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摘要：
云山隧道地質勘察采用地質調繪、物探、鉆探及試驗等綜合手段，各種方法相互取長補短，相互驗證，取得了良好的勘察成果，不僅滿足了設計要求，而且達到了技術上合理，經濟上可行的目的?？辈熘蟹e累的一些寶貴經驗,值得今后長大隧道勘察借鑒。
關鍵詞：
云山隧道是山西省和榆高速公路上的一座特長隧道，隧址位于山西省左權縣城東北5km處，橫穿太行山脈西翼的陽曲山東南延。設計為分離式隧道，右洞全長11377m，底板最大埋深727.928m，左洞全長11408m，底板最大埋深742.67m，左右線間距30～35m。共設附屬工程斜井3處，豎井1處，累計長3820.248m。由于隧址地處山勢陡峻、峰巒疊嶂、地層巖性多樣、地形地貌極為復雜的中山區，因此給工程地質勘察工作帶來嚴峻挑戰。但勘察過程中因勢利導、因地制宜，通過綜合勘察手段，解決了一系列勘察難題，獲得了較為完整的地質資料，為施工圖設計提供了必要的地質依據。
1綜合勘察手段
云山隧道勘察工作由點到面、由表及里、從定性到定量，利用地質調繪、物探、鉆探、試驗等多種勘察手段進行綜合勘察，從而基本控制和揭示了圍巖工程地質條件，為洞室圍巖等級劃分和穩定性評價提供了必要的依據。
1.1工程地質調繪
隧道位于太行山西翼的構造剝蝕侵蝕中山區，一方面隧址崇山峻嶺、溝壑縱橫、深谷斷壁發育，最大相對高差855.37m，勘察工作十分艱難；另一方面隧址區植被非常發育，覆蓋層較厚，但較大溝谷斷壁基巖出露情況較好，作為天然地層剖面較完整清晰，在其斷面上巖體結構及地質構造形跡明顯，局部段落地面地質信息量豐富，地質條件比較明朗。這就為工程地質調繪手段的充分應用提供了充足依據。隧道初勘階段首先收集與隧址走廊有關的航、衛片、1∶20萬《左權幅地質圖》和工可階段地質調繪資料，針對性地開展地質遙感工作，初步了解隧址地形、地貌條件和巖土結構特征，然后通過穿越與追索相結合的地質調查手段，對隧址進行1∶10000工程地質調繪，對不良地質類型及規模進行排查，充分發揮地質選線的作用，對隧址進行優化；在隧址方案基本選定的基礎上，對隧址開展1∶2000地質調繪，采集地形地質條件信息，并掌握其規律性，利用山高谷深、局部基巖出露情況較好、地質構造形跡明顯的特點，突出重點、抓住要害。在地質調繪過程中，采取地面調查、斷層追溯、實測斷面、露頭拍照相結合的方法，充分利用了天然地質斷面。詳勘階段按照工作深度要求，在收集初勘已有調繪資料基礎上，進行認真細致的1∶2000補充工程地質調繪，最大限度地利用自然條件進行地質資料的調查、采集、拍照，在隧道進出口和適宜的地段進行圍巖節理裂隙量測。初、詳勘兩階段總計完成1∶10000地質調繪23km2，1∶2000地質填圖6.8km2，實測地層剖面8條，總長1323m，對重要地質節理裂隙點進行了詳細量測。通過充分的地質調繪工作，對隧址區的地層巖性、地層結構、地質構造、不良地質、進出口邊坡穩定性和水文地質條件有了清晰的認識和了解。地調查明隧址區位于呂梁-太行斷塊之次級構造單元沁水塊坳東北邊緣的娘子關—坪頭坳緣翹起帶?？傮w表現為東翹西傾的單斜構造，巖層走向北北東，傾角10°左右。地層出露有規律可循，自左權側洞口始至和順側洞口止，依次出露古生界奧陶系（O）、寒武系(∈)地層及元古界長城系(Ch）地層。其巖性組合依次為碳酸鹽巖的石灰巖、白云巖夾角礫狀、泥灰巖巖體及灰質、云質、泥質巖體；碎屑巖的泥頁巖、石英巖狀砂巖、長石砂巖、石英砂巖夾鐵質砂巖。前者占隧道圍巖的比例約為73%，軟硬巖的比例約為3∶7，后者約占27%，軟硬巖的比例約為4∶6。另外隧址地表發現溶洞，最大者直徑約3～3.5m，預示隧道碳酸鹽巖圍巖范圍內局部可能巖溶發育。
1.2地球物理勘探
地球物理勘探是指利用地球物理的方法來探測地層、巖性、構造等地質問題，具有“透視性”、效率高、成本低以及可以在現場進行原位巖土物理力學性質測試等優點，在工程勘察中日益得到重視和發展。但是各種物探方法都具有條件性和局限性，多數方法還存在多解性，因此正確選擇和運用各種物探方法，進行綜合物探，并與地質調繪、鉆探資料作對比，才能獲得較好的地質成果。經全面地質調繪，云山隧道隧址地形復雜，地質構造和巖溶發育，地層巖性種類多，水文地質條件復雜，因此物探勘察手段的使用非常有必要性。同時考慮到隧址地層巖性電性差異較大，并有足夠的分布厚度，具有明顯而且穩定的電性標志層，且場區受電磁干擾影響較小等特點，所以在詳勘階段對隧道左右線選擇采用EH-4高頻大地電磁測深法進行了探測。EH-4高頻大地電磁測深法系統可以適用于各種不同的地質條件和比較惡劣的野外環境，并能取得較好的工程效果。其使用天然磁場的頻率為10～100kHz，相對大地電磁測深法、音頻電磁測深法的頻率較高，探測深度一般在地下1km以內；同時，較高的頻率使得高頻電磁測深法的抗干擾能力增強。初勘階段云山隧道左線完成EH-4高頻大地電磁測測線長度11610m，測點402個，檢查點12個，右線完成測線長度11530m，測點391個，檢查點23個。另外對ZK2鉆孔做了彈性波速測試，測試深度155.4m。通過上述物探手段，對判定隧址區地質構造、巖溶及水文地質發育情況、巖石風化殼厚度，調整隧道的埋深，進行圍巖工程地質分級，提供了基本地質依據。有關構造的物探解釋成果是隧址區存在3處明顯的視電阻率突變現象，電阻率曲線密集變化較快，電阻率等值曲線呈現與隧道走向大角度交角，推測存在3處斷層破碎帶，F1、F2為正斷層，F3為逆斷層。由于地表覆蓋植被及坡積物，調查未發現斷裂痕跡。F1推測斷層與洞體相交于K46+020、ZK45+910處，與路線右前夾角分別為63°、64°，物探解釋電阻率等值曲線呈現與隧道大角度交角；F2推測斷層與洞體相交于K46+550、ZK45+580處，與路線右前夾角分別為136°、109°，物探解釋電阻率等值曲線呈現與隧道大角度交角；F3推測斷層與洞體相交于K46+765、ZK46+680處，與路線右前夾角均為42°。F1、F2、F3三條推測斷層均對隧道工程有影響。有關不良地質的物探解釋成果是在洞身K46+280—K47+130、ZK46+290—ZK47+040為大面積低阻異常，解譯為巖溶陷落異常體，推測異常為大范圍巖溶富水區，且F1、F2組成的低阻區形態為“倒置的漏斗狀”的低阻。隧道圍巖有可能破碎、充水，施工時必須加強地質超前預報，及時發現異常，采取防范措施。
1.3地質鉆探
鉆探是在隧道工程地質勘察中最直觀的勘探方法，可以鑒別描述巖土層，巖土采取試樣，進行原位測試或波速測試等。云山隧道鉆探工作主要在詳勘階段隧址確定以后大規模展開，本階段在初步勘察基礎上，根據現場地形地質條件及水文地質、工程地質評價的要求進行加密，勘探深度應至隧道底板設計高程以下不小于5m。遇巖溶、地下暗河等不良地質時，鉆探深度應至穩定底板以下不小于8m。洞深段鉆孔，在設計高程以上3～5倍洞徑范圍內采取巖石試樣，同一地層中，巖石試樣的數量不宜少于6組；進出口段鉆孔，分層采取巖、土試樣[1]。通過較為密集的鉆探，首先探明了全線深部地層情況，為室內試驗采取了大量的試樣，為原位測試提供了便利，為隧道穩定性評價提供了保障，滿足了隧道設計的要求；其次驗證了隧道的物探解譯異常區，也為隧道水文地質試驗、地下水位的判斷、量測、地下水試樣采取及鉆孔聲波測試創造了條件。其中一些深鉆孔設置為綜合利用孔，不僅了解了地層、構造、巖溶、裂隙、地下水位等情況，還進行了各種測試工作，以獲取更多的巖層參數，如物探測井、水文地質試驗、地應力測試、地下水位長期觀測等，每一項測試完成后都要保證鉆孔的完整性，以便下一項測試工作的順利進行。云山隧道初詳勘兩階段鉆探共使用XL-150、XL-200、Y3型鉆機6臺，以回轉鉆進為主，沖擊鉆進為輔，共完成鉆孔16個，總進尺3919.7m，包括4處斜豎井完成鉆孔4個，累計進尺1238m，共采取巖石試樣763件。
1.4試驗
長大隧道勘察中的試驗手段是定量評價隧道圍巖的工程性質不可或缺的。云山隧道勘察通過室內試驗、原位測試和水文地質試驗，獲取了一系列設計所需的巖土物理力學指標，獲取了隧道圍巖分級指標及進出口地基容許承載力。
1.4.1原位測試
根據云山隧道勘察的目的、巖土條件及測試方法的適用性，采用了重型動力觸探試驗，按深度對鉆探揭示的碎石土和泥灰巖、頁巖等軟質巖石及強風化、全風化的灰巖、砂巖等硬質巖石進行了測試，根據修正后的錘擊數，確定碎石土的密實度和巖石的風化界面。
1.4.2室內試驗
云山隧道圍巖地層均為巖石，對鉆探采取的巖石試樣針對性地進行單軸飽和抗壓強度、比重、密度、泊松比、彈性模量、彈性波速等室內試驗項目；采取地下水試樣，進行水質分析，評價水的腐蝕性。
1.4.3水文地質試驗
地下水的活動和作用往往是形成隧道事故的主要因素，大量災害性工程地質事件的發生，大都是由于地下水作用觸發或誘發的。因此，地下水的勘察是隧道地質勘察中的重要一環。云山隧道水文地質勘察方法主要包括水文地質調查、物探資料的分析應用及鉆探驗證、水文地質試驗，同時利用類比的分析方法，對隧址區水文地質條件進行系統的分析評價。其中水文地質試驗是隧道地下水勘察最主要的方法和手段。調查及鉆探發現隧址區水文地質條件復雜，洞體圍巖按含水介質主要分為巖溶裂隙水和碎屑巖裂隙水兩個含水巖組，且節理裂隙密集帶、巖溶裂隙發育處等易與地下水溝通，造成洞體坍塌、掉塊、涌水、突水等災害。云山隧道水文地質共布設3個水文試驗綜合利用鉆孔，其中SWZK1（ZK44+910右5m，深120m）、ZK2（K48+700左5m，深240m）位于碳酸鹽巖地層中，孔內未見水位，水文測試進行了孔內注水試驗；SWZK3（ZK53+610左5m，深150m）位于碎屑巖地層中，水位69.8m，水文測試進行了孔內抽水試驗。通過水文地質試驗取得的寶貴參數，對隧道涌水量進行了分段預測，左右洞含水段長度分別為2120m、2090m，左右線最大涌水量分別為565cm3/d、643cm3/d，左右線正常涌水量分別為183cm3/d、185cm3/d。
2工程地質綜合評價
根據隧道綜合地質勘察成果，在隧道圍巖3倍洞徑范圍內，結合水文地質條件、構造特征、巖石堅硬程度、巖體完整程度、圍巖基本質量指標等規范要求的因素及物探報告，隧道圍巖級別綜合評價為Ⅲ～Ⅴ級，左右洞圍巖級別長度及比例詳細劃分。云山隧道施工階段結合地質超前預報，詳勘階段的工程地質綜合評價成果與施工實際揭示的圍巖情況整體吻合度很高，因圍巖級別降低或提高引起的施工正負變更數基本抵消，總體變更情況符合相關規定?？紤]到特長隧道勘察的難度和局限性，本隧道綜合勘察成果經受了施工考驗和驗證，為隧道的順利施工和按時貫通提供了堅實的地質保障，取得了良好的經濟和社會效益。
3結語
在環保選線日趨受到重視的形勢下，高速公路特長隧道不斷涌現，受復雜地形和茂密原始森林等條件限制，最直觀常用的鉆探手段實施難度越來越大，成本越來越高，工期越來越長，不僅制約工程地質勘察進度，而且也無法取得既經濟又科學的勘察成果。因此利用勘察高新技術和綜合勘察手段是長大隧道今后勘察的必然選擇和趨勢。
作者：李宏濤 單位：山西省交通規劃勘察設計院
參考文獻：
[1]中交第一公路勘察設計研究院有限公司.JTGC20—2011公路工程地質勘察規范[S].北京：人民交通出版社，2011.
