鐵路隧道工程勘察地質環境論文

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1關于隧道工程地質的勘察方式

為了準確掌握隧道區工程地質特點、水文地質環境、不良地質情況，對圍巖狀況進行級別分段，為隧道工程的建設與設計提供科學的工程地質資料與合理有效的處理方案，地質勘察基于遙感判釋運用了隧道工程地質調繪、地質鉆探、高密度電物探法、地震勘探與鉆孔超聲波檢測、抽水與壓水試驗、瓦斯檢測等多種方式予以綜合勘察。

1．1隧道工程地質調繪地質調繪的方法主要包括追索法與路線穿越法，對工程整個地質單元與隧道區兩部分控制地質體與不良地質。與以往的方法進行比較，打破了調繪范圍的限制，讓調繪內容更細致、更準確。通過調繪方式，能夠查明巖堆、危巖、軟土、瓦斯、地下水等不良地質的分布情況，尤其是在隧道中部發育的巖溶管道水水流方向。隧道工程的地質調繪為下一步工作的實施奠定了堅實的基礎。

1．2地質鉆探由于隧道區域地層與巖性變化的多樣性，進行地質鉆探時需要布置多個鉆孔，加大鉆孔分布范圍。鉆探方式主要是采用金剛石或合金鉆進，一部分煤系地層地帶的巖石粉碎，采用的是無水反循環鉆進工藝。鉆孔的深度除有特殊要求的鉆孔外，都應當深入隧道設計標高2m～3m以下。鉆進巖芯采取率要求破碎巖層與強風化層不小于50%;完整基巖不小于80%;覆蓋層不小于50%。鉆探鉆進過程中，仔細測定地下水位，并及時記錄，記錄內容包括巖土分層、地下水位、鉆進速率、水的顏色等。利用詳細與具有代表性的鉆探方式，隧道洞室圍巖的巖性與整體情況能夠直觀顯示;利用鉆孔實施抽水、鉆孔聲波測試、壓水測試、煤層瓦斯檢測等一系列工作，以定性與定量兩方面為隧道圍巖的分段與分級帶來有效的地質依據。

1．3高密度電物探法若存在鉆探方式難以查證的地質，則能采用高密度電物探法，物探儀器為擁有我國先進水平的重慶奔騰數控技術研究所研究的WGMD-1型高度探測系統，方法是用α排列方式予以高密度數據采集，采用國際水平的Surfer軟件與RES2DINV軟件進行二維電阻率成像反演。能夠準確判斷地質情況，改善隧道工程施工的危險性，降低嚴重社會問題的發生率，有時還能避免路線更改，從而節約建設項目的投資資本。

1．4地震勘探與鉆孔超聲波測井以及探測巖石波速因其隧道區域地層巖性多樣化，地表風化程度嚴重，鉆探取芯能力弱，巖芯大多為碎塊、砂狀以及塊狀。地質人員大都是通過人為因素來判斷巖石風化程度，很少客觀判斷巖體基本質量，未能科學劃分隧道圍巖類型。因而，地震勘探與鉆孔超聲波測井以及探測巖石波速技術逐漸被應用。地震勘探儀器采用的主要方式為折射波法，通過定性劃分結合定量指標的整體分析，確定了巖石風化情況與隧道圍巖類型，該方式更為合理，更具創新特色。

1．5抽水與壓水檢驗方式若隧道區域屬于條帶狀巖層組成的山嶺，其水文地質單元更加復雜，含有較多含水單元與隔水層，其透水性與含水單元具有較大差異。為了能檢驗出準確的洞身段各巖石的裂隙性與透水性，準確預判隧道涌水量，于鉆孔施工結束后分別實施抽水與壓水試驗。抽水及壓水試驗使用的是自制提桶與專業高揚程空氣壓縮機抽水與壓水設施，其中提桶抽水試驗應用于地下水位淺的地段，空氣壓縮機抽水和壓水設施應用于地下水位深或不存在地下水的巖層內。并且還對一些鉆孔實行了將抽水與壓水相整合的試驗，以便同單一試驗進行對比。

1．6瓦斯檢驗對專門施工的ZK11鉆孔，采用一套煤管、一套瓦斯解吸儀、兩個取樣瓦斯灌予以瓦斯檢驗，其具體方法為:在鉆孔鉆遇煤層后，下采煤管采煤同時迅速裝灌后封閉，5min內進行解吸，獲得現場瓦斯解吸量，最后采用圖解法算出瓦斯耗損量，二者相加即為煤層瓦斯逸出量。該方式簡易可行，結果接近實際情況，具有相對開拓性。

2關于工程地質環境對隧道工程的影響

在建設長隧道、深埋隧道以及大隧道過程中，會遇到各種各樣的地質環境問題，不僅會對工程工期與造價造成影響，還會給隧道的施工與運行帶來安全隱患。下述對影響隧道工程的幾種地質環境作了探討。

2．1軟土地基在湖相與濱海相等古地質環境中，軟土大都沉積在相對停滯與相對運動遲緩的水環境內，此類沉積軟土顆粒細軟、土質軟弱、孔隙度大、含水量高、容易形成蠕變、凝聚力小幾乎可以被忽略。在這種地質條件上建設隧道，必須考慮工程的地質問題。

1)該地質土性較軟，受到隧道重負荷時容易發生沉陷，從而厚度發生改變，形成不均勻沉陷，導致隧道內襯砌等結構發生形變;

2)隧道結構會受軟土蠕變的影響，及時進行支護與襯砌有重要作用;

3)軟土一般存在于地下還原環境中，微生物作用容易形成甲烷氣體，聚積在軟土層孔隙內，隧道挖進時工作人員可能會受甲烷氣體的危害，若遇到火源還可能引起爆炸。建設隧道時，對于軟土地基，長度不長的隧道應采用盾構穿越更為簡易;然而長度過長的隧道，因其軟土的蠕變特點，會形成超量切削，導致在隧道盾構掘進的前端會出現蠕變凹槽，如果軟土層厚度不夠，容易使得上方活河水與海水大量潛入隧道。因此，在海域上存在眾多沉積軟土地帶時，借助盾構穿越軟土層，必須充分重視所存在的安全隱患。

2．2砂卵石層地基在多樣化地質條件如平原、河流、濱海、盆地中，會存在不同成因的砂卵石沉積層。各地砂卵石層的結構由于沉積時受到古地質地理環境的影響，各結構間存在差異。砂卵石層的沉積韻律和顆粒級配受到沉積時水動力條件的影響。砂卵石層危害隧道工程的幾個方面主要是:

1)因為隧道施工排水，使得周邊砂層的機械塌陷與管涌;

2)砂層涌入會引發豐富地下水;

3)砂層地質結構的不同，形成不規則沉陷，為隧道帶來安全隱患;

4)砂層內夾雜的大塊卵石，影響盾構施工，嚴重時會卡住刀片。采用沉管法在湍急河流的砂卵石層中建設隧道，容易使沉管下砂層形成沖刷，損害沉管隧道。

在厚砂層上建設隧道時，要注重下述幾點:

1)抽水起始水位降低引發地面沉降、沖刷、潛蝕;

2)進行大量抽水后，水位降低遲緩，產生壓力水頭，極易使得下方的大量砂層潰入;

3)下方存在相對隔水層時，因為上方隧道抽水降低水壓，下方高壓水匯合;4)透水層凸起，形成眾多越流向上補給，影響隧道運行。

2．3碳酸鹽巖地層在分布有可溶碳酸鹽地層地區，受到不同程度的喀斯特化作用，作用結果為在地表上形成奇特山峰，地下形成多個洞穴與通道。活躍在洞穴和通道中的喀斯特水包括孔隙水與裂隙水等，存在不同的特點。喀斯特水有五個對立統一的特點，具體包括:

1)獨存與半獨存的管道水流和擁有統一水力相關的地下水力面與擴散流同時存在;

2)不含水巖體與含水巖體同時存在;

3)非承壓水流同承壓水流之間互相變換;

4)層流運動和紊流運動同時存在;

5)非均質含水性和均質含水性復雜變化。在喀斯特化地層中，具有相當明顯的三相流，即是氣體、固體、液體三相物質混合形成的三相流。三相流具備一個重要特性，泥砂等固體流與水等液體流是不能被壓縮的，而氣體能被壓縮，受壓氣體還會發生多種變化。

3結語

區域地質斷裂與大型滑坡體等區域地質條件嚴重影響鐵路線路的安全。本文通過采用地質勘察方法對隧道區域的地質環境予以全面系統的深入分析研究，監測隧道結構收斂變形情況，對隧道工程進行穩定性分析。通過研究隧道區域地質構造環境、圍巖介質環境，得出了隧道山體開裂原因與圍巖穩定性研究結論，希望能為復雜地質條件的鐵路隧道工程地質勘察提供一些參考依據。

作者：張志遠單位：山西省地勘局二一四地質隊