長崗隧道綜合勘察技術分析

■李 陽

（福建省交通規劃設計院，福州 350004）

0 引言

近年來隨著我省高速公路的快速發展，高速公路的建設已延伸至地形、地質條件復雜的山區。為了克服地形和高程上的障礙，改善公路平面線型、提高車速、縮短里程、節省時間、避免山區公路的各種病害，高速公路修建隧道是非常必要的，而地質條件復雜的深埋長隧道更是山區高速公路勘察中的重點及難點。

本文結合福壽高速公路長崗隧道勘察的工作實例，闡述多種勘察方法在山區深埋長隧道勘察中的應用。

1 工程概況

長崗隧道位于位于壽寧縣犀溪鄉武溪村境內，隧道穿越山體，為雙洞分離式隧道，隧道凈空 （寬×高）為10.25×5.0m，隧道右洞長2404m，設計樁號YK47+935.00～YK50+339.00；隧道左洞長2398m，設計樁號ZK47+935.00～ZK50+333.00，最大埋深約270m。進口洞門型式為削竹式，出口洞門型式為端墻式。

2 隧址區工程地質條件

2.1 地形地貌

隧道屬于低山丘陵地貌，地形起伏變化大，下穿S202省道、數條沖溝，在K49+400右側沖溝下游202m處有一小水庫，水庫長約 160～180m，寬約 20～25m，水深約5～10m，庫容量約1.5～1.8萬 m3，為際坑村及乾尾村引用水水源，該水庫上游小溪沖溝距隧道深度約80m。隧道進口側坡度約 28～32°，進口處地面高程 467～509m，出口側坡度約 33～42°，出口處地面高程 480～510m，隧道軸線最高點高程784m，相對高差約317m。隧道沿線坡體較穩定，坡面植被發育，主要為茶園、水田、雜樹等。

2.2 地質構造和地震

測區地質構造背景復雜，構造形跡較為特殊，顯示出以北東向斷裂為主，北西及南北向斷裂次之的構造格架。本隧道斷層較為發育，根據地質測繪、淺層地震物探、大地電磁物探及鉆探成果，隧址區發育有6條斷層及5條節理密集帶，對洞身圍巖級別影響明顯。根據《福安至壽寧（閩浙界）高速公路線路工程地震安全性評價報告》可知，擬建線路工程中硬場地地震動峰值加速度為0.05g，抗震設防烈度為6度，中硬場地地震動加速度反應譜特征周期位于0.35s。

2.3 地層巖性

根據工程地質調繪及鉆探成果表明，本隧址場區表層為第四系（Q4ml）素填土層，第四系（Qel-dl）殘坡積土層，下伏白堊系小溪組（K1x1）凝灰質砂巖、凝灰質（泥質）粉砂巖、凝灰質礫巖，白堊系泰順組（K2ts1）砂礫巖、硅質巖等。隧址區縱斷面示意圖見圖1。

2.4 不良地質

隧道場址區K48+140～K48+240段地表見有厚0.5～2.5m人工填土，成份主要為碎石，結構較松散，為S202省道筑路開挖的棄渣，其對隧道進口的穩定性有一定影響，施工時應加強支護，其他未見滑坡、崩塌、泥石流、采空區、巖溶等其它大型不良地質作用。

2.5 水文地質條件

擬建隧道位于當地侵蝕基準面之上，山坡坡體較陡，地形起伏較大，隧址區地表穿越多條山凹沖溝，沖溝內大多發育溪流且常年流水，現分述如下：

（1）K49+300地表沖溝距隧道深度約115m，流量約185m3/d；

圖1 長崗隧道工程地質縱斷面示意圖

（2）K49+565地表沖溝距隧道深度約80m，流量約200m3/d，其下游410m處有一小水庫，水庫容水量約1.5～1.8萬m3，為際坑村及乾尾村引用水水源，水庫標高為524.5，隧道洞頂標高為477.3；

（3）K50+050地表沖溝距隧道深度約50m，流量約86.5m3/d。

另外，隧址區地表見有多個泉點：

①K49+200右120有一泉水，為下降泉，流量約6.90m3/d；

②K49+270右30有一泉水，為下降泉，流量約1.90m3/d；

③ZK49+530左15有一泉水，為下降泉，流量約10.30m3/d。

隧址區地下水按埋藏條件及賦存介質不同主要有：

①基巖風化網狀孔隙～裂隙水，賦存于第四系坡殘層底部及碎塊狀強風化巖層的網狀裂隙中，對洞身圍巖及開挖影響較小，主要對隧道進、出口圍巖及施工有影響。

②基巖構造裂隙水，根據鉆孔抽水試驗結果分析：含水層的滲透性和地下水的補給條件較好，出水量較大，隧道施工時應做好防排水工作。

勘察期間地下水水位埋深1.35～25.5m。進出洞口附近測得地下水水位埋深處于洞頂標高以上，地下水對隧道開挖有一定影響，隧道施工時應加強排水措施。

3 綜合勘察技術應用

本隧道勘察采用了工程地質調繪、鉆探、淺層地震、EH4大地電磁法、孔內聲波測試、地應力測試、鉆孔水位恢復試驗、抽注水試驗、室內巖土試驗等多種勘察手段。

3.1 工程地質調繪

在區域地質資料的基礎上，對擬建隧道兩側250m范圍內（不良地質、特殊巖土路段和地質構造發育路段，根據實際情況需要時，應擴大測繪范圍），進行精度1∶2000工程地質測繪工作，了解沿線主要地質條件，發現和研究關鍵性的工程地質問題，促進不良地質勘探和測試工作的全面進行。

本次測繪累計完成1∶2000帶狀工程地質調繪約1.5km2，地質調繪點128個。

3.2 物探

本隧道采用大地電磁法對隧道縱軸線進行測試 （大地電磁成果見圖2），采用淺層地震法對兩側洞口段進行測試，并采用鉆孔孔內聲波測井法計算隧道圍巖巖體的完整性指數。

本隧道勘察累計完成EH4大地電磁法4640m，淺層地震1315m，孔內聲波測試10孔，共477點。

圖2 長崗隧道YK48+160～YK50+320高頻大地電磁測深解釋斷面圖

3.3 鉆探、測試及試驗

在工程地質測繪、物探解譯基礎上，對隧址區的構造帶、富水帶、物探異常帶、重要巖性段進行鉆探工作量布置，在此基礎上進行孔內聲波測試、鉆孔水位恢復試驗、抽注水試驗、室內巖土試驗，全面獲取洞身各巖性段地質信息。

本隧道勘察共布置鉆孔14個，總進尺824.69m。其中大于100m的隧道洞身鉆孔4個，最深鉆孔CQ2228孔深180.05m，水位恢復觀測7次，抽、注水試驗7孔。室內試驗完成土樣3組，巖樣17組，水樣8組。

4 勘察成果

通過對隧址區合理有序的綜合地質勘察，查明了長崗隧道的工程地質條件，成果分述如下：

（1）圍巖地層成果

根據工程地質調繪、鉆孔及室內試驗結果，隧道圍巖總體以白堊系小溪組（K1x）中-微風化晶屑熔結凝灰巖、中-微風化凝灰質砂巖為主，局部（K50+080～K50+260）圍巖以凝灰質粉砂巖為主，且有泥質粉砂巖夾層。凝灰質粉砂巖、泥質粉砂巖工程地質性質較差，該巖性段隧道圍巖級別應考慮適當降低。隧道出口段（K50+260～K84+300）位于小溪組與泰順組巖性接觸帶，帶內巖石破碎，該段隧道圍巖級別也應考慮適當降低。

此外，YK49+000至出洞口附近，巖層產狀為310～330°∠25°，對該段右側洞壁穩定不利，施工時應加強支護。

（2）地質構造成果

根據工程地質測繪、物探成果，隧址區發育有6條斷層及5組裂隙密集帶，并根據鉆探成果相互驗證，通過對各構造、裂隙密集帶的性質及巖芯情況綜合分析，確定構造帶、裂隙密集帶及其影響帶圍巖級別為Ⅳ-Ⅴ級。

（3）水文成果

本隧道地下水主要為基巖裂隙水及構造裂隙水。地表水主要溝谷溪水，其中K49+300、K49+565、K50+050等3處溝谷水量較大。此外，隧址區K49+572處沖溝下游410m處有一小水庫，庫容水量約1.5～1.8萬m3，為際坑村及乾尾村引用水水源，水庫標高為524.5，隧道洞頂標高為477.3，水庫標高高于隧道，隧道施工時應對K49+300～K49+600段加強超前預報工作，適時加固處理，防止地表水沿斷層、裂隙密集帶滲入至隧道，隧道施工對該水源影響大，應做好供給水措施。

本次隧道勘察采用兩種方法對隧道涌水量進行預測，一是根據鐵道部《鐵路工程水文地質勘察規程》中的地下水動力學法，分別采用古德曼經驗公式和佐藤邦明經驗公式預測隧道單洞最大涌水量和正常涌水量。二是根據《水文地質手冊》及《鐵路工程水文地質勘察規范》中水均衡理論的降水入滲法計算隧道涌水量，綜合兩種計算結果，建議該隧道單洞正常涌水量4510m3/d。

（4）擬建隧道埋深最大埋約270m，深部圍巖主要為晶屑熔結凝灰巖、凝灰質砂巖等，屬較軟巖-較硬質巖石，層理較發育，據大地電磁法（EH4）資料，低阻特征較明顯，對于應力釋放較有利，發生巖爆的可能性相對較小。

（5）據鉆孔揭露巖體的堅硬程度和波速測試結果，參照巖石飽和單軸極限抗壓強度（Rc）及物探測井的巖體的完整性（Kv），結合地下水、節理裂隙、圍巖應力狀態等對圍巖的影響。按照《公路隧道設計規范》（JTG D70-2004）進行隧道圍巖的分級。隧道洞身圍巖級別劃分為Ⅱ-Ⅴ級，其中Ⅱ級圍巖約占12.8%，Ⅲ級圍巖約占44.5%，Ⅳ級圍巖約占30.2%，Ⅴ級圍巖約占12.5%。

5 不利地質條件

通過對長崗隧道勘察成果的綜合分析，隧址區存在諸多對隧道建設不利的地質條件，分述如下：

（1）擬建隧道圍巖以火山-沉積巖為主，巖性復雜多變，其中泥質粉砂巖等為軟弱夾層，且發育不利的層理產狀，對隧道洞壁穩定不利，其圍巖級別應適當降低。

（2）擬建隧道進口段見松散碎石填土堆積，對其穩定性不利，施工時應加強支護。

（3）隧址區水文地質條件復雜，地表溝谷水量大，多見泉點。另外，隧址區有一小水庫，標高高于洞頂，且F23斷層可能具連通作用，該段隧道可能發生集中涌突水災害。隧道施工時應加強該段超前預報工作，適時加固處理，防止地表水沿斷層、裂隙密集帶滲入至隧道。

（4）隧址區發育多條構造破碎帶及裂隙密集帶，除影響隧道圍巖穩定外，可能具有地表水與隧道的連通作用，對隧道施工影響較大。隧道施工中應加強現場監控量測和超前地質預報工作。

6 結論

山區高速公路隧道地形地質條件復雜多變，應把工程地質調繪及水文地質調查作為重點，在與電法、地震波法、電磁波法為一體的綜合物探方法相互驗證的基礎上，合理布置鉆孔，同時進行孔內測試及室內試驗，形成"體-面-線-點"式的綜合勘察結果，最后提出隧道設計和施工中應注意的巖土工程問題及處理措施建議。

[1]福建省交通規劃設計院.福安至壽寧（閩浙界）高速公路A6合同段工程地質勘察報告[R].2013.

[2]福建地震地質工程勘察院.福安至壽寧（閩浙界）高速公路線路工程地震安全性評價報告[R].2012.

[3]中華人民共和國交通部.JTG C20-2011，公路工程地質勘察規范[S].北京：人民交通出版社，2011.

[4]中華人民共和國交通部.JTG D70-2004，公路隧道設計規范[S].北京：人民交通出版社，2004.