隧道工程多種勘察技術方法研究論文
【摘要】目的是對隧道穿越段進行岩土工程勘察，查明工作區範圍地層巖性、岩層產狀、構造及不良地質對隧道透過的影響程度，為隧道穿越工程初步設計提供所需的相關工程地質依據和工程設計所需的岩土工程引數等。
【關鍵詞】岩溶；地質；隧道；岩土工程
1引言
某管道工程隧道位於山西省某縣境內，穿越段主要出露奧陶系-套碳酸鹽巖，地層穩定，巖性變化較小，岩層具水平層理構造，產狀平緩，岩層傾向多往南東及南西方向傾斜，區域性因褶曲呈波狀微起伏，岩溶較發育，溶蝕形態主要為溶洞、溶溝、溶蝕裂隙及蜂窩狀溶孔等，一般為半充填，充填物為粉質粘土及灰巖碎石、塊石等，岩溶發育在很大程度上與構造裂隙發育程度有關。
2主要任務及勘察技術手段
為完成隧道勘察任務本專案採用了多種勘察技術手段以探明隧址區工程地質情況。
2.1主要任務
查明隧道透過地段的地層、巖性和褶皺、斷裂破碎帶、不良與災害地質（滑坡、崩塌、泥石流等）、特殊地質（如岩溶、採空區等）情況。
2.2岩溶分析
溶洞與構造的初步評價：
2.2.1岩溶與巖性的關係
岩石成分、成層條件和組織結構等直接影響岩溶的發育程度和速度。一般地說，質純厚的岩層，岩溶發育強烈，且形態齊全，規模較大；含泥質或其他雜質的岩層，岩溶發育較弱。結晶顆粒粗大的岩石岩溶較為發育；結晶顆粒細小的岩石，岩溶發育較弱。隧址區共有七個地層，根據地表調查岩溶發育的地層為灰巖、泥質灰巖及白雲質灰巖地層。
2.2.2岩溶與地質構造的關係
溶洞與裂隙的關係：裂隙的發育程度和延伸方向通常決定了岩溶的發育程度和發展方向。在節理的交叉處和密集帶，岩溶最易發育，隧道進口岩石節理裂隙發育，巖體較破碎岩溶較發育，巖芯多見蜂窩狀溶蝕。與斷層的關係：沿斷裂帶是岩溶顯著發育地段，常分佈有漏斗、豎井、落水洞及溶洞、暗河等。往往在正斷層處岩溶較發育，逆斷層處岩溶發育較弱。隧址區發育-斷層，因斷層破碎帶影響，岩溶裂隙發育，巖芯多為碎塊狀，區域性短柱狀。
2.2.3岩溶與地形關係
地形陡峻、岩石裸露的斜坡上，岩溶多呈溶溝、溶槽、石芽等地表形態；地形平緩地帶，岩溶多以漏斗、豎井、落水洞、塌陷窪地、溶洞等形態為主。現場地表調查可知，在地形陡峻山溝內多見溶溝，有明顯水流痕跡，岩石表面有鬆散溶蝕風化殘留物附著於巖體表面。
2.3勘察技術方法
本次岩土工程勘察採用的主要技術方法包括：
2.3.1資料收集、分析整理
收集分析區域地質普查、區域水文地質普查、有關重大工程的地質勘察成果、氣象、水文、地震和地區國民經濟發展規劃等資料，並進行整理、分析。
2.3.2地面工程地質測繪、鑽探
對隧道透過地段及其附近地區的地質和水文地質工程地質現象進行調查、測繪機鑽探。
2.3.3高頻大地電磁探測、聲波測試
採用高頻大地電磁測深法、選用EH-4型StrataGem電磁儀，主要查明鬆散層、基岩風化層厚度和褶皺、斷層破碎帶、節理、裂隙密集帶等構造、巖體破碎帶深度與厚度，以及礦山採空區的分佈深度和高度等。採用單孔法，選用是重慶奔騰數控生產的WSD-2A數字聲波測試儀，在鑽孔內測定巖體彈性縱波和橫波波速，現場測試巖塊彈性縱波和橫波波速，計算巖體的完整性指數。
3勘察手段應用及地質解譯
隧址區地貌屬低山丘陵地貌，地形起伏較大，區域性為懸崖，地形陡峭，溝谷縱橫，切割深，從大的地貌上看隧址區南高北低，海拔高程790～1047m，相對高差257m。擬建隧道進、出洞口位於山腳下溝谷處，地形相對平緩。
3.1鑽探及其成果
經鑽探揭露及地表地質調查，隧道穿越範圍主要出露奧陶系-套碳酸鹽巖地層，地表基岩露頭髮育，現將場地各地層岩土層特徵從上至下分述如下：
3.1.1第四系
①殘坡積碎石土：黃褐色，碎石約佔60%，母巖成分為灰黑色灰巖，角礫及泥質充填，不均勻分佈，該層零星分佈於溝谷及山坡-帶，主要為懸崖頂部坡積灰巖殘坡積而成。
3.1.2奧陶系中統上馬家溝組
②中風化泥質灰巖：灰色，灰黃色，細晶結構，薄-中厚層狀構造，節理裂隙發育，區域性含方解石細脈，偶見溶蝕小孔，岩石一般較完整，區域性風化破碎，岩石呈水平層理、產狀平緩，夾灰巖及白雲質灰巖，該層在地表分佈於山頂一帶，厚度大於40m。
3.1.3奧陶系中統下馬家溝組
③中風化灰巖：深灰色，薄～中厚層狀構造，細晶結構，巖芯呈短柱及長柱狀，少部分巖芯呈碎塊狀，RQD值為極差-較好，層狀裂隙較發育，區域性受構造影響溶蝕發育，溶蝕空間被灰巖碎屑及泥質充填，該地層見於隧道進洞口及中部鑽孔。該層在地表分佈於山體北東坡及隧道進口處山坡、溝谷一帶，厚度約60~80m。④中風化白雲質灰巖：深灰；薄-厚層狀構造，細晶結構，巖芯呈短柱及長柱狀，少部分巖芯呈碎塊狀，RQD值極差-差，層狀裂隙較發育，溶蝕發育。地質鑽探及高頻大地電磁探測在該層內發現有-岩溶裂隙發育帶，岩溶發育帶內溶蝕裂隙發育，巖芯破碎成碎塊狀，區域性短柱狀，巖芯溶蝕現象明顯，塊狀、柱狀巖芯上有較多溶蝕孔洞，半充填或無充填，巖芯採取率較低，RQD值極差-差。該層見於中部鑽孔號孔。地表直徑2～4cm的溶孔較發育。該層地表主要分佈於山體北東坡-帶，厚度60~100m。⑤中風化泥質灰巖：灰色、灰黃色，中風化薄～中厚層狀構造，細-微晶結構，節理裂隙發育，該層分佈山體北東坡及溝谷一帶，厚度10~20m。
3.2高頻大地電磁測深處理與解釋
EH-4野外採集的時間序列的'資料進行預處理後，在現場進行FFT變換，獲得電場和磁場虛實分量和相位資料，對每一個測點進行編輯，舍掉畸變的頻點，保留高質量的頻點資料。然後進行一維BOSTICK反演和地形校正，在一維反演的基礎上，再進行帶地形二維反演成像。最後使用surfer軟體繪製電阻率等值線圖。高頻大地電磁測深法勘探以地下介質的電性差異為基礎。由於地下岩石成因環境不同，同時受構造運動的影響，從而在縱向和橫向上產生電阻率的變化；此外岩石的電阻率值還與地層結構、成份、岩石顆粒的大小、密度以及地下水含量等因素有關。從而可根據反演斷面圖電性特徵的分佈情況，推斷解釋地下目標體的埋深、形態及分佈規律等。在斷面上，電阻率等值線密集帶或橫向斜率突變帶，說明在該處兩側存在不同地質體，往往是不同電性地質層的分界處或斷裂帶。推斷斷裂時，低電阻顯示區範圍廣，視電阻率值過低，很可能為斷裂破碎嚴重區。在資料解釋時，判別異常區主要是根據電阻率值變化及電阻率等值線的形態等綜合因素考慮的。根據隧道左線、中線和右線高頻大地電磁測深二維反演，可以看出電阻率異常形態較為複雜，發現斷層1條，並且幾乎都位於反演資料上相對應的位置處，說明異常沿走向是連續的，而且向深部也有一定程度的延伸。發現1條岩溶發育帶，電阻率很低，基本在100Ωm以下，該隧道工程地質條件較差。在中部內有一明顯低阻異常帶，並向深部延伸約350m，電阻率值在50～350Ωm，推斷為一斷層，傾角約60°。在斷層附近，岩溶裂隙較為發育，施工時應引起注意。
3.3聲波測井資料解釋成果
3.3.1進洞口測井資料解釋
從聲波測井及電阻率測井資料來看，測井波速背景值在2875～4050m/s之間，電阻率背景值在4370～6050Ωm之間，總體岩石聲波與電阻率變化有-定幅度。在深度5.3～5.9m，聲波測井出現低速值，約為2600m/s左右，電阻率測井出現低阻值，約為3250Ωm，推測為裂隙或溶蝕帶；在深度8.1～10.7m內聲波測井出現低速值，約為2700m/s左右，電阻率測井出現低阻值，約為3870Ωm，推測為裂隙或溶蝕帶；在深度14.0～15.1m內聲波測井出現低速值，約為3320m/s左右，電阻率測井出現低阻值，約為4100Ωm，推測為裂隙或溶蝕帶；在深度18.0m以下內聲波測井及電阻率測井出現值往下的趨勢，聲波速度約為3700m/s左右，電阻率約為5350Ωm，推測為裂隙或溶蝕帶。
3.3.2出洞口測井資料解釋
從聲波測井及電阻率測井曲線圖來看，測井波速背景值在3250～4200m/s之間，電阻率背景值在5850～6250Ωm之間，總體岩石聲波與電阻率變化不大，岩石較完整。在深度4.4～5.2m，聲波測井出現相對低速值，約為3050m/s左右，電阻率測井出現低阻值，約為4200Ωm，推測為裂隙或溶蝕帶。根據對物探資料分析，結合地質調繪、鑽探成果，地面以下物理層大致可分為三層：第一層縱波波速為2125～2378m/s，結合地表調查及鑽探揭露，綜合解釋該層為第四系殘坡積碎石土層；第二層縱波波速為3030～4545m/s，結合已知結果，解釋為中風化層，巖性主要灰巖等；第三層縱波波速為3257～4426m/s，結合已知結果，解釋為微風化層，巖性主要為灰巖。透過本次高頻大地電磁探測及聲波測井成果顯示：（1）透過本次物探勘查，基本查明瞭指定剖面段地表下450m左右深度範圍內的斷裂構造及風化帶（或物性介面）的起伏變化情況，總體結果較可靠。（2）在根據聲波及電阻率測井資料，進口區域岩溶裂隙較發育。（3）透過高頻大地電磁探測，在中部範圍內有一明顯低阻異常帶，並向深部延伸約350m，電阻率值在50～350Ωm，推斷為-斷層，傾角約60°。另在中部範圍（斷層周圍）發現1條岩溶發育帶，電阻率很低，基本在100Ωm以下，受斷層影響，岩溶裂隙較為發育，該段隧道工程地質條件較差。
4結語
由於岩土的特性以及勘察目標的不同，採用的勘探方式也應不相同。尤其岩溶地區地質構造複雜採用多種勘察手段方法進行綜合勘探，各勘探手段之間可以相互依靠、補充，比單一鑽探和地質調查等更為全面和精確、便捷、經濟；鑽探雖然使用最為廣泛，但在進行岩石勘察時，應從經濟性出發，避免盲目化和隨意化。