洞條件較差，應加強洞門支護措施。右線進口地形較陡，自然斜坡坡度均約25～26°，橫向地形變化較大，隧洞整體偏壓較大。洞項板及圍巖主要為全～強風化混合花崗巖，裂隙很發育，散體～碎裂結構，濕水易軟化，地下水位高于洞頂板，洞門處、拱部易塌，側壁不穩定，成洞條件較差，建議采取降、排水措施，加強洞門支護措施。洞口邊坡放坡坡率建議1：0.75～1：1.0，結合必要的防護措施。

4 施工情況說明

本隧道施工于2010年8月開始動，于2012年3月全洞完成施工。隧道地質剖面揭示L1～L3構造裂隙密集帶處巖層圍巖級別為多為IV～V級，施工開挖時會出現巖體穩定性差、圍巖不穩定、拱部易坍塌的情況；構造破碎帶地下水富水和導水性較好，開挖中多以淋雨狀或點狀涌流出水。設計施工方案中對圍巖IV～V級部位采用超前支護（超前錨桿采用Φ25×5mm先錨后灌式中空注漿錨桿），超前支護結構具備一定強度后，再進行開挖；此外，施工時控制開挖掌子面長度，開挖后及時進行初期襯砌。其余III級圍巖段采用全斷面開挖，開挖一循環進尺在3米左右。根據施工情況表明：開挖的掌子面情況與勘察報告提供情況基本一致，由于設計時對進洞口、出洞口及洞身裂隙密集帶處設計采用合理的支護措施、方案，施工過程很順利。

施工結果證明了工程地質測繪結合物探、鉆探的勘察方法在本隧道勘察方案中是確實可行的。

5 結束語

在山區隧道勘察中，工程地質測繪對確定的測繪區域內的地層、巖性、構造、地貌、水文地質以及區域地質的現象進行分析研究，并對相關工程的地質條件作出初步的判斷與評價，這些資料能夠為工程選址的地質、水文勘察、隧道位置等施工勘探方案提供相對可靠的參考資料，有利于技術人員制定相關的施工方案，提高施工方案的安全性，因此山區隧道區進行工程地質測繪工作具有不可或缺作用。當然如工程地質測的局限性造成繪資料漏項甚至錯誤，將給勘察、設計、施工帶來負面影響，甚至造成不必要的經濟損失。因此工程地質測繪工作在山區隧道勘察中不可替代，但地質測繪工作應作為其勘察重要手段之一，并結合鉆探以及合適的物探手段等綜合勘察，以彌補工程地質測繪工作的不足。