淺談綜合地質(zhì)勘探方法在隧道勘察中的應(yīng)用

葛靈生

（安徽省煤田地質(zhì)局第三勘探隊安徽宿州232001）

淺談綜合地質(zhì)勘探方法在隧道勘察中的應(yīng)用

葛靈生

（安徽省煤田地質(zhì)局第三勘探隊安徽宿州232001）

地質(zhì)工程是一種為查明某區(qū)域范圍內(nèi)的基本地質(zhì)情況、獲取地質(zhì)數(shù)據(jù)的地質(zhì)工作，具體來講就是為礦產(chǎn)勘查開發(fā)、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警、環(huán)境保護(hù)等服務(wù)的。國內(nèi)地質(zhì)工程主要包括礦產(chǎn)資源的勘探、道路沿線基礎(chǔ)工程的勘查工作等，而如何有效地使用鉆探并合理的對其進(jìn)行布置，保證工程量，盡可能地獲取更多的詳細(xì)準(zhǔn)確的地質(zhì)資料，以及了解地下地質(zhì)變化及礦產(chǎn)資源儲量，是地質(zhì)勘探工作中最重要的環(huán)節(jié)?？碧降淖罱K目的是為采礦、道橋建設(shè)服務(wù)，鉆孔的合理布置能在節(jié)約成本的同時有效地控制礦區(qū)(道路)邊界線，為后期工作打下堅實基礎(chǔ)。本文以實例實分析了綜合地質(zhì)勘探方法在隧道勘察中的應(yīng)用。

綜合地質(zhì)勘探方法隧道應(yīng)用

1　引言

近幾年來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平的提高，勘查工程也取得了長遠(yuǎn)的發(fā)展，尤其是隧道工程的勘察工作被廣泛的應(yīng)用[1]。針對需要解決地質(zhì)問題的差別，單一的物探方法在解決復(fù)雜地質(zhì)問題中往往力不從心，不能達(dá)到勘察目的[2]。為了詳細(xì)細(xì)致地了解地質(zhì)情況,在保證物探先于鉆探，物探、鉆探、巷探相結(jié)合原則的同時，采用多種勘探方法綜合方法，包括淺層地震反射波法、地震折射波法、瑞雷面波法、大地電磁測深法和高密度電法等,方能達(dá)到令人滿意的效果。

2　綜合地質(zhì)勘探方法

2.1地球物理方法

雖然應(yīng)用于隧道勘察中的物探方法有很多，但每一種方法都有其應(yīng)用的物理前題，沒有這種“前題”存在，物探方法就不可能獲得好的應(yīng)用效果．怎樣根據(jù)工區(qū)的地質(zhì)特征來發(fā)揮各種物探方法的勘察優(yōu)勢，這是綜合物探的核心。

（1）地質(zhì)雷達(dá)法

是近年來發(fā)展起來的新興地學(xué)技術(shù),不論是在環(huán)境、工程還是煤礦地質(zhì)等的探測中,都有廣泛的應(yīng)用。該技術(shù)的原理是:首先發(fā)射高頻電磁波,并用一定的接收裝置接收返回的電磁波,然后通過分析接收到的反射波的時間與位置等參數(shù)來研究地質(zhì)結(jié)構(gòu)。近年來微電子工藝迅速發(fā)展,相比其他物探方法，地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)具有快速、無損、探測精度高等優(yōu)點[3]。

（2）三維地震勘探技術(shù)

三維地震勘探技術(shù)是一項集物理學(xué)、數(shù)學(xué)、計算機(jī)學(xué)為一體的綜合性應(yīng)用技術(shù)，其應(yīng)用目的是為了使地下目標(biāo)的構(gòu)造圖像更加清晰、位置預(yù)測更加可靠。三維地震勘探信息豐富，得到的資料中包含振幅、相位、頻率等信息，利用這些信息可提取地下巖層的厚度、巖性、結(jié)構(gòu)等信息[3]，可幫助地質(zhì)人員準(zhǔn)確的認(rèn)識地下地層，提高巖體結(jié)構(gòu)分析精度。

（3）高密度電法

高密度電法是尋找構(gòu)造破碎帶、斷層及劃分電性差異較大介質(zhì)界面最直觀而有效的物探方法之一．實際上它是多種排列的常規(guī)電阻率法與資料自動反演處理相結(jié)合的綜合方法，它仍然是以巖土體導(dǎo)電性差異為基礎(chǔ)的電法勘探，基本原理與常規(guī)電阻率法相同[5]。其優(yōu)點是：通過電阻率變化情況，能較準(zhǔn)確進(jìn)行地層的劃分，計算深度和厚度；查明地下是否存在不良地質(zhì)現(xiàn)象，如洞穴、巖溶等；判斷地下是否有斷層、破碎帶存在，并判斷其賦水狀況[6]。缺點在于：不能對資料進(jìn)行準(zhǔn)確的定量解釋，巖性分層需要參考相關(guān)資料；受地形起伏影響較大；一般受儀器和地形制約，勘探深度有一定限制。

除了以上三種外,其他用得較多的地球物理方法還有大地磁電阻率法、瞬變電磁法、重磁勘探法和三維地震勘探法，鉆孔超聲波測井及巖石波速測試等方法。

2.2傳統(tǒng)勘察技術(shù)

（1）鉆探，當(dāng)勘探的目的層上部有較厚的蓋層時。

（2）槽探，在地表處常用的一種勘探方法。

（3）巷探，利用礦業(yè)巷道進(jìn)行勘探。

3　綜合地質(zhì)勘探方法在隧道勘察中的應(yīng)用

3.1隧道區(qū)地質(zhì)概況

研究區(qū)隧道所處地貌為高原山嶺地區(qū)，海拔多在920-1425m之間，地表起伏強(qiáng)烈，相對高差達(dá)310-670m，山體高大險峻，溝壑縱橫深切。擬建隧道橫穿叢狀山體，山體坡度多在30°-40°之間。隧道從南側(cè)壟形地進(jìn)入山體，穿越陡崖、山嶺、群峰、洼地、落水洞，并于坡谷一沖溝左側(cè)穿出。隧道區(qū)不良地質(zhì)主要是以巖溶、地下水和煤層瓦斯表現(xiàn)突出。巖溶廣為發(fā)育于灰?guī)r、白云巖地層內(nèi)，地表明顯見溶溝、溶槽、洼地、落水洞，地下溶隙、溶洞及巖溶管道也多有存在。隧道施工如果揭穿管道，將產(chǎn)生冒水、涌水。隧道開挖揭露后，瓦斯于洞體內(nèi)釋放富集，極易形成瓦斯突出，在外界因素觸發(fā)下，即產(chǎn)生燃燒、爆炸。

3.2勘察方法及手段選擇

為了查明隧道區(qū)工程地質(zhì)特征、水文地質(zhì)條件及不良地質(zhì)現(xiàn)象，分段確定圍巖級別，為設(shè)計和施工提供有效的工程地質(zhì)資料和經(jīng)濟(jì)合理的處理方案，勘察中在遙感判釋的基礎(chǔ)上采用了工程地質(zhì)調(diào)繪、地質(zhì)鉆探、高密度電法、地震勘探、聲波測試、抽水、壓水試驗、室內(nèi)試驗及瓦斯檢測等多種方法和手段進(jìn)行綜合勘察。

（1）工程地質(zhì)調(diào)繪。隧道區(qū)內(nèi)山高坡陡，溝壑縱橫，地層多樣，巖性多變，斷裂發(fā)育，不良地質(zhì)表現(xiàn)十分突出。為此，此次勘察采用路線穿越法和追索法分別進(jìn)行了1∶1萬和1∶2000的地質(zhì)測繪，從整個地質(zhì)單元和隧道區(qū)兩個方面對地質(zhì)體和不良地質(zhì)進(jìn)行控制，較之以前單一的方法，突破了調(diào)繪范圍的局限，使調(diào)繪內(nèi)容更加準(zhǔn)確、全面，為下一步工作的開展打下了良好的基礎(chǔ)。

（2）地質(zhì)鉆探。針對隧道區(qū)地層多，巖性變化大，此次勘察共布置了17個鉆孔進(jìn)行鉆探，平均每幅250m間距就有一個鉆孔分布，基本上每個地層都有1-2個鉆孔控制。鉆探方法一般采取合金或金剛石鉆進(jìn)，部分如煤系地層地帶巖石破碎，采取了無水反循環(huán)鉆進(jìn)工藝。鉆孔深度除個別特殊要求的孔外，均深入隧道設(shè)計標(biāo)高以下2-3。鉆進(jìn)巖芯采取率要求強(qiáng)風(fēng)化層、破碎的巖層中不小于50%，在完整基巖中不宜小于80%，覆蓋層中不能小于50%。在鉆進(jìn)中都詳細(xì)測定了地下水位，做好班報記錄，并有巖土分層、鉆進(jìn)速度、地下水位、返水顏色等記錄。通過認(rèn)真和有代表性的鉆探，直觀地揭示了隧道洞室圍巖的巖性及完整情況。同時，利用鉆孔，還進(jìn)行了一系列的鉆孔聲波測試、抽水、壓水試驗和煤層瓦斯檢測等工作，為隧道圍巖的分段、分級從定性和定量方面均提供了準(zhǔn)確的地質(zhì)依據(jù)。

（3）高密度電法物探。隧道區(qū)工程地質(zhì)調(diào)繪發(fā)現(xiàn)棲霞組灰?guī)r、含硅質(zhì)灰?guī)r分布地帶發(fā)育有一條巖溶（暗河）管道通過隧道，可能對隧道極為不利。該巖溶管道埋深大，鉆探很難查證。為了準(zhǔn)確查明管道的置，使用了物探新技術(shù)—大極距高密度電法[矩形A—MN（三極測深）]。根據(jù)高密度電法成果，準(zhǔn)確地判明了巖溶（暗河）管道是從隧道處通過，其埋深在地表下190多m，即標(biāo)高940m位置，距隧道底板40m，對左、右兩幅隧道影響不大，隧道施工也不會對其產(chǎn)生影響。這個結(jié)論在當(dāng)時很重要，因該管道水是下面一帶眾多村民的生命水源，如果隧道施工不慎，將產(chǎn)生嚴(yán)重的社會問題，故避免了改線，為建設(shè)項目節(jié)約了大量投資。

（4）地震勘探、鉆孔超聲波測井及巖石波速測試。由于隧道區(qū)地層巖性多，地表風(fēng)化強(qiáng)烈，鉆探取芯率偏低，巖芯多為砂狀和碎塊、塊狀，地質(zhì)人員判斷巖石風(fēng)化程度人為因素大，很難客觀評價巖體基本質(zhì)量，合理劃分隧道圍巖類別。為此，在勘察中，采用了地震勘探、鉆孔超聲波測井及巖石波速測試技術(shù)。這次勘察，在當(dāng)時公路勘察設(shè)計工作中，參照了新編的公路隧道設(shè)計規(guī)范，通過對定性劃分和定量指標(biāo)的綜合分析，劃分了巖石風(fēng)化程度和隧道圍巖類232別。

（5）抽水、壓水試驗。隧道區(qū)為條帶狀巖層構(gòu)成的山嶺，水文地質(zhì)單元復(fù)雜，存在多個隔水層和含水單元，各含水單元含、透水性能差異較大。為準(zhǔn)確得到洞身段不同巖石的透水性和裂隙性，用以預(yù)測隧道的涌水量，分別在鉆孔施工完結(jié)后進(jìn)行了抽水和壓水試驗。抽水、壓水試驗均采用自制的提桶、專門的高揚(yáng)程空氣壓縮機(jī)抽水設(shè)備和壓水設(shè)備進(jìn)行，其中提桶抽水試驗主要用在地下水位較淺的地段，空氣壓縮機(jī)抽水試驗和壓水試驗主要用在地下水位較深或暫時無地下水的巖層中，同時部分鉆孔還進(jìn)行了抽、壓水結(jié)合試驗。

（6）瓦斯檢測。測試鉆孔為專門施工的ZKll孔，使用設(shè)備為采煤管1套、便攜式瓦斯解吸儀1套、取樣瓦斯灌2個。首先在鉆孔鉆遇煤層時，下采煤管采煤并迅速裝灌封閉，然后5min內(nèi)開始解吸，得出現(xiàn)場瓦斯解吸量，再利用圖解法求出瓦斯損失量，二者之和即為煤層瓦斯逸出量。通過測試，場區(qū)主要的6號煤層瓦斯逸出量為0．17m3／t，屬低瓦斯煤層。檢測手段較易可行，結(jié)果也符合實際，具有一定開拓性。

（7）室內(nèi)試驗。為了獲取隧道圍巖的物理力學(xué)指標(biāo)，勘察中采集了鉆孔巖芯11組／33件測試了密度、抗拉、抗壓強(qiáng)度、彈性模量、泊松比、縱坡波速，取樣合理，測試指標(biāo)齊全且針對性強(qiáng)，提高了勘察結(jié)果的精確性。

3.3勘察成果應(yīng)用

隧道地質(zhì)勘探、試驗克服了重重困難，歷時3個多月，對隧道區(qū)工程地質(zhì)特征、水文地質(zhì)條件及不良地質(zhì)現(xiàn)象、構(gòu)造破碎帶特征及影響、突水突泥、瓦斯和圍巖分級等重大地質(zhì)問題進(jìn)行了深入分析研究，勘察成果所確定的隧道涌水量、巖溶（暗河）管道位置、劃分的圍巖類別及瓦斯等級與實際吻合，為穿越該山區(qū)隧道方案決策提供了可靠依據(jù)。

4　結(jié)束語

隧道巖土工程勘察針對隧道技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高、地質(zhì)條件復(fù)雜等特點，采用綜合勘探方法，做到地質(zhì)測繪先行，鉆探、綜合物探、抽水、壓水試驗、瓦斯檢測、室內(nèi)試驗成果相互映證相互補(bǔ)充，特別是積極采用具有當(dāng)時國內(nèi)先進(jìn)水平的物探、瓦斯檢測新方法、新技術(shù)，查明了巖溶（暗河）管道位置、可能發(fā)生突水位置和瓦斯含量，體現(xiàn)了勘察技術(shù)的先進(jìn)性、合理性，提高了勘探效益和勘察成果的準(zhǔn)確性。

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P62[文獻(xiàn)碼]A

1000-405X（2015）-7-161-2