黄竹山特长隧道综合勘察方法探析

陈 明

（福建省交通规划设计院有限公司，福州 350004）

0 引言

近年来，随着福建省高速公路飞速发展，山区高速公路的建设已成为必然， 而隧道作为高速公路控制性构造物，其重要性不言而喻，特别是特长深埋隧道，成为高速公路勘察中的难点。

本文以 《国家高速公路北京至台北射线福建境内建瓯至闽侯高速公路宁德市境A5 合同段》[1]黄竹山特长隧道工程为例， 对山区特长深埋隧道采用多种勘察方法分析。 最终得出综合勘察方法分析结果。

综合勘察方法是根据项目工程地质背景、地形地貌、地质条件，充分阅读区域地质资料，进行工程地质调绘，结合物探、钻探、取样及现场测试进行综合分析，并互相验证，得出勘察成果。

1 工程概况

拟建隧道跨S2、S3 两个合同段，进口位于S2 合同段宁德市古田县上墩村东侧的剥蚀低山北侧坡麓, 出口位于S3 合同段福州境内闽侯县东桥镇西北部山区，线路穿越黄竹山。 S2 合同段内左线起止桩号ZK94+377～ZK98+786，全长4409m；右线起止桩号YK94+397～YK98+793，全长4396m；S3 合同段左线起止桩号ZK99+128～ZK103+387， 全长4259m； 右线起止桩号YK99+128～YK103++362， 全长4234m， 两合同段线位整合桩号缩短334.2～341.6m。 全隧道长约8668m，该隧道为福建省内第二长隧道，长度仅次于牛岩山隧道。隧道最大埋深约823m。隧道左右线进口形式均为城墙式，出口为端墙式。隧道设有斜井1 组，左右洞各1 座。

2 工程地质条件

2.1 地形地貌

隧址区属侵蚀剥蚀高丘陵-中低山地貌，该隧道穿越黄竹山山体,地形起伏大，天然山坡坡度约25°～45°，山脊较陡峭,沟谷内常年有水。 进口处地面高程430～435m，出口处地面高程350～355m， 隧道轴线最大海拔标高约1248m，植被较发育。 进出口段自然坡度约30～35°。 沿线地表植被发育，为山区林地。

2.2 地质构造和地震

据区域地质资料， 隧址区发育福安-南靖断裂带，走向为北东向，地表表现不明显，但大地电磁、地震波速等物探均有明显反映。该断裂带与隧道接近正交，根据大地电磁物探及钻探成果：隧址区发育有7 条构造，对洞身围岩级别影响明显。

根据 《中国地震动参数区划图(GB18306-2001)》和《京台线建瓯至福州（闽侯）高速公路及古田至屏南连接线线路工程地震安全性评价报告》[2]可知，本区地震基本烈度为VI 度区，地震动峰值加速度为0.05g，本场地地震动反应特征周期为0.35s。

2.3 地层岩性

根据工程地质调绘及钻探成果表明， 隧址场区地层较为简单，表层为第四系（Qel-dl）残坡积土，下伏基岩为侏罗系南园组第二、三段(晶屑)熔结凝灰岩（J3n2、J3n3）及其风化层，局部见花岗斑岩（γπ）侵入。 隧道工程地质纵断面示意图见图1。

2.4 不良地质及特殊性岩土

图1 隧道工程地质纵断面示意图

隧道进出口段见滚石发育， 隧道开挖易引起滚石滑落，应进行防护；且进出口段为土质边坡，土层为坡积粉质粘土，为高液限土，建议土层坡率为1：1.25～1.50，每阶不宜大于6m。

2.5 水文地质条件

本隧道区位于侵蚀剥蚀高丘陵-中低山区， 跨越平洋-安仁溪与古田溪之间的分水岭，水资源较丰富，洞身多处沟谷，常年有流水，勘察期间流量约0.02～10.0L/s。地下水主要为风化带网状孔隙裂隙水和基岩裂隙水， 孔隙裂隙水赋存于基岩风化带中， 基岩裂隙水赋存于基岩的裂隙中，地下水水量不均，受构造及节理发育情况控制，构造发育部位及基岩破碎带处富水性及导水性较好。

3 主要工程地质问题

根据隧址区地形地貌、 区域构造特征及地层岩性情况分析，该隧道存在以下地质问题:

（1）隧址区洞口发育滚石，且洞口边坡土层为高液限土，洞口施工应边开挖边支护。

（2）隧址区发育7 条构造，需查明构造及其影响带围岩分级，查明构造带及洞口突水涌水情况。

（3）地层岩性较为简单，主要为(晶屑)熔结凝灰岩，但侵入花岗斑岩，应调查花岗斑岩的放射性情况。

（4）洞身段地形属于高应力区,分析围岩产生岩爆的可能。

4 综合勘察方法分析

拟建隧道长8668m，隧道最大埋深约823m，隧道埋深大于500m 的段落有50%， 属于福建省内工程量巨大的隧道之一，结合地质情况，采用单一、传统的勘察方法已不再适用，且容易忽视关键工程问题。故本隧道在勘察过程中应用工程地质调绘、 浅层地震、EH4 大地电磁、孔内声波测试、地表放射性及钻孔地应力测试、地质钻探、钻孔水文试验及室内岩土水质试验分析等综合勘察方法，以便全面了解拟建隧道的全貌。

4.1 工程地质调绘

在区域地质资料的基础上，对拟建隧道轴线两侧各不小于200m 的带状区域进行精度1∶2000 工程地质调绘[5]，通过对区域构造、岩层产状、基岩露头、不良地质及地下水的类型等调查，主要工作情况见表1。

表1 黄竹山隧道主要勘察工作量表

4.2 物探

通过对区域地质及工程地质调绘的构造成果及深埋隧道下部隐伏构造进行物探核查， 采用大地电磁法对隧道纵轴线贯通测试（见图2），洞口段横向断面则采用浅层地震法测试，并对物探成果进一步分析构造的可能性。

根据物探解译成果，YK96+200～YK96+400m 段存在倾向小里程方向的构造破碎带及影响带， 围岩破碎，富水；YK97+540～YK97+780m 段存在倾向小里程方向的构造破碎带及影响带， 围岩破碎， 富水；YK100+400～YK100+700m 段存在倾向大里程方向的节理裂隙密集带及影响带，该区上方存在大范围的富水区，其余段电阻率等值线变化自然、无异常，推测围岩较完整-完整。

图2 黄竹山隧道大地电磁法二维反演断面图

4.3 钻探、取样及现场测试

本隧道勘察共布置钻孔18 个，总进尺2124.44m。 其中大于100m 的隧道洞身钻孔7 个，最深钻孔SS832 孔深557.63m。

在结合工程地质调绘、物探解译成果的基础上，对构造破碎带、节理裂隙带、富水区、岩性界限段等进行钻探验证。

对区域构造F55 及物探推测YK96+200 ～YK96+400m 段布置钻孔SS830， 孔深467.22m， 钻孔揭示岩芯86～88m、102.7～105m、112.8～120m、140.8～142.6m、147.8～149m、285.9～292m、297.5～299m、314.2～320m 处岩芯较破碎，RQD=10-30%， 可见构造角砾迹象并多处孔内漏浆，与物探解译吻合。 对物探推测节理裂隙密集带及富水区YK100+400 ～YK100+700m 段 布 置 钻 孔SS832， 孔 深557.63， 钻 孔 揭 示 44.3 ～68m、140.5 ～149.5m、332.5 ～333.6m、450.9～452.4m、506.0 至孔底可见构造角砾， 土状夹层，孔内漏浆严重，与物探解释吻合，可见物探解译对隧道深孔下部隐伏构造有重大的指导作用。

为了充分发挥钻孔作用， 对钻孔同时进行孔内声波测试、水位恢复试验、抽注水试验、原位测试、室内岩土试验、地应力试验及岩浆岩段放射性测试，全面获取了计算围岩基本质量指标BQ、渗透系数及物理力学指标参数等地质信息。

5 勘察成果

通过合理有序的综合地质勘察， 查明了黄竹山隧道的工程地质条件，得出了以下成果。

（1）根据工程地质调绘、物探、钻探、取样及现场测试结果，隧道围岩以中-微风化（晶屑）熔结凝灰岩、花岗斑岩为主, 主要不良地质及特殊性岩土为隧道进出口段的滚石及高液限土，根据综合勘察方法分析，隧道洞身围岩按照《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）[6]进行隧道围岩分级，划分为Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级，围岩约占全长比例分别为37.93%、46.90%、14.25%、0.92%。

（2）根据隧址区水文地质条件调查及钻孔水文试验，对隧道涌水量进行估算， 成果表明， 隧址区为火成岩地段，水文地质条件较为简单，但应注意风化基岩中网状裂隙-孔隙水，基岩构造裂隙水及岩性接触带可能发生集中涌水，应加强超前地质预报并进行防排水措施。根据估算成果，该隧道单洞正常涌水量Qo约为5963m3/d，最大涌水量Qs为10708m3/d。

（3）隧道区的水平地应力以构造应力为主，同时表明地应力场以水平应力为主导，在测试深度范围内，最大水平主应力方向为NW307°左右，最大、最小水平主应力随岩层深度均有增大趋势， 估算最大水平主应力为22.78MPa， 最小水平主应力为17.02MPa， 自重应力为21.81MPa。

地应力根据 《京台线建瓯至闽侯高速公路宁德段黄竹山隧道SS831 钻孔地应力测试报告》[3]， 测试结果见表2：

表2 黄竹山隧道围岩可能发生岩爆的隧道埋深

可见，对于微风化晶屑熔结凝灰岩围岩隧道，最大埋深（823m）区属于高应力区。 当隧道围岩埋深小于490m时，不会有岩爆发生；当隧道围岩埋深大于490m 时，有可能发生岩爆； 当隧道埋深超过730m 时有可能发生中等强度的岩爆，应提前做好预报工作。

（4） 在本线路的工程可行性研究阶段做了隧道区地表的放射性测量，据区域《京台高速公路工程可行性研究阶段放射性调查报告》[4]，未见明显的地表放射性异常。

6 结论

黄竹山特长隧道勘察中，充分结合工程地质调绘、物探、控制性钻孔验证，取样及现场测试等综合勘察方法，查明了隧道不良地质条件， 查明了区域构造及隧道下部的隐伏构造、富水区位置，查明了隧道高应力区可能发生的岩爆位置，进行事先预报，提前做好防爆防治工作。 通过对综合勘察方法的总结，得出以下结论：

（1）综合勘察方法不是采用单一、传统的勘察方法，也不是将各种勘察手段简单拼凑、叠加，而是在充分分析各种勘察方法的基础上，互相验证，以得到科学、统一的成果结论。

（2）应科学的遵循先研究区域地质资料，进行工程地质调绘，再结合物探核查，最后钻探及试验验证的勘察程序。但由于物探的多解性，科学分析物探成果也是非常重要的，它可以充分核查地调成果，也为钻孔布置起到良好的指导作用。 而钻探在获取全面地质信息的同时又可以验证区域资料及物探的成果，相辅相成。