建議將“風險隧道專項地質調查”列入《鐵路工程地質勘察規范》

鄧誼明

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司，武漢 430063)

宜萬鐵路的巖溶地質復雜程度國內外罕見，潛伏著重大地質災害，存在突發性地質風險，施工期間適時增加了“風險隧道專項地質調查”，有效規避風險，保證施工安全，取得較好效果，文獻［1］中建議將“風險隧道專項地質調查”列入《鐵路工程地質規范》(于國標TB10012—2001 J124—2007《鐵路工程地質勘察規范》的“9、施工階段工程地質工作”中，增加“9.2、風險隧道專項地質調查”。)，現就此，談談一些看法，供討論。

1 將“風險隧道專項地質調查”列入《鐵路工程地質勘察規范》(以下簡稱“《規范》”)的必要性

(1)“以人為本”、“保護環境”等，已成為經濟建設可持續發展的重要原則，鐵路建設也不例外。復雜地質的長大隧道，因工程的控制性、重要性以及地質災害的高風險性，要求有更高的安全保障，安全施工、保護環境是工程順利建成的必要條件。將“風險隧道專項地質調查”列入《規范》，是工程建設安全形勢的需要。

(2)地質特別復雜而造成高潛勢風險(地質災害風險和施工安全風險)的“I級風險隧道”，其災害復雜、風險大，盡管努力按正常程序勘察、竭盡全力精心選線、設計，也難以完全躲避所有的災害地質，只能權謀遵循“避重就輕”、“兩害相權取其輕”的原則進行權衡比較，選擇相對較好的線路方案和隧道位置。可見“I級風險隧道”最終仍然不可避免會留下某些地質風險和地質隱患。這些在勘察設計階段是難以完全解決的，只能在施工階段針對客觀存在的重大風險地質問題，及時開展“風險隧道專項地質調查”，以便盡快落實災種、災情、致災范圍、成災風險，統籌謀劃應對方略、制定防范措施、組織有序安全施工，才能最大限度地避免災害的發生，達到事半功倍的預期目的。因此，將“風險隧道專項地質調查”列入《規范》是規避施工風險、確保施工安全的必要舉措。

(3)“Ⅰ級風險隧道”的“風險隧道專項地質調查”的合適時機，應是在施工期間，“隧道部分(或大部)已施工，但存在高風險地質災害地段仍未開挖”的時候。此時，施工圖設計已對風險地段的地質災害做出了預評估;其時，隧道已施工了相當一部分，揭露、驗證了大量地質，獲取了大量有價值的地質信息，有利于對仍未開挖的、存在高風險災害地質的地段籌謀“風險隧道專項地質調查”實施計劃，落實“風險隧道專項地質調查”的實施，有的放矢地詳查、判識關鍵問題，使其更好達到“未雨綢繆”的預期目標;同時還可充分利用施工便道、場地、水電設施等便利的外部條件，有利于深入開展專項地質調繪、勘探(特別是深孔勘探)、試驗、觀測等的試驗研究;實現“風險隧道專項地質調查”、隧道洞內施工地質調查同時進行、相互支撐，共同構成隧道施工地質的組成部分。其成果與設計階段的勘察成果、隧道施工地質成果連接，形成連續的、豐富的地質信息鏈，深化對災害地質的判識能力，指導施工地質調查及施工地質預報，實現信息化施工，落實安全施工措施，增加施工安全閥值。

(4)在未施工開挖、存在重大地質災害風險的地段，開展“風險隧道專項地質調查”，與“隧道施工地質調查”相結合的綜合地質調查，實現多渠道(洞內、洞外、地表、地下等)、多空域、有目的、有針對性地、最大限度地收集地質信息，有利于提高調查效果、提高對復雜地質的判斷水平、提高對復雜地質的掌控、駕馭能力;有利于深化施工地質預報效能，提高施工地質預報準確率，規避地質災害，為施工安全保駕護航。

2 “風險隧道專項地質調查”列入《規范》的界定

列入《規范》實施的“風險隧道專項地質調查”，應有嚴格的采納條件，需慎重界定，若“泛濫”，則失去列入《規范》的意義。

2.1 “風險隧道專項地質調查”對象的選擇

地質復雜的長大隧道可能存在高風險災害地質類型主要有:復雜巖溶及大突水、軟巖大變形、高地應力、放射性、有害氣體、高地溫等，其危害及風險程度見表1。

表1 “風險隧道專項地質調查”的對象

從表1可知，復雜巖溶及大突水、軟巖大變形的災害地質類型潛在兇險的地質災害，持續威脅施工安全。以上述風險地質類型構成的“Ⅰ級風險隧道”宜作為“風險隧道專項地質調查”的對象。?

2.2 “風險隧道專項地質調查”的范圍界定

“I級風險隧道”的“風險隧道專項地質調查”的范圍，應依據其調查目的，以及風險地質可能涉及的地質構造、水文地質單元(含災害突水補給面積)、致災邊界、成災空域等，同時考慮滿足技術要求、工程安全施工的實際需要確定。

2.3 “風險隧道專項地質調查”審批程序

“風險隧道地質專項調查”立項→“風險隧道專項地質調查”對象及專題選擇→制定技術要求、實現目標等→經專業鑒定及主管審批→按審查批復意見實施。

3 “風險隧道專項地質調查”要點

“風險隧道專項地質調查”，應充分分析和利用前期勘察設計和已施工的地質成果，緊緊抓住與風險地質直接有關的專項地質問題深入調查、研究。多數都會以“復雜巖溶及大突水”、“軟巖大變形”風險地質類型構成的“Ⅰ級風險隧道”作為“風險隧道專項地質調查”的對象。權以此實施“風險隧道專項地質調查”為例，概略簡介調查要點。

3.1 復雜巖溶及大突水構成的“Ⅰ級風險隧道”的“風險隧道專項地質調查”要點

3.1.1 基本任務

(1)充分掌握巖溶發育的基本特征和規律:不同地層巖性對巖溶發育程度的制約規律;不同地質構造對巖溶發育的三維空間展布管控特征;巖溶水交替循環對巖溶發育類型、強度、深度的控制作用等。

(2)揭示隧道巖溶、巖溶水的賦存特征、與隧道周邊巖溶水文地質環境的內在聯系，并進一步明晰:①巖溶水類型及其發育、富集規律;②巖溶水的補給、運移、流場、排泄特征;隧道突水類型及其與周邊巖溶水的聯系狀態、與相關水體的相關關系。

(3)判定隧道突水的補給來源及其動態變化規律;確定突水補給范圍內的降雨入滲→運移→突水的路徑(溶隙管道、暗河)，并在長期觀測的基礎上建立“降雨－時間－突水量”的相關關系(回歸方程)，揭示降雨轉換成突水的內在規律。

(4)有根據地評估隧道突水和施工排水對環境的影響;長期排水(施工、營運排水)條件下，提出對現時環境的不利影響和長期發展的預測;分別提出相應的防范、處理措施。

3.1.2 專項地質調繪、物探、觀測、試驗、深孔勘探

(1)專項地質調繪

根據上述基本任務開展各項地質調繪，其調繪重點如下所述。

①前期的勘察成果因客觀條件所限，難免存在定量評價的某些缺憾，專項地質調查應有所深入，特別是應著重對相關重大風險地質問題進行詳細的調查研究，盡力做出可信度高的定量評價。

②水文地質調查應著重巖溶突水類型、規模、控制因素、突水規律的調查和勘探;加強進行突水后產生的水文地質變化觀測;強化進行與突水相關的降雨、補給范圍、補給網絡、管道徑流的運移路徑、突水量等相關關系的觀測，并建立觀測體系、揭示它們內在相關規律。

③進行長期突水、排水條件下，產生環境改變的長期調查和觀測。

④專項地質調繪，應地表、地下(施工隧道洞內)相結合。

(2)物探

①施工階段的“風險隧道專項地質調查”根據需要，充分發揮物探輕便、獲取地質信息快捷的長處，適當先行進行，為下部勘察提供有價值的異常信息。

②物探探查范圍以風險地質涉及的地域為中心，適當涵蓋風險地質所在的次級地質構造單元、水文地質單元;以巖溶、突水等風險地質及其涉及的相關地質問題為主要探查對象，針對性地選擇物探方法，見表2。

表2 物探主要方法的選擇

③充分利用隧道施工場地和揭露的地質成果，詳細測定、校核不同地質類型及其物性參數，提高物探探查精度，更合理地進行地質解釋，為隧道專項地質調查發揮作用，更好地為施工地質服務。

(3)觀測

巖溶水文地質觀測在前期勘察階段觀測成果的基礎上，充分利用原有觀測站、點和設施，考慮專項地質調查的需要，按需增設、更新觀測布點、統籌觀測要求，主要觀測項目列于表3。

表3 水文地質主要觀測

(4)試驗

試驗項目應滿足“專項地質調查”要求，滿足對巖溶突水危害、規避風險評價需要，主要項目列于表4。

(5)深孔勘探

深孔勘探兼具“從表及里(達深部)連續揭露探查、綜合試驗、有效驗證、長期觀測”等多項功能，是“風險隧道專項地質調查”重要的一環。深孔數量和位置的選擇，應在地質調查、物探、觀測、試驗成果基礎上，綜合研究、慎重抉擇。深孔應布設在關鍵地段、風險地質的孕育和好發地段，以期解決關鍵問題;鉆孔數量取決于風險地質地段的地質復雜程度和專項地質調查的需要;其深孔勘探主要要求列于表5。

表4 巖溶突水相關的試驗

表5 巖溶突水風險地質深孔勘探主要要求

3.2 軟巖、極軟巖大變形構成的“Ⅰ級風險隧道”的“風險隧道專項地質調查”要點

3.2.1 基本任務

隧道軟弱圍巖一般容易產生變形，但產生軟巖大變形(塑性變形)則需具備:存在圍巖巖體強度低的同時還存在足夠大的地應力;在高地應力作用下，超過軟巖、極軟巖巖體抗剪強度極限時，產生塑性變形(蠕變)。此種變形具有變形量大、速度快、持續時間長、破壞范圍廣、支護破壞形式多樣等特征，嚴重制約隧道施工安全、造價和工期，構成隧道重大危害。因此，軟弱巖體的分布、強度及其伴隨的地應力，是評價軟巖大變形的關鍵因素，也是該類型“風險隧道專項地質調查”的基本任務。

(1)詳細進行地層巖性分層劃分，測定不同巖性段的巖體強度量級。

(2)區劃不同巖性分層地段、測定其不同埋深等條件下的地應力量級。

(3)判定產生軟巖大變形的區域(地段)，綜合評價軟巖大變形的形成特征、危害程度和處理措施。

3.2.2 專項地質調繪、物探、觀測、試驗、深孔勘探

(1)專項地質調繪

由于“軟巖大變形”而實施“風險隧道專項地質調查”的長大隧道，因軟巖分布范圍廣，勘察階段對巖性分層劃分得很細有相當難度，一般以類均質巖體作為勘察對象，從宏觀圈定軟巖的產出、分布狀態;比較概略性、代表性地判斷地應力強度;因此，留有進一步細化的空間。施工期間專項地質調繪有條件深入調查，補充其不足。

①通過詳細的專項地質測繪，通過洞內、洞外地層剖面的實際測量與區域標準地層剖面進行對比，深孔鉆探揭露地層的詳細編錄等進行綜合地層分析對比，進一步詳細劃分地層，盡量將“軟巖、極軟巖、軟巖與極軟巖互層”區別劃分，分別圈定它們分布區段。

②調查地質構造特征、斷層(特別是大型斷層)分布及其破碎巖體性態特征、破裂結構面切割特征(巖體結構調查)，進行構造巖體的穩定分析。

③根據不同的巖性、不同埋深區段，測試地應力，并進行相關分析(地質構造殘余應力、垂直應力及其綜合應力場條件下的巖體變形特征等)。

(2)物探、試驗

①“軟巖、極軟巖、軟巖及極軟巖互層”以及其中的斷層，它們的物性差異都較小，物探難以取得滿意的效果，但通過彈性波勘探的縱波速度量級，可間接判斷巖體強度狀態，提供參考信息。

②按“軟巖、極軟巖、軟巖與極軟巖互層”的巖性分段，分別采集代表性巖體樣本送驗(巖礦鑒定、強度試驗)，確定其巖體強度。

③地應力測試:測試點的分布和數量，應滿足地應力評價需要;深孔內地應力測試一般采用“水壓致裂法”，隧道洞內(開挖支洞作為測試工作室)采用“應力解除法”測試。

(3)深孔勘探

軟巖大變形地區的專項地質調查，以地質測繪為主，深孔鉆探完成驗證、試驗(地溫及地溫梯度、水文等)、監測任務。

通過深孔鉆探揭露地層、進行巖性分層劃分，探查構造，探明斷層，判別破裂面密集切割帶，采集樣本進行強度試驗;進行地應力測試等。

專項地質調查階段補充增加的深孔，應充分利用原有勘察階段的深孔，其增加的數量和分布，應滿足“風險隧道專項地質調查”任務的要求。

4 結語

(1)地質特別復雜的“Ⅰ級風險隧道”有別于一般風險隧道，潛伏著重大地質災害，猶如埋伏的定時炸彈，存在巨大安全風險，施工舉步維艱，始終擔心事故發生于偶然的突發機會中，一旦暴發將造成人身傷亡和不可逆轉的環境災難，不但造成重大經濟損失，還將造成政治影響，安全形勢要求強力做好施工安全保障。已有“風險隧道專項地質調查”實踐證明，實現規避地質風險效果明顯，是一項加強施工安全保障的必要舉措，將其列入《規范》促其發揮應有的作用。

(2)選擇、確定“風險隧道專項地質調查”的對象，一般宜選擇地質特別復雜、安全形勢嚴峻的“Ⅰ級風險隧道”;調查專題應瞄準“高風險災害地質”。

(3)列入《規范》后，通過《規范》對“風險隧道專項地質調查”的啟動審批程序、調查研究對象(含專題)、技術標準、組織審查驗收等做出統一要求，以規范實施，使該項工作有序、有效地開展。

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