綜合勘察與分析方法在鐵路勘察中的應(yīng)用

張 健

中鐵第六勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司 天津 300000

1 前言

近年來，鐵路建設(shè)飛速發(fā)展，工程地質(zhì)勘察在其中發(fā)揮著重要的作用，特別是近幾年客運專線鐵路及鐵路路網(wǎng)配套建設(shè)中的長大干線，具有線路經(jīng)過的地域廣，工程類型多，地質(zhì)條件多變等特征。鐵路工程路橋穿山越嶺，地形地質(zhì)條件十分復(fù)雜，工程地質(zhì)勘察難度較大。

本文以新建渝昆高鐵、改建焦柳線等鐵路地質(zhì)勘察項目為例，闡述綜合勘察與分析方法的應(yīng)用。利用衛(wèi)星影像和航空攝影圖像地質(zhì)解釋使得地質(zhì)調(diào)查更具有針對性，地質(zhì)圖件更加美觀、直觀；利用先進(jìn)的工程物探方法，可快捷、有效地推測工程地質(zhì)條件，成為工程地質(zhì)勘察中不可缺少的重要手段；鉆探及原位測試設(shè)備的更新也使其應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展；多種勘察手段和分析方法的相互對比、綜合應(yīng)用，達(dá)到提高地質(zhì)勘察資料質(zhì)量的目的，取得了最佳勘察效果，也使不良地質(zhì)和特殊巖土的勘察取得了新的進(jìn)展。

2 綜合勘察方法

在鐵路工程地質(zhì)勘察中，采用綜合勘察方法主要包括遙感圖像地質(zhì)解釋、工程地質(zhì)調(diào)繪、物探、鉆探、原位測試、室內(nèi)試驗等，根據(jù)不同的地形地質(zhì)條件、工作階段、工程類型等選取適合的勘察方法相結(jié)合，使取得的地質(zhì)資料相互驗證、取長補短，實現(xiàn)以最少的勘探工作量達(dá)到最佳的勘察效果。

2.1 遙感圖像地質(zhì)解釋

遙感圖像地質(zhì)解釋是通過多種手段和方法，對遙感圖像地質(zhì)信息識別、分析、判斷，達(dá)到識別地區(qū)和場地地質(zhì)條件的過程。通過對衛(wèi)星影像和航空攝影圖像地質(zhì)解釋，能夠?qū)ㄔO(shè)區(qū)進(jìn)行宏觀分析，指導(dǎo)地質(zhì)勘察的重點及方向，提高了大面積地質(zhì)調(diào)繪的質(zhì)量，尤其在一些特殊困難地段，如地形地質(zhì)條件復(fù)雜的長大干線、山嶺隧道等，具有十分明顯的優(yōu)勢。例如，新建重慶至昆明高速鐵路那寨菁隧道工程通過地區(qū)地形困難，越嶺地區(qū)有兩個復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造褶皺帶，僅在地面進(jìn)行大面積地質(zhì)調(diào)繪，地質(zhì)工作深度、廣度不夠，為做好大范圍越嶺隧道方案比選工作，采用遙感圖像地質(zhì)解釋與地質(zhì)調(diào)繪方法相結(jié)合，引導(dǎo)地質(zhì)調(diào)繪的重點及方向，取得了較好的效果。

2.2 工程地質(zhì)調(diào)繪

工程地質(zhì)調(diào)繪是鐵路地質(zhì)勘察中非常重要的環(huán)節(jié)之一，經(jīng)過對工程影響范圍內(nèi)的地貌形態(tài)、地層巖性及其工程特征、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)情況、不良地質(zhì)現(xiàn)象、特殊巖土等地質(zhì)要素充分的地質(zhì)調(diào)繪，能夠為合理、有效地布置工程勘探及測試等工作指明方向，為線路方案比選和工程設(shè)計提供依據(jù)。例如，雷山空鐵旅游示范線為調(diào)查并評價陽茍滑坡對線路方案的影響，調(diào)查范圍包括整個滑坡影響范圍，做到“上山到頂、下山到溝”，詳細(xì)調(diào)查了滑坡影響范圍內(nèi)的工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件，為后續(xù)合理布置勘探點與物探測線提供依據(jù)，并將地質(zhì)調(diào)繪貫穿于整個勘測階段的全過程。

2.3 物探

物探方法是解決鐵路工程地質(zhì)勘察中工程地質(zhì)、水文地質(zhì)問題的一種物理勘探方法，具有方便、快捷、成本低等優(yōu)勢，合理選擇和使用物探方法，能夠顯著提高勘探工作質(zhì)量、降低勘察成本。在綜合勘察方法應(yīng)用中，為了克服單一物探方法的條件性、多解性、地區(qū)性，物探應(yīng)與地質(zhì)工作緊密結(jié)合，相互印證與補充，以取得更好的勘探效果。在鐵路工程地質(zhì)勘察中主要運用到的物探方法有直流電法、電磁波法、彈性波法、磁法、測井等。例如，新建重慶至昆明高速鐵路待補隧道工程勘察中，采用了電磁波法中的天然場地大地電磁法，共完成測線5730m，用于探查待補隧道的復(fù)雜地形條件下的巖溶、斷層和地層的接觸關(guān)系等；采用彈性波法中的地震折射波法，共完成測線長度780m，用于探查斷層構(gòu)造和巖性界線的平面位置，探測第四系覆蓋層、風(fēng)化層和不良地質(zhì)體的厚度與連續(xù)特征，測定巖體的縱波速度，用于劃分隧道圍巖級別等；采用測井法，共計1550.3m/12孔，包括聲速測井、自然電位、電阻率測井、放射性測井、井溫測量、井斜測量，主要為了評價巖土層及圍巖的含水性、滲透性分析、評價圍巖基本分級等。

2.4 鉆探

鉆探是地質(zhì)勘探中最常用、最普遍的重要手段，在地面露頭較少、巖性變化較大或地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜的地方，僅靠地面觀測往往不能弄清地質(zhì)情況，通過鉆探取芯可直觀地確定地層巖性、判別地質(zhì)構(gòu)造、查找地下水位等，并可以采取巖土水試樣，在鉆孔中做各種水文地質(zhì)試驗和物探試驗等。

2.5 原位測試

原位測試可以避免取樣過程中應(yīng)力釋放的影響，獲取不擾動土樣的有關(guān)工程力學(xué)參數(shù)。例如，在軟土地區(qū)工程地質(zhì)勘察中，經(jīng)常利用靜力觸探試驗、十字板剪切試驗或標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗等；判定場地碎石土的密實程度常采用動力觸探試驗；確定場地土的動力參數(shù)可采用波速測試試驗等其他現(xiàn)場試驗。

2.6 土工試驗

室內(nèi)土工試驗是巖土勘探工程的一個非常重要的組成部分，是測定土的物理、力學(xué)、化學(xué)和其他工程性質(zhì)的主要方法。經(jīng)過試驗可以揭示土的特征，進(jìn)行土類定名和土層劃分，獲取工程勘察和設(shè)計中需要的物理力學(xué)參數(shù)。由于巖、土層的不均勻性，數(shù)據(jù)處理宜根據(jù)巖土參數(shù)平均值、范圍值、標(biāo)準(zhǔn)值、變異系數(shù)及工程地質(zhì)條件綜合分析提供巖土參數(shù)。土工試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性直接影響著工程質(zhì)量的安全性。

3 綜合勘察分析方法

將綜合勘察方法取得的地質(zhì)資料進(jìn)行對比分析，與既有工程進(jìn)行類比，成果資料綜合分析與利用，即為綜合勘察分析的方法，可以達(dá)到提高地質(zhì)資料質(zhì)量的目的，下面結(jié)合新建渝昆高鐵、焦柳線改建等鐵路工程地質(zhì)勘察為例。

在黃驊港至魯北鐵路專用線勘察中，采用工程地質(zhì)調(diào)繪、鉆探、物探、原位測試、土工試驗等相結(jié)合的綜合勘察方法，將上述勘察方法中獲取的資料進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計、綜合對比與分析，最終取得了較好的效果。其中，主要運用有鉆探、靜力觸探、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗與室內(nèi)土工試驗相結(jié)合的方法判別地層巖性，通過鉆探可直接取出土樣，對土樣進(jìn)行野外判別，但取軟弱土層的試樣易受擾動；利用靜力觸探方法，可以發(fā)揮其速度快、對軟弱土層反應(yīng)靈敏的突出特點，與鉆探土層進(jìn)行對比分析，并結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗和室內(nèi)土工試驗的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計與綜合分析，多種勘察方法相互驗證與補充，定性與定量相結(jié)合的綜合分析方法，對鐵路工程地質(zhì)條件做出合理評價。

在新建重慶至昆明高速鐵路工程地質(zhì)勘察中，進(jìn)行了大面積地質(zhì)調(diào)繪、大面積水文地質(zhì)調(diào)繪，由于隧道區(qū)地勢陡峻，勘察過程中，在地質(zhì)調(diào)繪和調(diào)查的基礎(chǔ)上，對適宜于物探工作的地段采用了物探技術(shù)，對地層控制點、重要地質(zhì)分界線、重大構(gòu)造和重大物探異常（斷層破碎帶、富水地段）等地段布置鉆探驗證，最后通過多種方法綜合分析，提出了合理的措施和建議。

在焦柳電氣化改造鐵路改建融安站工程地質(zhì)勘察中，充分搜集與分析研究既有相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，開展工程地質(zhì)調(diào)繪與水文地質(zhì)調(diào)查，并采用瞬變電磁法和高密度電法兩種物探方法探測巖溶的發(fā)育情況與形態(tài)特征，對物探異常點采用適量的鉆探孔予以驗證，高效、合理地完成了地質(zhì)勘察任務(wù)，證明在地質(zhì)勘察中采用多種物探方法與鉆探相結(jié)合的手段是方便、快捷、有效的。

4 總結(jié)

鐵路工程線長點多，工程類型多，地質(zhì)條件多變，工程地質(zhì)勘察難度較大。本文針對鐵路工程地質(zhì)勘察的特點，結(jié)合渝昆高鐵、焦柳電氣化改造以及黃驊港至魯北鐵路專用線等鐵路地質(zhì)勘察工程為例，闡明了遙感圖像地質(zhì)解釋、地質(zhì)調(diào)繪、物探、鉆探、原位測試、室內(nèi)土工試驗勘察方法的相互驗證與補充，達(dá)到提高地質(zhì)勘察資料質(zhì)量的目的，取得了最佳勘察效果。