地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查評價(jià)項(xiàng)目中主要工程地質(zhì)問題研究

陸 虎

（中國有色金屬長沙勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南 長沙 410000）

作為擁有豐富地形地貌的國家，地質(zhì)災(zāi)害一直是影響國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要因素。隨著現(xiàn)代地質(zhì)勘察技術(shù)的快速發(fā)展，地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查已經(jīng)成為防治地質(zhì)災(zāi)害的重要舉措[1]。近年來，在新一輪的國土資源調(diào)查工作中，國家有關(guān)部門出資大力支持地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查評價(jià)項(xiàng)目工程的開展。地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查評價(jià)項(xiàng)目對于我國的國家可持續(xù)發(fā)展具有重要戰(zhàn)略意義，通過地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查評價(jià)項(xiàng)目能夠?qū)ξ覈饕?jīng)濟(jì)區(qū)和大江大河等地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)地區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害類型分布進(jìn)行基礎(chǔ)性的調(diào)查，通過基本查明地區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)，為國家以及地區(qū)主管部門履行地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治管理職能提供詳細(xì)數(shù)據(jù)資料，為公眾提供可公開查詢的地質(zhì)災(zāi)害信息，輔助地質(zhì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作，減少地質(zhì)災(zāi)害對生活秩序、社會發(fā)展的影響[2]。

在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查評價(jià)項(xiàng)目進(jìn)行過程中，需要考慮多方面因素，其中工程地質(zhì)問題是地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查評價(jià)項(xiàng)目主要關(guān)注的問題點(diǎn)之一。工程建造是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要組成部分，工程施工作業(yè)過程中無法避免會人為對地區(qū)的 地質(zhì)情況進(jìn)行改造。由工程施工作業(yè)間接或直接而引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害是政府災(zāi)害防治工作的重點(diǎn)，分析工程中的主要問題能夠指明災(zāi)害防治工作的重點(diǎn)，提升地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查評價(jià)完成質(zhì)量[3]。因此，基于以上分析背景，本文將以某地區(qū)為研究對象，對地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查評價(jià)項(xiàng)目中出現(xiàn)的主要工程地質(zhì)問題進(jìn)行研究，以期為后續(xù)的地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查工作提供參考。

1 工程項(xiàng)目簡介

本次研究選擇的工程項(xiàng)目為某地區(qū)高速公路施工項(xiàng)目，選取該公路的山嶺隧道區(qū)段作為工程地質(zhì)研究對象。高速公路全長1760公里，選取的隧道總長度為3084m。隧道施工選址區(qū)域?qū)儆跇?gòu)造侵蝕-中山丘陵地貌，隧道設(shè)計(jì)施工走向復(fù)雜，走向隨山體坡度變化較大。隧道內(nèi)線位相對高度差為853m，隧道所處山區(qū)植被發(fā)育情況良好，以灌木為主，局部存在少量喬木。

根據(jù)工程施工前的地質(zhì)鉆探、物探結(jié)果，工程施工區(qū)域以黏土、砂石、粉砂為主要覆蓋層，山體基巖主要由大理巖、白云巖、安山巖、片巖以及花崗巖構(gòu)成。隧道選址區(qū)域內(nèi)露地層較多，地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造比較復(fù)雜。山體形成過程中，受到地層的構(gòu)造作用，存在24°～200°不同角度產(chǎn)狀的節(jié)理裂隙線，裂隙延伸長度不同，裂隙中混有泥質(zhì)。

隧道選址區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件較為復(fù)雜，地表水系發(fā)育情況較差，暴雨時(shí)短時(shí)匯聚產(chǎn)生的洪流對隧道使用無影響。隧道施工時(shí)，底層地下水以淋雨?duì)罨蛴苛鳡畛鏊绊懯┕?。山體基巖構(gòu)造間的裂隙以點(diǎn)滴狀出水，出水量較少。

以該隧道施工工程為研究對象，根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查評價(jià)項(xiàng)目的具體要求，對施工過程中產(chǎn)生的主要地質(zhì)問題進(jìn)行分析研究。

2 地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查評價(jià)項(xiàng)目中主要工程地質(zhì)問題研究

根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查評價(jià)項(xiàng)目的評價(jià)內(nèi)容，該項(xiàng)工程施工中存在的主要地質(zhì)問題分別為圍巖變形、突涌水、巖爆以及地基承載等問題。

2.1 圍巖變形

實(shí)際的隧道施工過程中，圍繞隧道結(jié)構(gòu)的區(qū)域是圍巖應(yīng)力變化的主要集中區(qū)域，即隧道的拱頂、仰拱、拱腳以及掌子面等區(qū)域的圍巖變形，都會導(dǎo)致出現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害。下圖為隧道圍巖的主應(yīng)力分布云圖。

圖1 隧道圍巖的主應(yīng)力分布云圖

在該項(xiàng)隧道施工工程中，樁號K90～K167長度約為156m的區(qū)段，為隧道的進(jìn)口段。該段圍巖以粉質(zhì)粘土為主，粉質(zhì)粘土結(jié)構(gòu)松散、潮濕，進(jìn)口段坡度約為18°～26°。該區(qū)段圍巖受自重作用，出現(xiàn)大面積掉落現(xiàn)象。隧道內(nèi)部地表多為灰?guī)r、砂石等、局部出現(xiàn)少量的粉質(zhì)粘土，施工作業(yè)面出現(xiàn)一定量的碎裂圍巖。

隧道中段作業(yè)面圍巖出現(xiàn)以大理巖、白云巖、安山巖、片巖為主的巖體，砂石成層性不明顯，卵石土以間斷性出露為主要特征。該段圍巖出現(xiàn)了一部分的巖體巖溶化破碎現(xiàn)象，散射狀的巖體碎屑在施工爆破作用下，出現(xiàn)大量掉落，從而形成大小形狀不同的巖腔。經(jīng)過HSP聲波反射探測儀的探測，隧道中段圍巖裂隙發(fā)育，整體呈碎裂-散體狀，容易出現(xiàn)坍塌事故，需要及時(shí)使用管棚支護(hù)[4]。

隧道出口段地形坡度約為12°～34°，地表植被發(fā)育情況良好，表層沙土覆蓋層平均厚度為5m～8.6m。施工作業(yè)區(qū)域圍巖主要組成為片巖、安山巖以及花崗巖，挖掘時(shí)受到圍巖破碎影響，會出現(xiàn)滑坡災(zāi)害。

隧道挖掘過程中，挖掘設(shè)備穿過山體的斷層破碎帶時(shí)，隧道圍巖的構(gòu)造裂隙、圍巖結(jié)構(gòu)的變化等，會導(dǎo)致圍巖松動(dòng)、施工隧道坍塌等災(zāi)害；設(shè)備通過節(jié)理密集帶時(shí)，設(shè)備作業(yè)時(shí)的抖動(dòng)改變了圍巖的受力情況，引發(fā)圍巖剝落災(zāi)害，繼而可能會產(chǎn)生大面積的塌方事故。此外，圍巖自穩(wěn)能力也會導(dǎo)致圍巖變形，進(jìn)而引發(fā)山體地質(zhì)災(zāi)害。因此，在施工前為圍巖變形留出足夠的空間，并做好相應(yīng)的支撐防護(hù)準(zhǔn)備。

2.2 突涌水

隧道施工作業(yè)過程中，會對含水圍巖造成破壞，導(dǎo)致出現(xiàn)新的導(dǎo)水通道。地下水通過新的導(dǎo)水通道涌入作業(yè)環(huán)境中，會產(chǎn)生突涌水災(zāi)害。突涌水災(zāi)害具有水壓大、突發(fā)性強(qiáng)等特點(diǎn)，對隧道的施工安全危害極大，同時(shí)還會影響工程施工進(jìn)度[5]。

本工程施工作業(yè)過程中，隧道選址區(qū)域地下水文情況復(fù)雜，雖然地表水系較少，但是由于作業(yè)區(qū)域存在大量的裂隙以及部分區(qū)段圍巖結(jié)構(gòu)的松散性，會導(dǎo)致施工作業(yè)時(shí)，產(chǎn)生突涌水通道。而在水壓的沖擊下，施工作業(yè)面會出現(xiàn)坍塌事故；同時(shí)，大量的地下水涌入施工環(huán)境中，對人員以及設(shè)備都會產(chǎn)生影響；此外，在水流的沖擊以及水流攜帶的砂石作業(yè)下，會進(jìn)一步擴(kuò)大導(dǎo)水通道，導(dǎo)致隧道洞壁坍塌，發(fā)生事故。

2.3 巖爆

巖爆是一種在強(qiáng)大應(yīng)力作用下突然爆發(fā)的一種災(zāi)害，巖爆主要發(fā)生在結(jié)構(gòu)完整或較完整的花崗巖、片巖、砂巖、石灰?guī)r等硬脆性圍巖中。在本工程施工過程中，由于隧道圍巖存在斷裂構(gòu)造，施工作業(yè)時(shí)施加的外力，導(dǎo)致圍巖出現(xiàn)脆性斷裂，從而產(chǎn)生巖爆危害[6]。

突發(fā)的巖爆會使碎石飛出，對人員和設(shè)備安全造成危害；巖爆發(fā)生后的作業(yè)面結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，對后續(xù)的施工設(shè)備造成損傷；巖爆程度較大的災(zāi)害發(fā)生時(shí)，會導(dǎo)致圍巖巖體出現(xiàn)大面積坍塌，拖緩工期。因此，在施工時(shí)，要充分利用巖爆預(yù)測技術(shù)，最大程度上降低巖爆對施工作業(yè)造成的危害。

2.4 地基承載

由于本工程施工區(qū)域存在大量的砂土覆蓋，砂土層區(qū)段的地基承載情況也會導(dǎo)致工程施工地質(zhì)問題。砂土的承載能力有限，而砂土層下的安山巖、片巖構(gòu)造裂隙較多，會導(dǎo)致隧道地基應(yīng)力出現(xiàn)分散。下圖為地基達(dá)到臨界載荷時(shí)，對應(yīng)的地基狀態(tài)。

圖2 臨界載荷時(shí)對應(yīng)的地基狀態(tài)

當(dāng)?shù)鼗芰Τ雠R界載荷時(shí)，會導(dǎo)致底層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變化，底層之間作用力增加，產(chǎn)生地基破裂或者對相鄰隧道施工區(qū)段的受力造成影響，進(jìn)而出現(xiàn)連鎖反應(yīng)，影響隧道地基的穩(wěn)定性。因此，在施工時(shí)需要通過一定的技術(shù)手段對承載能力較差的區(qū)段進(jìn)行改造，以提升區(qū)段的地基承載力。

至此，通過以上分析內(nèi)容，完成了對地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查評價(jià)項(xiàng)目中主要工程地質(zhì)問題的研究。

3 結(jié)語

地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查項(xiàng)目是以搜集災(zāi)害防治基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為目的的國家基礎(chǔ)性、公益性任務(wù)，對于降低地質(zhì)災(zāi)害損失，提升地區(qū)生產(chǎn)生活經(jīng)營安全度、維護(hù)生態(tài)環(huán)境健康有重要意義。本文從歷史調(diào)查資料出發(fā)，對地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查評價(jià)項(xiàng)目中存在的主要工程地質(zhì)問題進(jìn)行了分析研究，為接下來的地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查評價(jià)任務(wù)提供了總結(jié)歸納資料。本次研究過程中，由于分析資料覆蓋面的限制，導(dǎo)致對部分工程地質(zhì)問題分析相對較少，在今后的研究中將繼續(xù)搜集相關(guān)資料，豐富研究內(nèi)容。