科学技术创新2021.06
应用研究
黄彪杨钦富
(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司，贵州贵阳550001)
1概述
云南某半成岩隧道是临清高速公路的关键性控制工程，全长8010m ，最大埋深1022m ，纵坡-1.75％。该隧道在临翔端有着连续长达2.3公里的第三系半成岩富水特殊不良地质，岩性为砂岩夹黏土岩互层，具有岩质极软、饱水状态、围岩自稳极差、施工难度大、安全风险高的特点。采用传统单一的勘察方法很难满足隧道工程设计和施工的要求。
本次研究根据隧道具体工程地质条件，半成岩特殊的岩性特点，多种勘察技术综合运用，综合分析地质资料，使取得的地质资料相互补充、相互验证，为隧道的设计与施工提供了可靠的地质资料。
2半成岩公路隧道勘察的特点与难点2.1半成岩隧道具有复杂的水文地质条件，孔隙水赋存于半成岩砂岩的孔隙中，受大气降水补给，通过沟谷及第四系孔隙潜水垂向渗入补给深层基岩，或沿着基岩层面径流。半成岩砂岩的富水性及含水率在空间上存在差异性，其分布具有不均一性。尤其表现为沟谷地段的半成岩砂岩含水率偏高，地下水相对富集。
2.2半成岩砂岩具有特殊的工程地质性质，具胶结差，岩质极软、孔隙比大、饱和度高、失水干裂、水稳性差，受扰动易发生溃砂、流土、突泥涌砂破坏等特点。半成岩隧道受地下水影响，掌子面受扰动后，半成岩工程性质迅速恶化，掌子面自稳能力极差，易发生滑动、涌砂、坍塌。
图1半成岩露头
3综合勘察手段在该半成岩隧道勘察中的运用3.1地质调查与测绘
地质调查与测绘是勘察工作中最有效、最基本的工作方法，其获取的地质资料是后续工作开展的基础，本次地质调查基于对区域资料的充分研究，隧道半成岩段调绘面积5km 2，重要地质点105个，查明断裂两条，煤窑采空区1处。
3.2地球物理勘探
本次半成岩隧道勘察运用了多种地球物理勘探方法。基于EH 4大地电磁法、高密度电法，地震微动方法对半成岩隧道轴线进行了探测。根据解译结果，对半成岩隧道的含水性进行了初步判断。根据物探指导钻探的原则，对半成岩隧道段落布设了五个钻孔。并选取钻孔进行了钻孔声波试验，获得了隧道围岩评价的基础数据。对成孔条件较好的钻孔进行了钻孔电视探测，获得了直观的钻孔图像。
3.3地质钻探及取样试验
根据物探解译成果，在隧道重点部位布置了钻孔，最深钻孔259m ，累计进尺947.3m 。本次钻探采用双管取芯，获得了完整的半成岩岩芯，本次钻探的主要目的为:(1)通过岩芯编录以及孔内钻孔电视试验，获得隧道围岩的岩性直观认识。(2)通过取样试验，获得隧道围岩的岩体物理参数。(3)验证物探异常部位的性质及展布特点，并在孔内进行钻孔声波、抽水试验等综合勘察方法。获得隧道围岩划分的基础数据以及隧道含水性划分的水文地质参数。
3.4水文地质试验
为了确定隧道洞身段的水文地质参数，本次勘察选取了4个钻孔进行了抽水试验，根据《工程地质手册》(第五版)P1000，计算渗透系数K 值。
对单孔潜水完整孔抽水，采用近似巴布什金-吉林斯基公式进行渗透系数计算，抽水试验计算公式如下:
K -渗透系数(m /d );Q -抽水孔涌水量(m 3/d );L-过滤器长度(m );S-抽水孔水位下降值(m )；摘要：第三系半成岩砂层的成分组成、胶结及含水情况具有不均一性，受水浸泡及外部条件的影响，围岩稳定性随时间滞后且显著变差，受水影响之大，极其罕见。第三系半成岩砂层具有的特殊工程性质，使得现有的单一勘察方法和手段难以查明半成岩隧道的工程地质条件。在云南某半成岩隧道的勘察中，运用综合勘察技术，各种勘察手段相互结合、应证，查明了该半成岩隧道地质条件，并且施工揭露的地质情况与勘察结果基本一致，说明在半成岩隧道勘察工作中，综合勘察技术可以获得较好的应用。
关键词：半成岩；隧道工程；综合勘察技术中图分类号:TU 195文献标识码:A 文章编号:2096-4390(2021)
06-0124-03作者简介：黄彪，男，硕士，主要从事工程地质勘察设计工作。
0.3660.66lg Q L
K LS r
124--
2021.06科学技术创新
r -抽水孔半径(m )。
现场抽水试验数据见表1。
表1抽水试验数据表
4基于综合勘察手段的半成岩隧道勘察成果半成岩隧道含水区划分与隧道涌水量计算:(1)EH 4方法。根据用Sur f er 软件绘制的ρs 等值线图结果(见图2、图3)，并结合相关地质资料，两条物探测线在ZK 23+680至ZK 23+780段和Y K 23+685至Y K 23+780经历了视电阻率呈现低阻特征的第三系半成岩(N 1)到视电阻率呈现高阻特征的三叠纪侵入岩相(γ51(b))二长花岗岩的岩性变化，视电阻率在断面图上表现出明显的从低到高的渐进梯变。第三系半成岩属陆相湖盆及山间凹地沉积而成，结构松散~较密，属新生代沉积，下伏三叠纪侵入岩相二长花岗岩，断面视电阻率规律表现为地表浅部视电阻率平缓递变，地表深部呈现视电阻率中高值。根据半成岩砂岩的岩土特征，由于胶结程度、黏粒含量及补给途径的不同，使地下水分布具有不均匀性，表现为局部沟谷地段砂岩含水率偏高或地下水相对富集，水文地质条件十分复杂。场区地下水主要由降雨入渗，断面视电阻率规律表现为地表浅部的平缓梯变。特殊低阻异常区的具体解释如下:
D C1-D C1'：测线沿隧道左幅轴线布置，剖面长度反应的是路线总长度，测线总长度1945米。测线地形条件一般。
共发现有2个明显异常区的位置经过隧道或离隧道较近，第一个异常位于ZK 22+142～ZK 22+565段，表现为竖向低阻，推测岩体极破碎，裂隙发育，含水性中等；第二个异常ZK 22+565～ZK 22+875段，表现为贯穿地表到深部的竖向囊状低阻，与隧道右幅物探测线D C2-D C2'同位置物探等值线图相同位置桩号相比较，区别较大，推测该处低阻异常为大地电磁法在试验中受上方电线干扰影响，故在ZK 22+200~ZK 22+860段、ZK 22+765左100m ~ZK 22+765右100m 段布设受电线干扰小的微动探测进行补充探测。
D C2-D C2'：测线沿隧道右幅轴线布置，剖面长度反应的是路线总长度，测线总长度1890米。测线地形条件一般。
共发现有1个明显异常区的位置经过隧道或离隧道较近，位于Y K 22+490～Y K 22+880段，表现为云团状低阻异常，推测岩体极破碎，裂隙发育，含水性强，推测该处低阻异常一定程度上受上方电线干扰影响。
(2)微动探测。
根据场地条件，对EH 4测线中受电线影响的ZK 22+200~ZK 22+860段进行微动探测，共布设两条微动断面,
解译结果如下:
W D 1-W D 1'：测线布设于隧道左幅ZK 22+200~ZK 22+860段，测线总长660米，由V /S 速度剖面图，速度呈层性较好，浅部V /S 波速在200~500m /s 之间，厚度10~40m ，推测为覆盖层和全风化层；中部基岩波速为500~750m /s ，厚度20~120m ，推断为半成岩，极破碎，岩质极软，含水性好；底部波速>750m /s ，推断为花岗岩，极破碎，岩质极软。
W D 2-W D 2'：测线布设于隧道垂直于左幅轴线ZK 22+765左100m ~ZK 22+765右100m 段，由V /S 速度剖面图，速度呈层性较好，浅部V /S 波速在250-500m /s ，厚度10-34m ，推测为覆盖层和全风化层；中部基岩波速为500-750m /s ，厚度30-122m ，推断为半成岩，较破碎，岩质极软；底部波速>750m /s ，推断为花岗岩，极破碎，岩质极软。
(3)高密度电法。
根据场地条件，在隧道左右幅基线设置14条高密度电法测线，对地层浅部的含水性进行探测。高密度电法解译结果与音频大地电磁法的解译结果互相应证，相互补充，效果较好。
(4)基于物探方法的隧道含水区划分。
强含水区：隧道左幅主要分布于ZK 22+410～ZK 22+880段；右幅主要分布于Y K 22+490～Y K 22+880段。总体呈竖向或囊状分布(见图2、图3)，隧道开挖多呈淋雨状或涌流状出水，局部段落可能产生大面积突发性涌水、突泥危害。
中等含水区：隧道左幅分布于ZK 22+142～ZK 22+410、ZK 22+880～ZK 23+730段；右幅分布于Y K 22+105～Y K 22+490、K 22+870～K 23+680；含水形态总体片状，局部呈竖向或囊状分布(见图2、图3)，隧道开挖呈点滴状、淋雨状或涌流状出水，局部段落可能产生大面积突发性涌水、突泥危害。
弱含水区：隧道左幅主要分布于ZK 23+700～ZK 23+780以及花岗岩部分地段；隧道右幅主要分布于ZK 23+680之后的花岗岩地段；隧道开挖呈潮湿状、点滴状或淋雨状出水，局部段落可能产生突发性涌水、突泥危害。
(5)基于综合勘察技术的隧道涌水量计算。
根据抽水实验结果以及含水区划分结果，对该隧道采用地下水动力学法(古德曼经验公式)进行涌水量预测:
式中:Q 0-隧道通过含水体地段的最大涌水量(m 3/d );K -含水体渗透系数(m /d );
H -静止水位至洞身横断面等价圆中心的距离(m );d-洞身横断面等价圆直径(m );L-隧道通过含水体的长度(m )计算结果见表2。
(6)基于综合勘察技术的隧道围岩划分。根据钻孔测试，结合工程类比法，参考《公路工程地质勘察规范》(J TG C20-2011)中第3.2节岩石的分类进行定性判断，确定洞身段岩体完整系数K v 值。(表3)
根据围岩分析结果，结合半成岩极差的岩土性质，本次勘察将半成岩段隧道围岩等级皆划分为V 级。
5结论5.1岩体结构松散，具孔隙率高、密度低、水稳性差、含水性极强等特点。地表水下渗，绝大部分在砂岩层内长年富集，致使砂岩层内地下水含量处饱和状态，砂岩层及粘土层长期受地下
孔号
抽水时间 （h ） 初见水位 （m ） 水位降深 (h) 稳定时间 (h) 稳定流量 (L/s) 渗透系数 （m/d 13:00
1.36 45.57 9:30
2.778 10:00 3
3.27 31.92 9:10 1.982 BZK1
10:00
20.53 20.19 9:20 1.190 0.042
12:00 7.8 32.18 9:00 2.767 BZK2
23:00 29.51 21.71 9:00 1.981 0.053 12:00
10.9 53.69 9:30 2.767 0:00 47.47 36.57 9:10 1.981 BZK4
10:00 35.68 24.78 9:20 1.188 0.041 10:00
20.3 43.9 9:30 2.771 0:00 56.09 35.79 9:10 1.980 BZK5
10:00
40.63
钻孔电视20.33
9:20
1.197
0.037
024ln KH
Q L
H d
125--
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表3岩体完整性系数分析结果表
水浸泡极度软化，围岩自稳能力极差，很容易发生塑性变形，且成洞条件差。隧道开挖支护不及时或支护强度不足时，围岩极易发生突发性大面积坍塌、管涌、流土、流砂、涌水、突泥、冒顶等危害，危及建设安全，设计及施工应高度重视。
5.2勘察过程中应重视基础地质资料的获取，地质调绘先行，在地质调查以及物探解译结果的基础上，
针对重大异常部位，有的放矢地布置钻孔，并做好钻孔综合测试。
5.3半成岩隧道工程地质条件差，水文地质条件复杂。本次勘察中运用了地质调绘、综合物探、钻探、取样试验、水文地质试验等综合勘察技术手段，获取了大量地质资料，其结果在后期施工过程中得到了较好的印证，综合勘察技术在该半成岩隧道的勘察中获得了较好的应用。
参考文献
[1]刘朝跃，石天文，党政，熊勇.桃子垭深埋特长隧道综合勘察技术应用[J].人民交通,2019(12):75+77.
[2]孙英，张维鑫，王俊乔，李远征.块石土层浅埋隧道综合勘察技术研究———以重庆万州北山隧道入口为例[J].现代隧道技术,2020,57(S1):705-712.
[3]黄星星.综合勘察技术在山区特长隧道勘察中的运用[J].福建交通科技,2020(04):109-112.
[4]张帅军，汪进超，韩增强.综合钻孔探测技术在水下隧道围岩结构勘察中的应用[J].工程勘察,2020,48(04):72-78.
表2地下水动力学方法预测隧道涌水量一览表
图2隧道左幅半成岩地段含水性分布图
图3隧道右幅半成岩地段含水性分布图
参数
位置
岩性
项目
平均波速Vp （m/s ） 完整性
系数K v 岩体 324.68 Z K1钻孔103.4-153.0m 半成岩砂岩 岩样 876 0.137 岩体 459.92 Z K4钻孔73.7-115.7m 半成岩砂岩 岩样
1248
0.136
126--
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