代云山

长大隧道勘察工作一直是山区铁路工程地质勘察中的重点,而由于山区铁路穿越地形地貌变化大,构造发育错综复杂,植被茂密,基岩露头覆盖严重等原因,深埋构造性质的探知便成了长大隧道工程地质勘察中的难点。以往比较单一的勘察手段未能取得很好的效果,给深埋构造影响程度的判定带来了不小的影响。

综合勘察方法是进行深埋构造探知工作的有效方法,利用各种勘察手段的优势,可以相互指导、相互验证、取长补短,能够避免各个勘察手段局限性影响,达到勘察目的。

1 工程概况

青云山隧道起于福建省永泰县岭路乡后坑垄村,穿越青云山国家4A级风景区和老鹰山国家生态保护区,经莆田市大洋镇孝池村、莲峰村,止于庄边镇泮洋村,202省道纵贯全段,交通较为方便。该隧道为双洞单线隧道,左线进出口里程 DK491+267～DK513+428,隧道长22.161 km。为了详细查明隧道深埋构造的工程地质条件,综合运用遥感判释、工程地质调绘、综合物探、钻探、水文试验、综合测井等多种勘察方法,取得了较好效果。下面就对本隧道F9断层的勘察过程作详细论述。

2 构造空间分布的确定

2.1 物探遥感判释与工程地质调绘

通过对1∶50 000区域地质资料,及1∶10 000遥感判释的分析,找到了F9断层的平面分布位置,宏观上了解了该断层的走向分布,对隧道的影响范围,初步确定了其对应的线路大致里程。

根据前部工作,对测区进行 1∶10 000及1∶2 000比例尺的野外工程地质调绘工作,并对区调、遥感判释成果进行核实、补充。通过现场的工程地质测绘工作,确定该断层的真实分布里程为DK502+230,断层带内见挤压扁豆体,挤压擦痕,绿泥石化、碳酸盐化蚀变及石英岩脉充填。初步测量断层产状:150°∠69°,属压扭性断层,地表汇水面积大。

2.2 物探

根据工程地质测绘成果,有针对性的布置震探测线,通过其弹性波速及高密度等视电阻率的异常情况,推测浅层部位构造的分布情况[1]。从基岩的弹性波速来看,DK502+215～DK502+245段波速异常,由前后围岩的4.0 km/s～4.3 km/s降到2.7 km/s;从高密度显示围岩异常范围在DK502+200～DK502+250段。通过物探,验证了遥感及测绘成果,在综合分析以上成果的基础上,推测构造的浅层部位空间分布情况大致为:于DK502+210～DK502+245段与线路接近正交,倾向线路大里程方向,视倾角约为70°,据此布置机动钻探进行验证及修正。

2.3 钻探

根据地质测绘及物探成果所推测的构造浅层分布情况,于构造范围以外距上盘边界11.5 m(DK502+256.5里程)处布置机动钻探,进行验证。通过钻探资料显示,孔深39.5 m～49.9 m处遇到构造破碎带,石英细岩脉充填,蚀变现象明显。根据钻孔至上盘边界距离及此处构造的埋深情况,可以准确地计算出断层的实际视倾角为74°。

3 构造深埋部位工程性质的探知

3.1 综合测井

根据测井资料统计结果,隧道围岩岩体弹性纵波速度4.08 km/s～4.13 km/s,破碎带岩体弹性纵波速度 1.98 km/s;地温梯度 2.1°/100 m,属正常地温区;孔内最高自然放射性强度为13.4 γ,自然活度 37.5 Bq,为正常背景值,无放射性危害;水位14.80 m,由井液电阻率测井反映,无明显含水层存在[1]。

3.2 水文试验及计算

结合钻探、综合测井资料,对断层破碎带在钻孔内进行分段压水试验并进行涌水量计算。将断层破碎带视为含水体,采用地下水动力学法古德曼经验公式计算破碎带涌水量,对断层破碎带富水程度进行判定。判定的标准按TB 10049-2004铁路工程水文地质勘察规程。隧道与陡倾斜的含水层或富水断裂带呈正交方向穿过[2](见图1)。

其流进隧道的涌水量可按下式计算:

其中,h1,h2分别为补给区,排泄区假象隔水层面以上潜水流的深度,m;l1,l2分别为隧道中心至补给区及排泄区的距离,m,l1=l2=2S+0.25S;D为隧道的宽度,m,单线10.2 m,双线14.3 m;B为隧道穿过含水层的长度,m;S为水位下降值,m;K为岩石渗透系数,m/d。

利用上式对断层富水程度计算判定,如表1所示。

表1 断层破碎带正常涌水量计算表

通过计算数据显示,断层处导水性较好,属强富水段。断层影响宽度内为散体结构,围岩稳定性差,隧道施工可能产生涌水、掉块、坍塌。

4 结语

通过遥感、工程地质测绘、物探、钻探等勘察手段的综合运用,查明了F9断层构造浅层及深埋部位的性质特征及空间分布状态;在此基础上,通过综合测井及水文试验的方法,查明了该构造及附近围岩深埋部位的工程地质及水文地质特征。为隧道设计收集到了翔实、可靠的原始资料,成功完成了深埋构造的探知工作,取得了较好的效果。经过这一阶段工作,我认为:

1)在山区长大隧道的工程地质勘察中,综合运用多种勘察手段进行深埋构造的探知工作,是行之有效的方法。2)运用遥感判释、工程地质测绘、综合物探及机动钻探相结合的办法确定深埋构造的空间分布状态,再利用综合测井及水文试验手段进行其工程性质的探知工作,这样的工作顺序是合适的。3)在深埋构造工程性质探知工作中,遥感判释、地质测绘、物探(震探、高密度)、钻探等勘察手段,按照由前往后的顺序可以起到指导作用,按照由后往前的顺序可以起到验证及修正的作用。4)各种勘察手段都有其局限性,勘察工作中,采用综合勘察方法,并相互验证比对,可以获得更可靠的工程地质资料。5)综合勘察方法在青云山隧道以及向莆铁路其他长大隧道深埋构造性质探知工作中得以有效运用,收到了很好的效果。

[1] 铁道部第一勘测设计院.铁路工程地质手册[M].北京:中国铁道出版社,2007:678-686.

[2] TB 10049-2004,铁路工程水文地质勘察规程[S].