白马特长隧道综合勘察及成效探讨
时间：2022-06-07 11:14:02 浏览次数：次
方案的优化及勘察手段的选择提供了借鉴。
关键词：白马隧道;综合勘察;地质调查测绘;物探;钻探
中图分类号：U452 文献标识码：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.09.034
文章编号：1673-4874（2019）09-0117-04
0引言
复杂地质区深埋特长隧道的勘察，既十分重要又往往难度極大，单一的勘察手段难以达到查明场地工程地质条件的目的，需要根据隧道工程可能面临的各主要工程地质问题，采用包括遥感、地质调查测绘、物探、钻探、各项试验及测试等多种手段的综合勘察方法。而复杂地质条件下长大隧道的勘察工作，由于勘察方案不合理或勘察工作不到位，往往会给设计及施工带来严重后患，如地层岩性判识不准确，关键地层的界线位置在剖面上有误，可能造成大范围大比例的围岩级别变更，使工程造价失控，并可能影响到整个隧道建设的正常推进;一些断层破碎带或软弱破碎带的位置及性质没有勘探准确，设计及施工没有采取相应防护措施，容易出现大的塌方事故，塌方的处理不仅耗费人力物力，而且占用宝贵的工期，短则一二十天，长则可达数个月，严重影响施工进度，对施工方的经济效益也会造成直接影响;富水地层及富水构造没有查清楚，施工中没有相应预案，可能会遭遇较大的涌突水危害;有些非煤系地层但仍具生烃条件，忽视了弱生烃地层在某些条件下瓦斯可能聚集的不利影响，可能在施工中发生严重的瓦斯爆炸事故;岩溶地区岩溶洞穴、岩溶管道、岩溶地下水没有查清，不仅容易发生涌突水，也容易发生涌突泥、洞顶或洞底坍塌等事故。另外，如勘察阶段没有将深埋隧道高地应力条件下的硬质岩岩爆、软质岩大变形问题科学合理地进行预测评价及相应防护设计，则可能在施工中发生岩爆及大变形危害，严重制约施工进度。上述事故在复杂地质区长大隧道的施工中时有发生，对隧道工程的正常建设危害极大，充分说明了隧道的地质勘察工作对于隧道设计及施工的重要指导作用，尤其是在复杂地质区，前期地质勘察工作的成败在某种意义上直接决定了隧道工程建设的成败。
在笔者负责的白马隧道工程地质勘察中，即采用多种技术手段的综合勘察方法，查明了隧道的各主要工程地质问题，为工程设计及施工提供了科学依据。该隧道勘察工作起于2012年，止于2016年，并于2016年开始动工修建，目前主洞已累计施工近4km。
1工程概况
白马隧道为四川省九寨沟至绵阳高速公路上的重要控制性工程，为穿越四川省平武县与九寨沟县交界处的黄土梁山体而设，为分离式越岭隧道，左线长13013m，右线长13000m，最大埋深1092m。
隧址区为构造剥蚀高中山地貌，轴线附近地表最高海拔约3400m.隧址区在大地构造上位于秦岭造山带、松潘甘孜造山带和扬子陆块衔接部位，有多条区域断裂及分支断裂通过，地质构造十分复杂。
场区地层主要为上古生界泥盆系中统三河口组板岩、砂岩及炭质板岩，局部出露印支期中酸花岗斑岩。
该隧道的地质勘察工作采用了遥感、地面地质调绘、综合物探、钻探、测试与试验等多种勘察手段，并对有害气体进行专项研究。通过综合分析及评价，查明了场地的主要工程地质条件，对隧道围岩级别进行了划分，合理评价了深埋隧道的岩爆、大变形、涌突水、地温、放射性及有害气体等重要问题，为科学设计及顺利施工提供了重要指导。
2综合勘察方法
2.1 遥感及地质调查测绘
在勘察工作前期，首先通过小比例卫星图并结合区域地质图，对场地区域性大断裂的大致位置及延伸走向进行了判识，对各主要地层及其界线根据其在地貌上的不同表现进行了粗略划分，对场地地形地貌、通行条件、河流沟谷及植被发育情况等进行了直观判识。
在遥感影像分析的基础上，开展了不同阶段、不同比例尺的工程地质、水文地质调查测绘、岩体结构面统计分析及不同地层典型地质剖面实测等工作。
隧道共完成1：10000调绘面积54.65km2，完成1：2000调绘面积17.22km2。大量地质调绘基础资料的获取，为隧址区构造格架的确定、地层岩性的划分以及后续物探、钻探工作的布设与开展等奠定了重要基础。
2.2 综合物探
初勘阶段采用天然场音频大地电磁法对隧道进行了贯通性物探测试，布设物探剖面长度为17.02km，物探电阻率断面见图1。详勘阶段则采用EH4大地电磁法在隧道轴线附近针对F9断层布设了3条物探横剖面，布设剖面长度为1.35km。对隧道地质构造形态、岩体完整程度及相对的软硬程度、断层破碎带的位置、规模等进行了探测与解译，另外还完成了多个钻孔的孔内物探测试工作。通过地表调绘、物探测试，并结合验证性钻探，了解了场地的地质结构。
2.3钻探及测试
在进出口地段布设浅孔（<100m）共11个，进尺共423.5m。在洞身地段布设深孔（>100m）共8个，进尺共2121.09m。隧道地质结构及深孔布设示意见图2。利用钻孔进行岩体波速测试1孔共63.5m，综合测井678.2m/2孔，地应力测试2孔，水文试验2孔，岩石单轴抗压62件，岩石变形试验9组，岩石抗剪试验10组，岩块声波13件，炭质板岩自由膨胀率1件，水质分析2组。
2.4有害气体专项
隧道围岩含炭质板岩，据区域资料，隧道所穿越的地层局部可能含鸡窝状劣质煤，隧道地层具备瓦斯生成和赋存条件，且由于隧址区断裂发育，构造复杂，深部或邻近岩层中的有害气体亦可向隧道运移。鉴于瓦斯可能对本隧道造成的不利影响，本项目开展了有害气体专项评价工作.现场共检测隧道钻孔4个，均有一定瓦斯含量。室内4组气样分析均有瓦斯存在，瓦斯最大浓度为2.12%。基于隧道钻孔瓦斯检测浓度的隧道开挖掌子面瓦斯逸出速度估算值为0.78m3/min。根据《公路瓦斯隧道技术规程》（DB51/T2243-2016）规定，综合判定白马隧道为低瓦斯隧道。据施工中的瓦斯监测，实测瓦斯浓度一直维持在一个较低的水平，一般均<0.15%，远低于设计要求的0.3%的报警值。
3勘察成效探讨
通过遥感、地质调绘及物探，对隧址区区域性大断裂的位置及延伸走向能做到较好地判识，物探剖面能对断层倾向倾角等直观反映，物探剖面电阻率等值线图结合钻探验证孔可大致圈定不同地段岩体的完整性及坚硬状态，结合地表调绘成果及钻探取样测试，可作为围岩分级的参考依据。经过BQ值计算，并考虑结构面、地下水及地应力的影响，本隧道在板岩为主的地段围岩以V级为主，砂岩为主的地段围岩以Ⅳ级为主，深埋高地应力地段花岗斑岩划为Ⅲ-Ⅳ级，断层破碎带划为V级。通过整个隧道围岩级别比例统计，左右线的V级围岩占整个隧道的比例均超过了70%，这在四川地区长大越岭公路隧道中是少见的。目前该隧道主洞已累计施工约4km，围岩级别总体与勘察设计相符合，局部比勘察预判的围岩条件差。值得一提的是，根据贯通性物探剖面，隧道中部有一异常高阻带，结合区域资料及地质调绘，推测该深埋段为花岗斑岩。由于隧道中部埋深已>1000m，且地形陡峭险峻，大型钻探设备无法到位，因此并未布设钻孔对该段推测的花岗斑岩进行钻探验证。
由于场地岩层大多陡倾，岩层倾角一般为55°-75°，深孔鉆探控制的岩层范围有限，钻孔岩芯RQD及波速测试所反映的岩体完整性均比实际开挖揭示的岩性略好。对于这种陡倾岩层，深孔钻探对地层的控制作用大打折扣，对于岩体完整性的判识上也容易出现失真现象。对于类似陡倾岩层，在适当的位置布设斜孔，或直接开挖相对较深的探槽，对地层岩性及断层破碎带的揭露可能要好得多。可以在探槽中直接进行结构面统计，直接取岩样进行室内物理力学试验。
另外，对于这种原岩为沉积建造的岩层，钻孔不一定非得布在隧道轴线附近，由于沉积岩顺岩层走向岩体性状的连续性总体较好，轴线两侧数百米范围内深部微-未风化带同一地层的岩性性状一般基本相当，只是由于埋深差别大，地应力量级差别较大，另外水文地质特征会有所差别。因此对于沉积岩地层，在隧道中部地段，可以考虑将钻孔布设于距隧道轴线数十至数百米的沟谷处埋深相对较小的地段，并可采用作图法将揭露的构造或岩层投影于隧道轴线剖面上;钻孔中采取的岩样及测得的岩体完整性均可按照其所在构造上的部位投影在隧道对应段落上使用;至于地应力，则可根据地应力随深度的变化曲线进行线性回归分析，从而推算出对应隧道轴线大埋深地段的地应力量级，这样不仅可大大减小钻孔深度，也节约了勘察周期，经过综合分析使用，完全能达到同样的勘察效果.上述深孔布设思路在笔者负责勘察的四川省道303线巴朗山隧道中得到了成功应用，大大节约了勘察成本及勘察周期。
4 结语
（1）由白马隧道的综合勘察实践可知，对于复杂地质条件下的深埋长大隧道勘察，遥感、地质调绘工作应先行，物探工作是主体，并为后续钻探工作的布设作指导，而钻探工作则主要起到在关键地段对前期工作进行验证并用以开展各项测试的作用。
（2）类似于白马隧道这种陡倾岩层，深孔钻探对于地层的控制作用有限，可考虑在适当的位置布设斜孔，或直接开挖相对较深的探槽，这样对地层岩性及断层破碎带的揭露会更加直接有效.
（3）类似于白马隧道这种原岩主要为沉积建造的岩层，对于隧道中部深埋段沉积岩层的勘探，可考虑将钻孔布设于距隧道轴线数十至数百米的沟谷处埋深相对较小的地段，通过作图法和综合分析进行成果利用，可大大节约勘察成本并缩短勘察周期。
（4）本隧道主洞已施工近4km，据开挖揭示情况，总体而言，隧道主要工程地质问题与勘察成果较一致，但局部地段比勘察预判的地质情况还要差.结合其它复杂地质条件下的隧道勘察与施工实践，对于地质条件复杂的深埋长大隧道，勘察阶段要想完全搞清楚场地工程地质条件，受勘察手段及勘探工作量的限制，基本上是不可能做到的。因此，在施工阶段应大力加强施工地质工作，加强超前预报及现场围岩实时判识，使施工地质工作成为隧道勘察设计重要而必须的补充。