高红杰（中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西 西安　710043）

西格二线关角特长隧道地质勘察技术

高红杰
（中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西 西安710043）

西（宁）格（尔木）二线关角特长隧道地处青藏高原东北缘，自然条件恶劣，地质条件极其复杂。在地质勘察阶段采用遥感技术与大面积地质调绘、综合物探、钻探、试验、测试相结合的综合勘察方法，并运用一系列地质勘察新技术，较为准确地查明了越岭区的地质条件。施工中采用全过程动态设计，不断完善隧道地质资料，有效指导了隧道施工。本文对该隧道所采用的地质勘察技术进行系统的总结。

地质勘察；地质选线；综合物探；高海拔特长隧道

1　工程概况

关角隧道位于西格二线天棚站至察汗诺站之间，是青藏铁路西宁至格尔木段增建二线的控制性工程。隧道全长32.690 km，为2座单线隧道，设有10座/ 15.141 km斜井辅助施工。关角隧道于2007年11月6日开工建设，2014年4月15日贯通，同年12月20日开通运营，是目前国内已建成的最长铁路隧道，也是世界最长的高海拔隧道。

关角隧道工程有如下特点：①工程规模大，隧道正洞、辅助坑道及泄水洞长度总计达90.971 km；②自然环境差，工程位于青藏高原东北缘，海拔高，地面高程3 400～4 500 m，高寒缺氧，勘察环境及自然条件十分恶劣；③勘察范围大，在初测前加深地质及初测方案比选中，进行了3个长度不同的越岭隧道方案比选，地质调绘的范围达600 km2，在如此宽广的范围内选择一条地质条件好、技术可行、经济合理的隧道方案，难度极大。

2　地质条件

关角隧道地质条件极其复杂，主要表现在以下4个方面：

1）地质构造复杂。关角隧道位于新构造活动强烈的青藏高原东北缘，断裂构造发育，洞身通过4条区域性断裂及13条次级断裂。其中二郎洞断裂带（F3）是由6条次级断层组成的断层束，宽度近3 km，主断带宽520 m。断带内岩体破碎，对工程影响大。

2）地层岩性复杂。隧道区域沉积岩、岩浆岩、变质岩3大岩类均有分布，以变质岩为主。隧道通过的地层岩性主要有第四系砂质黄土、黏性土及砂类土、碎石类土，三叠系、二叠系灰岩及砂岩，石炭系变质砂岩、片岩、板岩及大理岩，志留系板岩、变质砂岩，下元古界片麻岩、混合岩，并伴有华力西期闪长岩、花岗岩。

3）岭脊灰岩段岩溶裂隙水发育，水量大且分布不均。关角隧道关角日吉山北坡和岭脊附近，出露大面积二叠系、三叠系灰岩，隧道通过灰岩段长度约为9.17 km，层厚质纯，地表岩溶形态以溶隙、溶槽为主，局部发育溶洞。由于岩体受构造影响的程度不同，其节理及岩溶裂隙的发育程度及连通情况也差异较大，因此，不同地段岩体的富水性也差异较大。岩体节理及岩溶裂隙不发育地段岩体较完整，地下水也不发育，以滴水、渗水为主。岩体节理及岩溶裂隙发育地段岩体较破碎，地下水发育，以股状、雨状涌水为主。

4）区域地应力较高，存在高地应力软岩（断层带）变形。由于隧道区位于新构造活动强烈的青藏高原东北缘，跨越柴达木陆块北缘、宗务隆山裂陷槽、南祁连陆块3个大地构造单元，区内断裂及褶皱均发育。隧道最大埋深1 000 m以上，存在较高的地应力。洞身通过十几条断层，其断层破碎带围岩软弱破碎，发生较大变形的可能性大。洞身通过的粉细砂层、片岩及河谷浅埋段围岩软弱破碎，易发生变形、突水突泥、围岩失稳等地质灾害。

3　主要勘察方法

3.1利用新技术进行综合地质勘察

1）在大面积地质调绘中，采用遥感技术提高了勘察效率。遥感采用ETM彩色合成影像图（1∶50 000）及黑白航空照片（1∶10 000）。先进行室内判释，然后进行室外核对。这改变了以往点→线→面的常规地面调查方法，变成了面→线→点。这样不会遗漏大的地面不良地质问题及有价值的线路方案，为线路方案比选提供了较为广阔的视域，并提高了勘察效率。

2）采用以多功能大地电磁系统（V8）为主的综合物探技术，提高了资料的准确性。针对关角隧道越岭区的地质特点，勘察中首次将多功能大地电磁系统（V8）成功应用于长大深埋越岭隧道地质勘察，在资料的解译中，首次将CSAMT，AMT数据通过WinGlink软件进行数据处理，完全实现了CSAMT，AMT数据带地形的二维反演，较好地减轻了地形及静态影响，提高了地质解释效果和资料的准确性。

3）一孔多用和多参数综合测井提高了深孔的利用率。在勘察中坚持一孔多用，在孔内进行多参数的综合测井。深孔综合测井中，首次对声波全波列数据进行相似相关法速度分析，提取岩石的纵、横波速度。除进行水文地质测试（抽水、压水）和孔内地应力测试外，还进行了其他7种参数（自然重度、井温、自然电位、电阻率、井径、声波、地震波）和水文地质的综合测井。通过有限的深孔，最大限度地获取更多的地质信息，发挥了每个钻孔的作用，提高了深孔的利用率。

4）采用地质调绘、综合物探、钻探等方法，查明隧道区灰岩段的岩溶发育特征，对灰岩段斜井及正洞的可能突涌水段进行分析与预测。针对关角隧道岭脊附近出露的大面积二叠系、三叠系灰岩，在地质调绘的基础上，采用综合物探、钻探等方法，查明了隧道区岩溶发育特征。隧道区岩溶属寒带、裸露型岩溶，地表岩溶形态以溶隙、溶槽为主，有沿层面线状发育的椭圆形溶洞，小者不足1 m，大者1～2 m，因受地质构造及大气降水等因素的影响，北坡较南坡发育。地下岩溶不发育，以溶隙为主，仅在DSZ-7孔中发现一小型溶洞，溶洞内以黏土充填。根据综合物探成果对灰岩段岩体的富水性进行了分析，对施工中可能涌水的范围进行了初步预测，且经施工验证，效果较好。4号斜井洞身AMT剖面电阻率断面图显示，4号斜井井身有3个低阻带。根据地表地质调绘，井身地表基岩裸露，无明显的构造发育，因此，推测这3个低阻带为地下水富水带，预测施工中存在突涌水的可能。施工时这3段在施工中均发生了较大涌水。

3.2开展大面积综合地质选线

在初测前的加深地质及初测工作中，通过大面积地质调绘并结合物探及少量钻探，初步查明了越岭隧道区600 km2范围内的地质条件。在既有天棚车站与察汗诺车站之间，隧道进口东到鲁茫曲西至315国道（关角垭口）和出口东到达尔其苟图西至315国道的广大区域内，结合展线工程进行了3个长度不同的越岭隧道方案综合比选，确定了合理的越岭隧道方案。

3.3通过专题研究解决施工中的突涌水等地质问题

隧道施工过程中4号斜井涌水量持续增加，涌水量达130 000 m3/d，并导致淹井事故发生，严重影响隧道施工进度及施工安全。为分析涌水产生的原因，在地质调绘、物探的基础上，采用同位素测试、示踪试验，流量监测等方法，查明了地下水与地表水的水力联系，为斜井涌水治理提供了可靠依据。分析表明克德龙沟地表水与4号斜井地下水之间存在较强的水力联系，是斜井发生涌水的主要原因。

3.4施工中采用综合超前地质预报技术

关角隧道地质条件复杂，存在突涌水、围岩失稳、高地应力条件下的软岩变形等地质问题，施工风险高。施工中采用了动态设计、动态管理的施工模式。动态设计的主要依据是超前地质预测预报成果。因此，在施工中对正洞及所有辅助坑道实行了全过程的超前地质预测预报。其超前地质预报有如下特点：

1）采用多种预报方法相互验证，提高预报的质量。为提高预报的可靠性，采用洞内地质编录与TSP、地质雷达、红外探水、超前水平钻探相结合的综合超前地质预报方法，根据掌子面前方地质条件的复杂程度选用合理的方法组合，实现超前地质预报的优质高效。

2）地表与洞内预报相结合。对地质条件特别复杂地段，在洞内超前地质预报的基础上，在地表采用地质调绘、大地音频电磁测深等方法，对预报结果进行补充和验证，提高预报成果的可靠性。

3）指导4号斜井成功转向并顺利通过富水段。4号斜井施工至X4+88处发生突涌水，导致斜井被淹。在地面调绘的基础上，根据大地音频电磁测深二维反演和“切片”资料分析，掌子面前方为一宽约50 m的富水带，且富水带地下水和地表水存在较强的水力联系，若继续施工难度很大，转向是唯一选择。该富水带延伸较长，斜井无法绕避，而斜井右侧富水带更宽、距克德龙沟更近，涌水量更大，因此，只能左拐通过富水带。因原斜井与正洞的交点也位于富水区附近，所以其交点位置也由原来的DK291+100调整为DK290+ 900。根据物探预测的富水带位置、宽度，结合超前水平钻探，采用帷幕注浆顺利通过该富水带。通过富水带后，没有出现较大的突涌水，并顺利施工至交点，说明转向是成功的。

4　地质勘察主要技术创新点

1）首次将多功能大地电磁系统（V8）成功应用于高海拔长大深埋越岭隧道地质勘察，提高了勘察效率和质量，为合理确定隧道围岩分级提供了可靠依据。

2）首次采用以AMT，TEM，CSAMT法为主，多种方法相结合的综合物探方法，通过对不同方法取得的结果进行对比分析提高了物探成果的可靠性和勘察质量。

3）在资料的解译中首次将 CSAMT，AMT数据通过WinGlink软件进行数据处理，实现了CSAMT，AMT数据带地形的二维反演，较好地减轻了地形及静态影响，提高了地质解释效果和资料的准确性。

4）深孔综合测井中，首次对声波全波列数据进行相似相关法速度分析，提取岩石的纵、横波速度，为合理确定围岩分级提供了依据。

5　结语

在西格二线关角特长隧道地质勘察阶段，采用遥感判释与大面积地质调绘、综合物探、钻探、试验及测试相结合的综合勘察方法，运用一系列地质勘察新技术，查明了越岭区地质条件；通过大面积综合地质选线，确定合理的越岭隧道方案；针对隧道施工中的突涌水问题开展了水文地质专题研究，为斜井涌水治理提供了可靠依据；在施工中采用多种方法相结合的综合超前地质预报方法，保证了隧道施工安全。该隧道的勘察技术水平居国内领先水平。

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［7］赵天熙，关角隧道区域稳定性评价与地质分析［J］.铁道建筑，2009（9）：51-55.

（责任审编李付军）

Geological Survey Technology for Guanjiao Super Long Tunnel on Xining-Golmud Second Railway

GAO Hongjie
（China Railway First Survey and Design Institute Group Ltd.，Xi'an Shaanxi 710043，China）

Guanjiao super long tunnel is located at the northeastern margin of Qinghai-T ibet Plateau where natural conditions are harsh and geological conditions are extremely complex.During the period of geological suevey，comprehensive survey methods such as remote sensing interpretation，widespread geological survey，comprehensive geophysical prospecting，drilling，experiments and tests had been applied.Using a series of geological survey new technologies，geological conditions throughmountainhadbeenascertainedaccurately.Duringthe periodof construction，the dynamic information-based design not only improved tunnel geological data but also effectively instructed tunnel construction.T he paper systematically summarized the tunnel survey technologies used in this tunnel engineering.

Geological survey；Geology route selection；Comprehensive geophysical prospecting；High altitude super long tunnel

高红杰（1969— ），男，高级工程师。

U452.1+1；U452.1+3

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2016.07.19

1003-1995（2016）07-0077-03

2016-01-15；

2016-03-17