浅谈综合地质勘探方法在隧道勘察中的应用

[摘要]地质工程是一种为查明某区域范围内的基本地质情况、获取地质数据的地质工作，具体来讲就是为矿产勘查开发、地质灾害预警、环境保护等服务的。国内地质工程主要包括矿产资源的勘探、道路沿线基础工程的勘查工作等，而如何有效地使用钻探并合理的对其进行布置，保证工程量，尽可能地获取更多的详细准确的地质资料，以及了解地下地质变化及矿产资源储量，是地质勘探工作中最重要的环节。勘探的最终目的是为采矿、道桥建设服务，钻孔的合理布置能在节约成本的同时有效地控制矿区（道路）边界线，为后期工作打下坚实基础。本文以实例实分析了综合地质勘探方法在隧道勘察中的应用。

[关键词]综合地质勘探 方法 隧道 应用

[中图分类号] P62 [文献码] A [文章编号] 1000-405X（2015）-7-161-2

1引言

近几年来，随着经济的发展和科学技术水平的提高，勘查工程也取得了长远的发展，尤其是隧道工程的勘察工作被广泛的应用[1]。针对需要解决地质问题的差别，单一的物探方法在解决复杂地质问题中往往力不从心，不能达到勘察目的[2]。为了详细细致地了解地质情况，在保证物探先于钻探，物探、钻探、巷探相结合原则的同时，采用多种勘探方法综合方法，包括浅层地震反射波法、地震折射波法、瑞雷面波法、大地电磁测深法和高密度电法等，方能达到令人满意的效果。

2综合地质勘探方法

2.1地球物理方法

虽然应用于隧道勘察中的物探方法有很多，但每一种方法都有其应用的物理前题，没有这种“前题”存在，物探方法就不可能获得好的应用效果.怎样根据工区的地质特征来发挥各种物探方法的勘察优势，这是综合物探的核心。

（1）地质雷达法

是近年来发展起来的新兴地学技术，不论是在环境、工程还是煤矿地质等的探测中，都有广泛的应用。该技术的原理是：首先发射高频电磁波，并用一定的接收装置接收返回的电磁波，然后通过分析接收到的反射波的时间与位置等参数来研究地质结构。近年来微电子工艺迅速发展，相比其他物探方法，地质雷达技术具有快速、无损、探测精度高等优点[3]。

（2）三维地震勘探技术

三维地震勘探技术是一项集物理学、数学、计算机学为一体的综合性应用技术，其应用目的是为了使地下目标的构造图像更加清晰、位置预测更加可靠。三维地震勘探信息丰富，得到的资料中包含振幅、相位、频率等信息，利用这些信息可提取地下岩层的厚度、岩性、结构等信息[3]，可帮助地质人员准确的认识地下地层，提高岩体结构分析精度。

（3）高密度电法

高密度电法是寻找构造破碎带、断层及划分电性差异较大介质界面最直观而有效的物探方法之一.实际上它是多种排列的常规电阻率法与资料自动反演处理相结合的综合方法，它仍然是以岩土体导电性差异为基础的电法勘探，基本原理与常规电阻率法相同[5]。其优点是：通过电阻率变化情况，能较准确进行地层的划分，计算深度和厚度;查明地下是否存在不良地质现象，如洞穴、岩溶等;判断地下是否有断层、破碎带存在，并判断其赋水状况[6]。缺点在于：不能对资料进行准确的定量解释，岩性分层需要参考相关资料;受地形起伏影响较大;一般受仪器和地形制约，勘探深度有一定限制。

除了以上三种外，其他用得较多的地球物理方法还有大地磁电阻率法、瞬变电磁法、重磁勘探法和三维地震勘探法，钻孔超声波测井及岩石波速测试等方法。

2.2传统勘察技术

（1）钻探，当勘探的目的层上部有较厚的盖层时。

（2）槽探，在地表处常用的一种勘探方法。

（3）巷探，利用矿业巷道进行勘探。

3综合地质勘探方法在隧道勘察中的应用

3.1隧道区地质概况

研究区隧道所处地貌为高原山岭地区，海拔多在920-1425m之间，地表起伏强烈，相对高差达310-670m，山体高大险峻，沟壑纵横深切。拟建隧道横穿丛状山体，山体坡度多在30°-40°之间。隧道从南侧垄形地进入山体，穿越陡崖、山岭、群峰、洼地、落水洞，并于坡谷一冲沟左侧穿出。隧道区不良地质主要是以岩溶、地下水和煤层瓦斯表现突出。岩溶广为发育于灰岩、白云岩地层内，地表明显见溶沟、溶槽、洼地、落水洞，地下溶隙、溶洞及岩溶管道也多有存在。隧道施工如果揭穿管道，将产生冒水、涌水。隧道开挖揭露后，瓦斯于洞体内释放富集，极易形成瓦斯突出，在外界因素触发下，即产生燃烧、爆炸。

3.2勘察方法及手段选择

为了查明隧道区工程地质特征、水文地质条件及不良地质现象，分段确定围岩级别，为设计和施工提供有效的工程地质资料和经济合理的处理方案，勘察中在遥感判释的基础上采用了工程地质调绘、地质钻探、高密度电法、地震勘探、声波测试、抽水、压水试验、室内试验及瓦斯检测等多种方法和手段进行综合勘察。

（1）工程地质调绘。隧道区内山高坡陡，沟壑纵横，地层多样，岩性多变，断裂发育，不良地质表现十分突出。为此，此次勘察采用路线穿越法和追索法分别进行了1∶1万和1∶2000的地质测绘，从整个地质单元和隧道区两个方面对地质体和不良地质进行控制，较之以前单一的方法，突破了调绘范围的局限，使调绘内容更加准确、全面，为下一步工作的开展打下了良好的基础。

（2）地质钻探。针对隧道区地层多，岩性变化大，此次勘察共布置了17个钻孔进行钻探，平均每幅250m间距就有一个钻孔分布，基本上每个地层都有1-2个钻孔控制。钻探方法一般采取合金或金刚石钻进，部分如煤系地层地带岩石破碎，采取了无水反循环钻进工艺。钻孔深度除个别特殊要求的孔外，均深入隧道设计标高以下2-3。钻进岩芯采取率要求强风化层、破碎的岩层中不小于50%，在完整基岩中不宜小于80%，覆盖层中不能小于50%。在钻进中都详细测定了地下水位，做好班报记录，并有岩土分层、钻进速度、地下水位、返水颜色等记录。通过认真和有代表性的钻探，直观地揭示了隧道洞室围岩的岩性及完整情况。同时，利用钻孔，还进行了一系列的钻孔声波测试、抽水、压水试验和煤层瓦斯检测等工作，为隧道围岩的分段、分级从定性和定量方面均提供了准确的地质依据。

（3）高密度电法物探。隧道区工程地质调绘发现栖霞组灰岩、含硅质灰岩分布地带发育有一条岩溶（暗河）管道通过隧道，可能对隧道极为不利。该岩溶管道埋深大，钻探很难查证。为了准确查明管道的 置，使用了物探新技术―大极距高密度电法[矩形A―MN（三极测深）]。根据高密度电法成果，准确地判明了岩溶（暗河）管道是从隧道处通过，其埋深在地表下190多m，即标高940m位置，距隧道底板40m，对左、右两幅隧道影响不大，隧道施工也不会对其产生影响。这个结论在当时很重要，因该管道水是下面一带众多村民的生命水源，如果隧道施工不慎，将产生严重的社会问题，故避免了改线，为建设项目节约了大量投资。

（4）地震勘探、钻孔超声波测井及岩石波速测试。由于隧道区地层岩性多，地表风化强烈，钻探取芯率偏低，岩芯多为砂状和碎块、块状，地质人员判断岩石风化程度人为因素大，很难客观评价岩体基本质量，合理划分隧道围岩类别。为此，在勘察中，采用了地震勘探、钻孔超声波测井及岩石波速测试技术。这次勘察，在当时公路勘察设计工作中，参照了新编的公路隧道设计规范，通过对定性划分和定量指标的综合分析，划分了岩石风化程度和隧道围岩类232别。

（5）抽水、压水试验。隧道区为条带状岩层构成的山岭，水文地质单元复杂，存在多个隔水层和含水单元，各含水单元含、透水性能差异较大。为准确得到洞身段不同岩石的透水性和裂隙性，用以预测隧道的涌水量，分别在钻孔施工完结后进行了抽水和压水试验。抽水、压水试验均采用自制的提桶、专门的高扬程空气压缩机抽水设备和压水设备进行，其中提桶抽水试验主要用在地下水位较浅的地段，空气压缩机抽水试验和压水试验主要用在地下水位较深或暂时无地下水的岩层中，同时部分钻孔还进行了抽、压水结合试验。

（6）瓦斯检测。测试钻孔为专门施工的ZKll孔，使用设备为采煤管1套、便携式瓦斯解吸仪1套、取样瓦斯灌2个。首先在钻孔钻遇煤层时，下采煤管采煤并迅速装灌封闭，然后5min内开始解吸，得出现场瓦斯解吸量，再利用图解法求出瓦斯损失量，二者之和即为煤层瓦斯逸出量。通过测试，场区主要的6号煤层瓦斯逸出量为0.17m3/t，属低瓦斯煤层。检测手段较易可行，结果也符合实际，具有一定开拓性。

（7）室内试验。为了获取隧道围岩的物理力学指标，勘察中采集了钻孔岩芯11组/33件测试了密度、抗拉、抗压强度、弹性模量、泊松比、纵坡波速，取样合理，测试指标齐全且针对性强，提高了勘察结果的精确性。

3.3勘察成果应用

隧道地质勘探、试验克服了重重困难，历时3个多月，对隧道区工程地质特征、水文地质条件及不良地质现象、构造破碎带特征及影响、突水突泥、瓦斯和围岩分级等重大地质问题进行了深入分析研究，勘察成果所确定的隧道涌水量、岩溶（暗河）管道位置、划分的围岩类别及瓦斯等级与实际吻合，为穿越该山区隧道方案决策提供了可靠依据。

4结束语

隧道岩土工程勘察针对隧道技术标准高、地质条件复杂等特点，采用综合勘探方法，做到地质测绘先行，钻探、综合物探、抽水、压水试验、瓦斯检测、室内试验成果相互映证相互补充，特别是积极采用具有当时国内先进水平的物探、瓦斯检测新方法、新技术，查明了岩溶（暗河）管道位置、可能发生突水位置和瓦斯含量，体现了勘察技术的先进性、合理性，提高了勘探效益和勘察成果的准确性。

参考文献

[1] 吉新萌. 商品与质量隧道勘察技术相关问题研究[J]. 2017（7）：115.

[2]周竹生，丰赘.隧道勘察中的综合物探方法，地球物理学进展.2011，26（2）：724-731.

[3]王正成，谭巨刚，孔祥春，等.地质雷达在隧道超前预报中的应用[J].铁道建筑，2005，（2）：9-11.

[4]刘天放， 彭苏萍， 钱建伟， 等. 中国采区三维地震勘探的进展[C]//中国地球物理学会第十八届年会论文集. 北京：中国地球物理学会，2002.

[5]董浩斌。王传雷.高密度电法的发展与应用[J].地学前缘，2003，10（1）：171～176.

[6]邓娜，江长森.高密度电法在工程勘察中的应用实例[J].物探化探计算技术，2009，31（6）：577～581.