【摘 要】本文結合作者多年的工程勘察經驗，論述了山區(qū)高速公路隧道工程地質勘察工作方法，總結了目前高速公路隧道工程地質評價中隧道圍巖級別劃分和涌水量預測的一般方法及其在工程中的應用。
【關鍵詞】高速公路;隧道;勘察方法
1 公路隧道工程地質勘察工作的目的
隧道工程地質勘察是指為隧道工程的設計、施工等進行的專門工程地質調查工作。查明隧址區(qū)的工程地質條件，為公路隧道的設計提供依據是隧道建設的需要也是隧道工程地質勘察工作的目的。主要包括以下幾個方面：
(1)隧址區(qū)所處的工程地質環(huán)境及其穩(wěn)定性。
(2)查明影響隧道圍巖穩(wěn)定的不良地質及特殊巖體，預測可能存在的工程地質問題，以及工程誘發(fā)的環(huán)境工程地質問題。
(3)對隧道圍巖進行級別劃分，預測隧道開挖可能產生的破壞，并提出防護建議。
(4)查明地表水的分布特點、埋藏條件，對隧址區(qū)水文地質條件及地下水的腐蝕性進行評價，并預測隧道開挖后的涌水量。
2 公路隧道工程地質勘察的手段及在各勘察階段的應用
2.1 公路隧道工程地質勘察的手段
(1)工程地質測繪及調查。工程地質測繪及調查是初始階段勘察的主要手段，它能在較短的時間內查明區(qū)域主要工程地質條件，不需要復雜的設備和大量的資金、資料，而效果顯著。根據測繪工作對地面地質了解的基礎上，往往可以對地下地質情況作出初步判斷，為勘察試驗工作奠定良好基礎，從而為合理布置勘察工作量節(jié)約勘察投資。地質人員通過分析收集到的區(qū)域地質資料和遙感解譯資料，現場量測和描述對隧址區(qū)的工程地質條件進行調查研究，其目的是查明隧址區(qū)及其附近的地形地貌、地層巖性、水文地質條件、構造特征，并將有關的地質要素以圖例、符號等按一定的比例尺如實地反映在地形底圖中，作為工程地質預測的基礎。
(2)工程物探。地球物理勘探的簡稱，它是以地下巖土層(或地質體)的物性差異為基礎，通過儀器觀測自然或人工物理場的變化，確定地下地質體的空間展布范圍(大小、形狀、埋深等)并可測定巖土體的物性參數，達到解決地質問題的一種物理勘探方法。與其它方法相比具有速度快、效率高、成本低、搬運輕便、勘察面廣等特點，不僅能對地質現象進行定性解釋，在一定條件下還能給予定量分析。其方法一般包括淺層地震折射、超聲波測井、高密度電法、大地電磁法等。
(3)鉆探。鉆探是工程地質勘察中極為重要的手段，它的特點是可以最為直接獲得地層巖性等地質資料，可取樣進行室內試驗的樣品，為孔內波速和水文試驗提供載體。但它在整個工程地質勘察投資中的費用往往很大，其進出場條件困難，勘察周期長，具有以點代面的局限，因此如何有效的使用鉆探和合理地布置其工作量顯得尤為重要，只有把物探與鉆探有機地結合起來，才能提高物探的準確性，同時提高鉆探的目的性、針對性和有效性。
(4)試驗及測試。試驗包括巖土水的室內物理力學試驗，以及現場抽水、壓水等水文地質試驗等，目的是獲得巖土體的物理力學指標、對巖土層地下水滲透及腐蝕性進行評價。測試要包括配合鉆孔進行的地應力測試、地溫測試、放射性檢測等。
2.2 公路隧道工程地質各勘察階段的工作重點
高等級公路勘察一般應按公路基本建設程序不同階段對地質資料的深度要求分階段進行，一般可分三階段進行，即工程可行性研究階段的工程地質勘察、初步設計階段的工程地質勘察和施工圖設計階段的工程地質勘察。因各個階段工程地質勘察目的不同，所采用的勘察手段和側重點也有所不同。
在工程可行性研究階段，應盡可能詳細地收集區(qū)域構造地質、巖石地層、水文地質、工程地質、地震地質、環(huán)境地質等方面的資料。利用遙感資料(衛(wèi)片和航片)，以工程地質調查和測繪為主，對隧道不良地質路段布置少量鉆探工作，以便初略掌握隧道地層巖性特征及不良地質對隧道的影響。
在初步設計階段，路線的走向和位置已基本確定，進入線路比選階段，勘察工作以工程地質調查和測繪為主，結合少量鉆探、物探工作。通過調繪和物探已初步探明影響隧道穩(wěn)定的不良地質路段，然后針對性地布置鉆孔，查明不良地質路段圍巖情況，對路段圍巖進行分級。對于滑坡、崩塌、巖堆、泥石流等嚴重不良地質地段，一般情況下路線應設法繞避。實在無法繞避的要考慮工程措施的可能性與可靠性，以便進行線路比選。
施工圖設計階段，工程地質勘察的目的是詳細查
明公路隧道地質情況，為施工圖設計提供依據。需要進行1：2000工程地質測繪，根據地質調繪和物探結果，針對隧址區(qū)的不良地質路段布置勘探孔，查明構造巖溶等的發(fā)育特征，采用調查、測繪、槽探、坑探、鉆探、物探等綜合勘察手段查明場地巖土體組成、性質、分布以及風化層、不良地質、特殊性巖土等。利用鉆孔進行抽注水試驗、孔內波速試驗，以及孔內取樣試驗。綜合所有資料對隧道進行路段圍巖分級，預測隧道開挖后的涌水量。
3 公路隧道工程地質評價重點
3.1 公路隧道圍巖級別的劃分及穩(wěn)定性評價
公路隧道圍巖級別的劃分主要根據通過計算隧道圍巖基本質量指標修正值[BQ]進行定量分析，同時結合巖土體特征進行定性評價。
根據交通部《公路隧道設計規(guī)范》(JTGD70—2004)對公路隧道圍巖的分級規(guī)定，按照隧道圍巖受構造影響程度、發(fā)育程度、巖體結構特征、彈性波速(VP)、巖體完整性系數(KV)和隧道圍巖基本質量指標修正值[BQ]等因素綜合確定圍巖級別。
首先確定基本質量指標BQ值，BQ值根據下式計算求取：
BQ=90+2Rc+250KV
式中：Rc—巖石單軸飽和抗壓強度，根據室內巖石試驗確定;
KV—巖體完整性系數，根據鉆孔聲波探測值求取，計算公式為KV=(Vpm/Vpr);
Vpm—巖體彈性縱波波速; Vpr—巖石彈性縱波波速。
當Rc90K+30時，以Rc=90K+30和KV代入公式計算;當KV0.04Rc+0.4時，以KV 0.04Rc+0.4和Rc代入公式計算。
在巖體基本質量指標分級基礎上考慮地下水、軟弱結構面產狀和圍巖初始應力狀態(tài)等因素的影響，對巖體基本質量指標BQ 進行修正，巖體基本質量指標修正值[BQ]值按下式計算求?。?/p>
[BQ]=BQ-100(K1+K2+K3)
式中：BQ—巖體基本質量指標;
K1—地下水影響修正系數;
K2—主要軟弱結構面產狀修正系數;
K3—初始應力狀態(tài)影響修正系數。
K1、K2、K3取值詳見《公路隧道設計規(guī)范》(JTGD70 2004)。
求得巖體基本質量指標修正值[BQ]后，根據表1對圍巖進行級別劃分。
對于構造帶及進出口淺埋段，圍巖為松散土體或破碎巖體及其風化巖體，應根據巖土體主要特性進行定性分級。
根據隧道圍巖的路段分級結果對圍巖巖體的破碎情況進行分析，預測隧道開挖后圍巖可能遭受的破壞，對其進行穩(wěn)定性評價，并提出防護建議。例如，Ⅰ、Ⅱ級圍巖，巖體一般為完整-較完整，側壁一般較穩(wěn)定，在無支護時局部可能產生小掉塊現象，一般只需簡單防護即可。Ⅳ、Ⅴ級圍巖，巖體為較破碎—破碎，開挖后易坍塌，需要進行錨噴、鋼架支撐等復合式襯砌。
3.2 公路隧道涌水量的預測
目前公路隧道涌水量的預測一般根據《鐵路工程地質手冊》及《鐵路工程水文地質勘察規(guī)程》(TB10049-2004/J339-2004)，主要采用地下水動力學法及水均衡理論的降水入滲法估算隧道涌水量。
3.2.1 降水入滲法
根據《鐵路工程地質手冊》及根據水均衡理論的降水入滲法《鐵路工程水文地質勘察規(guī)范》(TB10049-2004/J339-2004)，按隧道匯水面積范圍內降水的入滲率，估算隧道涌水量。地下水的補給來源主要為大氣降水，其補給量的多少受降水強度、降水持續(xù)時間、地形及地表節(jié)理、裂隙的發(fā)育程度控制。采用降水入滲法初步估算隧道的涌水量公式如下：
Qs=2.74a×W ×A
式中：Qs—隧道正常涌水量，m3/d;
2.74—換算系數;
a—降水入滲系數;
W —多年年均降水量。
3.2.2 地下水動力學法
隧道區(qū)地下水主要為基巖中的裂隙水，水量及水位埋深受季節(jié)影響較大。根據《水文地質手冊》及《鐵路工程水文地質勘察規(guī)程》(TB10049-2004/J339-2004)采用地下水動力學法估算隧道涌水量。
最大涌水量：
Qm=q0·L
正常涌水量：
Qs=qs·L
qs=q0-0.584εKr(佐藤邦明經驗式)
式中：L—隧
道計算長度，m;
qo—隧道單位長度最大涌水量，m3/(d·m);
K—含水層滲透系數;
H—含水層中原始靜水位至隧道底板的距離，m;
H-r—靜止水位至隧道橫斷面等價圓中心的距離，m;
r—隧道洞身橫斷面的等價圓半徑，m;
d—隧道洞身橫斷面的等價圓直徑，m;
ε—試驗系數，一般取12.8;
qs—隧道單位長度正常涌水量，m3/(d·m)。
根據圍巖分級結果通過上述方法進行分段計算隧道涌水量，各分段涌水量之和便為總的涌水量，對涌水量大的路段應建議開挖后采取必要的防排水措施。
4 結語
公路隧道工程地質勘察是各種勘察手段和分析評價方法的綜合運用。首先應通過資料收集與研究、工程地質測繪及調查、鉆探、物探及各種測試試驗等綜合勘察手段獲得較為準確可靠的工程地質資料，其次應利用前人總結的成熟方法及經驗公式從不同角度進行分析對比，最終目的是獲得控制隧道圍巖穩(wěn)定的各項因素，分段確定圍巖級別，進而對圍巖穩(wěn)定性進行評價，預測開挖涌水量，為隧道施工布置、各段洞身掘進方法及程序、支護及襯砌設計提供詳實可靠的工程地質依據。
參考文獻：
[1]JTGD70-2004公路隧道設計規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2004.
[2]TB10049-2004/J339-2004鐵路工程水文地質勘察規(guī)程[S].北京：中國鐵道出版社，2004.
[3]水文地質手冊[M].北京：地質出版社，1978.
[4]鐵路工程地質手冊[M].北京：中國鐵道出版社，1999.
[5]張倬元.工程地質勘察[M].北京：地質出版社，1981.
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