工程地勢勘測技能闡述范文

本站小編為你精心準備了工程地勢勘測技能闡述參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

作者：譚遠發單位：中鐵第四勘察設計院集團有限公司

譬如，我院在宜萬線、向莆線、滬昆線等山區鐵路各階段的地質綜合勘察中，對沿線越嶺長大隧道采用三維可視化方法及高分辨影像進行遙感解譯，特別是重點對長大隧道的斷裂構造、不同巖體接觸界限以及不良地質體空間分布的高精度解譯，通過線性構造的準確定位，指導大面積地質調繪路線的設計、觀測點、物探測線與鉆探孔位的布置。其解譯精確度可以達到20m，解譯正確率達到90%以上。

大面積地質調繪

工程地質測繪是工程地質勘探的前提和基礎，工程地質測繪工作的好壞直接關系到工程地質勘探的質量和數量。地質測繪是從宏觀到微觀、從現象到本質，由定性到定量觀察分析問題的方法。它是以觀察到的地質現象為依據，以地質理論為指導，對現場觀察到的各種地質現象通過去粗取精、去偽存真、由此及彼、由表及里地歸納、推理和分析研究的過程。

通常，在對區域地質和遙感判釋資料進行詳細分析研究并建立沿線主要地層層序和構造輪廓的基礎上，開展山區鐵路長大、深埋隧道的大面積地質調繪工作。主要調繪內容為:地層巖性的分布、特征、時代劃分(地層劃分到組、段)及其組合關系;褶皺、斷裂構造的展布、規模、性質及其對工程的影響;節理裂隙的發育特征;滑坡、巖堆、危巖、落石、采空區和巖溶等不良地質和特殊巖土的分布范圍和規模等。調查方法以垂直地質界線的路線穿越法為主，重要地質界限采用沿線追蹤法;調點為斷裂構造、軟弱巖層、節理密集帶、較大地表水體及地下水與構造薄弱帶的關系等;調查路線部署以線路中心兩側各500m范圍內為重點追索區，線路中心兩側500～1000m范圍為補充調查區;根據已有資料，加強線路中心部位的驗證和補充調查，以獲取相對客觀真實、可靠實用的地質資料。根據大面積地質調繪結果，對調繪判斷不清、對工程影響較大的斷裂構造、重要的不良地質地段和重要部位，再結合物探、鉆探等手段進一步查明、驗證。

從山區鐵路長大深埋隧道設計、施工的經驗和教訓來看，設計、施工中出現的各種工程地質問題，除了與大面積地質調繪的精度不夠外，還與在外業勘察時，沒有根據各種構筑物特點，結合既有的工程地質特征，有針對性、合理地采用勘探手段、布置勘探點，查清場地區的工程地質、水文地質條件等有關。山區鐵路長大深埋隧道因其工程主體位于地下，且長度一般達數千米、埋深超數百米甚至上千米，經常穿越數個地貌單元、地質時代、地層巖性和區域構造等，僅僅憑借大面積地質調繪難以將其工程地質條件查清，故隧道工程施工中出現的工程地質問題也較多。主要有洞口邊、仰坡變形，洞身不良地質(如坍方冒頂、擠出滑移、突水突泥、巖溶、采空區、巖爆、瓦斯等)以及襯砌開裂變形等。實踐證明，隧道洞身要盡量繞避滑坡、巖溶、采空區等不良地質地段，實在不能繞避時，應在取得準確的工程地質資料的基礎上，采取符合實際的工程措施。

對于山區鐵路長大深埋隧道，應在大面積工程地質調繪和工程地質勘察工作的基礎上，建議大力推行、提倡綜合勘察，充分運用綜合物探和遙感技術，并布置一定數量的地質鉆探、綜合測井和試驗等工作，以查清隧道穿越區的地層巖性、地質構造特征、不良地質、地下水發育情況等。譬如，我院勘察設計的宜萬鐵路工程地質條件特別復雜，被國內外專家定義為世界上最復雜的山區鐵路。全線隧道長約223km，其中巖溶隧道近160km，這些隧道中長大隧道埋深大，一般埋深在500～600m，隧道洞身大部分穿越地下暗河或在巖溶的水平發育帶附近通過，施工中可能遭遇大型巖溶洞穴、暗河或管道流，發生大規模透水突泥和地面塌陷等地質災害，因此查明地下巖溶、暗河的規模和空間位置，是宜萬鐵路建設成敗的關鍵。為此，我院采用了大面積地質調繪、巖溶水文地質專項調查。從區域地質調查入手，對全線所有隧道均進行1∶1萬大面積地質測繪，根據巖溶水文地質單元和地下水補徑排范圍的需要，擴大范圍調繪;并對其中8座隧道均進行了專項巖溶水文地質調查。共計完成1∶1萬大面積地質調繪340km2，1∶1萬巖溶水文地質調查572km2。通過調繪，查明了宜萬線長大復雜巖溶隧道區的巖溶地貌特征，可溶巖巖溶發育與地層巖性、地質構造、水動力條件的制約關系，巖溶發育的空間分布規律，巖溶水的賦存規律和補徑排特征及其與隧道的關系、危害程度，為各隧道的巖溶水文地質條件評價奠定了基礎。

綜合物探

物探是一種間接的勘探手段，它是通過地質體的物性表現來推斷解譯未知的地質問題。其數據采集受地形、地質、物性不均等人文和自然環境多種因素影響，因此物探成果做出的地質推斷需要其他直接手段如地質調繪、鉆探等代表性的驗證，以了解其真實的地質內涵。物探具有輕便、快捷、成本低等優點，但也有“精度不高”的缺點，甚至有誤判的可能性。常用的物探方法有地震折射波法、地震反射波法、瞬變電磁法、高密度電法、音頻大地電磁(EH－4)法及高頻大地電磁測深(HMT)等。

1地震折射波法

它是研究地震波在速度分界面(波在這個界面以下地層中的傳播速度v2大于波在其上面地層中的傳播速度v1)產生滑行波引起的振動，通過研究在地表接收到的折射波的時距關系，求得地下界面埋深等參數的一種勘探方法。其特點是最大接收道小，一般為24道;勘探深度淺，一般在100m以內;測量精度不高，一般采用皮尺測量;覆蓋次數不高(因其震源淺、藥量小)等。淺層地震法主要作用包括:工程地質分層(第四系覆蓋層、基巖風化帶、基巖面的起伏狀態，特別是對第四系的分層等);探測斷裂構造、巖溶構造的空間分布及其發育特征;測定巖體的動彈性參數，如楊氏模量、剪切模量、泊松比等。淺層地震勘探主要應用于隧道進出口、淺埋地段等的縱、橫剖面勘探及洞身各巖土層縱波速度的求值等。

2地震反射波法

地震反射波法勘探原理是當震源激發時，地震波以球狀向地下半空間傳播，在其遇到巖性分界面、斷層、破碎帶、巖溶等地質異常體時，地震波就折返回地面被檢波器接收，接收的地震數據經過室內數字處理生成地震剖面，根據該剖面上的異常特征，就可以解譯為對應的地質異常體，達到查明隧道圍巖洞身勘探的目的［6］。地震反射波法的特點是最大接收道為120道以上，勘探深度大(可達3000m)，要求的測量精度高(為了加快勘探速度，必須采用GPS儀器)，覆蓋次數高(由于其道數多，對地下同一點可達到6次以上采集信息，震源深、藥量大，采用組合檢波———即一個點用多個檢波器接收信息)等，但是它在淺層(埋深0～100m左右)基本屬于盲區，僅僅對埋深較深的地層有效。深層地震反射波法適用于地形起伏大、埋藏深度較深的長大深埋隧道勘探。

3瞬變電磁法(TEM)

TEM(TransientElectromagneticMethod)法是以接地導線或不接地回線通過脈沖電流做為場源，以激勵探測目的物感生二次電流，在脈沖間隙測量二次場隨時間變化的響應，進而達到解決工程地質問題的一種電磁法。TEM在時間和空間上的可分性，使其具有以下特點:(1)在高阻圍巖地區不會產生地形起伏影響的假異常;在低阻圍巖區，由于是多道觀測，早期道的地形影響也較易分辨。(2)可以采用同點組合進行觀測，使與探測目標的耦合最緊，取得的異常響應強，形態簡單，分層能力強。(3)線圈點位、方位或接發距要求相對不嚴格，測地工作簡單，工效高。(4)有穿透低阻覆蓋的能力，探測深度大。(5)剖面測量與測深工作同時完成，提供了更多有用信息，減少了多解性。正是由于TEM法的這些特點，其主要用于解決深埋隧道、隧址區的斷裂構造、巖溶構造、地層劃分等問題，其探測深度可達400～500m。

4高密度電法

高密度電法與常規電法相比是向地下供電。不同的地質體、異常體對電流的吸引不同，這種吸引大小對應地質體、異常體的電阻率大小，根據測得的視電阻率在X和Z方向變化的剖面，分析剖面上視電阻率變化特征，將其解譯為對應的地質異常體，解決地質問題。

就巖溶勘探而言，通常空腔巖溶為高阻，充填巖溶為低阻，滲水破碎帶為低阻。不同巖性其電阻率值也不同，以此可對巖溶和地層巖性等作較好的判斷。該法可依據獲得的地下介質電阻率的分布情況，了解隧道圍巖的性質和分布范圍，推測斷層構造和巖溶構造的空間分布及其發育特征等。譬如，向莆鐵路武夷山隧道長14．658km，隧道最大埋深達350m。其中F5斷層通過地層為里地單元(J3L)的少斑中粒花崗巖。遙感及現場地質測繪結果表明:F5斷層為一硅化破碎帶，出露于DK222+532附近，與路線夾角約50°，斷層產狀354°∠48°，斷層破碎帶及影響帶寬約50m，帶內巖石具硅化、并可見構造角礫巖，角礫呈次圓狀，節理裂隙發育，石英脈呈不規則狀，大致平行斷裂面充填，為逆沖斷層。經物探地震折射波法、高密度電法驗證，F5斷層產狀傾向小里程，視傾角40°，破碎帶巖體的彈性波速僅2920m/s，兩側完整基巖的彈性波速4862m/s。物探實際勘測及綜合分析結果如圖1和圖2所示。

5音頻大地電磁(EH－4)法

EH－4系統是20世紀90年代由美國EMI公司和Geometrics公司聯合推出的新一代電磁探測儀器，它能觀測到離地表幾米至1000m內地質斷面電性變化信息。它利用宇宙中的太陽風、雷電等天然電磁場信號作為激發場源，該場源不存在近場區和過渡場區［7］。音頻大地電磁法具有抗干擾能力強、橫向分辨率高、高阻屏蔽作用小、勘探深度范圍大等特點。EH－4探測法在山區鐵路長大、深埋、復雜的巖溶等隧道勘探中，對地層巖性、地質構造、巖溶等地質現象的反應較為齊全和準確，其勘探深度能夠滿足要求，且在野外受地形等限制較小，可以在長大、深埋、復雜隧道的綜合勘探中應用。但同時應該注意到，其對地層巖性、地質構造的劃分主要依據電性，一般而言，電性差異大，且有一定厚度時，其對地層、構造的分辨率也大大提高，根據資料推斷的地質規律比較符合實際。同一巖性，或電性差異較小的巖性、構造等勘探對象就存在不確定性，因此，音頻大地電磁資料必須結合地質測繪、鉆探和綜合測井等驗證資料綜合分析，才能取得較好的效果。

6高頻大地電磁測深(HMT)法

高頻大地電磁測深的概念是相對于可控源音頻大地電磁(CSAMT，觀測頻率為0．25～8192Hz)和大地電磁(MT，觀測頻率為0．001～340Hz)的頻率范圍而提出的。對于灰巖地區，電阻率的變化范圍一般在500～3000Ωm。如果取平均電阻率為500Ωm，隧道埋深在800m左右時，根據趨膚定理，要達到800m左右的觀測深度，其觀測頻率的下限應在200Hz左右。

而當最高觀測頻率達到100kHz時，其穿透深度僅在11m左右，當地表覆蓋有第四系低電阻地層時，其穿透深度將進一步減小。因此，對于隧道工程的勘察，要取得完整的地電斷面，對于場源為天然大地電磁場的高頻大地電磁，其觀測頻率范圍在200～100kHz，該頻率范圍已超出了音頻的范圍，所以采用該頻率段觀測的方法稱之為高頻大地電磁測深(HMT)。在宜萬鐵路復雜的巖溶隧道工程勘察中，共布置了高頻大地電磁測線198km。勘察結果表明，對于封閉性的溶蝕空腔，高頻大地電磁呈低電阻異常特征;對于深度較淺或規模較大的巖溶地質體，高頻大地電磁呈封閉圈式的低阻異常;當巖溶地質體的規模與埋深相比不是足夠大時，在高頻大地電磁視電阻率斷面上，則不能形成封閉性的低電阻異常，而是等值線出現較大分離和彎曲的異常形態。在施工開挖的部分隧道中遇到的較大型巖溶地質問題共有76處，其中75處都位于大地電磁的異常區或異常的邊緣。表明其勘察結果，為宜萬線隧道施工設計和施工安全預警提供了準確的資料。

為了查明宜萬線8座長大、深埋、復雜巖溶隧道的地層巖性、地質構造、巖溶發育程度、深度、規模以及暗河的位置，我院在遙感和大面積地質調繪的基礎上，采用瞬變電磁法、音頻大地電磁法、高頻大地電磁測深法，并輔以地震折射和高密度電法，大致確定了這8座隧道的地質構造形態、部分斷層的位置和產狀，圈定了大的巖溶異常區，為隧道的深孔布置、地質資料的修正和巖溶發育規律特征的分析、隧道工程地質和水文地質條件的分析判斷提供了依據，有效地縮短了勘探工期，大幅度地降低了勘探成本。

工程地質鉆探和綜合試驗、測試

1工程地質鉆探

根據工程地質調繪、綜合物探勘探結果和設計意圖，對山區鐵路長大、深埋、復雜隧道進行有針對性的工程地質鉆探，一方面可以準確地提供設計所需的各項巖土物理力學指標，另一方面也可驗證物探和工程地質調繪結果。工程地質鉆探是最原始也是最直接的勘察方法，其最大的優點在于能夠直接鉆取巖芯，取得定性的地質資料，直觀地反映巖土體的顏色、塑性狀態、風化程度等基本特性，準確地劃分各種地層巖性、厚度、完整性和破碎程度，斷層的位置、寬度、破碎和膠結程度，斷層帶的組成和性質，含水層深度、厚度、初見水位和穩定水位，巖溶發育程度等;也可以通過各種巖土試驗獲取巖土體的物理力學指標。此外，還可以作為地震、地應力等孔內測試的平臺。正因如此，才使其不可替代地延用至今。其缺點是容易受勘察場地的限制，鉆孔之間的地層關系需要依靠工程地質人員根據其所掌握的地質資料進行推斷(鉆孔的密度直接影響勘探成本和勘察資料的準確性)，且周期長、費用高。

山區鐵路長大、深埋復雜隧道的綜合勘察是在充分搜集、分析研究既有區域地質資料的基礎上，以遙感判譯為先行，以大面積地質測繪和水文地質調查為基礎，結合綜合物探的勘探成果，針對性地布置適量的深孔鉆探為主要勘探手段，并輔以必要的孔內測試試驗等的綜合性的勘察試驗方法，以查明重大的工程地質問題。深孔鉆探的選擇和確定主要是為了解決如下幾個主要地質問題:物探反映的重大異常區的驗證，重大隱伏暗河、采空區等的探查，區域性大構造、斷層的產狀、破碎(軟弱)程度、富(導)水性，地應力測試、瓦斯測試、水文試驗以及單孔或多孔孔內測試，重要地質界面的控制(如可溶巖與隔水層接觸界面、煤系地層的位置等)等。譬如，我院在宜萬線綜合勘察中共計完成深孔鉆探51孔，共15304．23m。

2綜合試驗、測試

綜合試驗、測試工作分為孔內和孔外兩類。孔內的測試、試驗項目主要有水文試驗、綜合測井、孔內CT、地溫、地應力測試、瓦斯測試(放散初速度、瓦斯壓力等)、放射性測試等;孔外的測試、試驗項目主要有水、土、巖石樣品的物理試驗和力學試驗、示蹤試驗、煤層及瓦斯測試等。通過上述試驗、測試結果，可為隧道圍巖類別的劃分、巖土體物理力學指標的選取以及巖體風化程度的劃分、隧道風險評估等的施工設計和施工安全預警提供準確的依據。

綜合勘察、測試成果的分析利用

每一種勘察方法和測試手段都不可避免地存在一些局限性或弊端，我們在得到各種分項的勘察、測試結果后，還需要對所獲取的所有成果資料進行全面、系統的專題分析研究;綜合分析各項勘探成果，并通過相互驗證等手段剔除異常的錯誤結論，對可疑結論進一步做詳盡細致的工作，對確定結論則尋找最經濟有效的設計方案和施工措施。綜合運用各種勘察手段相互指導、相互驗證、取長補短，可以有效提高長大隧道的工程地質勘察質量。譬如，改建贛龍鐵路擴能工程的汀州隧道長7．738km，隧道最大埋深達600m，其中F2、F3斷層附近地層為下古生界奧陶－志留系(O－S)變質粉砂巖、板巖夾頁巖:灰褐、灰黃色，全風化～弱風化，薄層狀。在分析研究區域地質資料和遙感判譯結果的基礎上，有針對性地開展現場地質調查、測繪，發現了F2斷層的地表露頭，隨后采用物探EH－4法進一步驗證了F2斷層的存在，查清了其工程特性:該斷層屬北西向斷裂，傾向北東向，產狀46°∠79°，斷層破碎帶寬約30．0m，與隧道相交于DK148+495附近，與線路夾角為17°。同樣，通過現場地質測繪和物探EH－4法也揭示了F3斷層。為進一步確定F3斷層的工程特性，在地表布置了1個孔深340．10m的深孔，結合對鉆探和孔內水文試驗、地應力、地溫等綜合測井的測試結果綜合分析，確定了F3斷層的工程特性:屬北北東向區域斷裂，傾向北西西向，產狀289°∠60°，斷層破碎帶寬約168m，與隧道相交于DK148+628附近，與線路夾角為80°。汀州隧道F2、F3斷層工程地質特征如圖3所示。

主要成果及效益

我院采用綜合勘察技術在宜萬鐵路、向莆鐵路、京福鐵路、滬昆鐵路和贛龍復線等數十座已經施工和正在施工的重點隧道工程所提供的地質資料不僅得到了施工驗證，而且為施工提供了預警，保證了上述復雜性、風險性較大的重點工程施工的順利進行。綜合勘察技術可以有效地控制山區復雜隧道的地層分布、構造形態、斷層要素、深部巖溶的發育位置、巖體應力、有害氣體等工程地質問題。明顯地縮短了勘探工期，大幅度地降低了勘探成本。

從我院對向莆鐵路、宜萬鐵路、贛龍復線等復雜隧道的工程地質問題進行的綜合勘察和施工過程中的施工地質工作來看，具有明顯的經濟效益和社會效益。譬如，對宜萬線8座長大深埋隧道的巖溶發育情況進行的專項地質工作原定在大面積地質調繪的基礎上以深孔鉆探為主，計劃投資4．8億元。后來采用以大地電磁測深為主的綜合物探方法，結合深孔鉆探驗證的方式完成了專項地質工作，共投資1．45億元，取得了預期的地質效果，節約投資近70%，產生直接經濟效益3．35億元。

而其社會效益主要體現在以下幾個方面:(1)設計質量明顯提高。對向莆線、宜萬線等復雜長大隧道施工地質設計中，將隧道按可能發生的工程地質災害風險程度，劃分為極高、高度、中度、低度四個等級。已施工地段的施工資料證實，隧道的主要工程地質問題都發生在極高風險等級地段。由于設計中已有相應的應急預案，從而降低了施工風險。(2)較好地指導了隧道施工過程中的地質災害預報工作。根據隧道施工地質分級設計，優化了不同地段的地質超前預報方法，取得了較好的預報效果。(3)使大量的隧道工程地質災害由不可預計變為可以預計，從而減少了隧道不可預計的工程地質災害。

結論

(1)綜合勘察是在充分搜集、分析研究既有地質資料的基礎上，以遙感判譯為先行，以大面積地質調查為基礎，以綜合物探和適量的深孔鉆探為主要勘探手段，并輔以必要的孔內測試試驗等的一種綜合性的勘察方法，可以有效地控制和查明山區鐵路長大、復雜隧道的工程地質和水文地質問題。我院的應用實踐證明該方法是可行的，可明顯地縮短勘探工期，大幅度地降低勘探成本。

(2)每一種勘察方法和測試手段都不可避免地存在一些局限性或弊端，因此，工程勘察中應根據工程實際需要的勘察范圍、勘察深度和勘察精度，選擇一種或幾種恰當的勘察手段。

(3)山區鐵路長大、深埋、復雜隧道工程地質勘察要求資料精度高、圍巖分類準確，因此，采用綜合勘察方法是必要的、恰當的。在工程地質勘察中，所選擇的各種勘察手段要結合現場實際情況合理應用，并應對勘察成果進行系統地綜合分析、研究，合理解釋，提高勘察資料的質量，保證結論正確，為隧道工程的設計、施工提供合理、可靠的依據。

(4)在山區鐵路長大、深埋、復雜隧道綜合勘察過程中，應在對前一勘察工序工作的資料進行分析研究的基礎上開展下一步工序的勘察工作，使綜合勘察工作不斷深入，減少勘察工作量、提高工作效率、降低成本。同時對各種勘察成果資料要及時分析研究、相互溝通。發現問題，現場要及時解決，使勘察資料更加符合實際情況。

(5)山區鐵路長大、深埋、復雜隧道綜合勘察是一個由多階段、多工種、多工序組合的勘察體系，建議建立統一的組織機構，統一領導，統一協調，分工合作。