工程地质测绘在山区隧道勘察中的应用——以福建某隧道为例

钟 鸣

在公路工程山区隧道勘察中，受场地因素影响钻孔间距一般较大，且靠单一的钻探手段无法全面查明隧道区地质、水文条件，而工程地质测绘可以较全面的体现隧道区的工程地质、水文地质条件，但测绘的范围、内容、精度等关系到资料综合分析的准确性和勘察成果质量。因此隧道工作之前，应先进行工程地质测绘后，再布置物探、钻孔、室内试验等手段进行综合勘察。

本论文主要介绍了福建泉州某隧道工程地质测绘的案例，通过工程地质测绘结合钻探、物探等成果，查明了隧道区工程地质、水文地质条件，完成了隧道区的基本围岩划分，提供隧道涌水量等重要工程参数，为隧道设计及施工提供了必要的地质资料，解决了隧道穿越地质构造破碎带围岩影响和地下水影响及不利因素，其工程实例可供其它类似项目借鉴。

1 工程地质测绘概念

工程地质测绘是岩土工程勘察中一项最重要最基本的勘察方法，它是运用地质、工程地质理论对与工程建设有关的各种地质现象进行详细观察和描述，并按照精度要求将它们如实地反映在一定比例尺的地形图上；对岩石出露或地貌、地质条件较复杂或有特殊要求的工程项目场地，应进行工程地质测绘。测绘目的是为了研究拟建场地的地层、岩性、构造、地貌、水文地质条件和不良地质作用的空间分布和各要素之间的内在联系，为场址选择和勘察方案的布置提供依据。《公路工程地质勘察规范》JTG C20-2011中“工程地质测绘”的概念是通过现场观察、量测和描述，对工程建设场地的工程地质条件进行调查研究，并将有关的地质要素以图例、符号表示在一形图上的勘察方法。

实际地质测绘工作中受地形地貌、地表植被等场地条件限制，工程地质测绘难度很大，会造成测绘的范围达不足、内容不全、精度低等问题，从而影响勘察成果综合的准确性。

2 工程实践

2.1 工程概况

华表山2号隧道位于泉州市环城高速公路晋江至石狮段内，隧道设计为双洞双线隧道，位于晋江市社店华表山，左洞里程ZK9+922～ZK11+400，全长1478m，右洞里程YK9+927～YK11+448，全长1521m，隧道轴线北西至南东走向，进口左右线洞底标高分别75.149m和75.167m，出口左右线洞底标高分别58.709米和58.470米，拟采用削竹式洞门。隧道穿越于一北东向伸展的残丘之下，植被发育，沿线最高点海拔236.3米，左线进出口段地形较缓，自然斜坡坡度均约15～20°；右线进出口段地形均较陡，自然斜坡坡度：进口段约20～25°，出口段约25～30°，总体地形起伏较大，线路经过区局部为岩质陡崖。本项目完成1：2000精度地质测绘1.5kM2,钻探18孔及物探浅层地震折射10条。本项目勘察时间为2008年9月至2009年6月。隧道区地质剖面成果如图1。

图1 隧道区地质剖面图

2.2 测绘过程

2.2.1 收集区域地质成果

通过收集福建省地质局完成的《区域地质调整报告》（1:20万泉州/厦门幅，1977年版)，初步了解隧址区及其附近地区地层出露情况，主要有第四系全新统、上三叠～侏罗系（T3-J）条痕状混合岩、混合岩及燕山期混合花岗岩。区内构造以NE、NNE向新华夏系构造体系为主，线路横穿新华夏系晋江—灵源山断裂带。

图2 隧址区域地质图

图3 裂隙密集带照片

图4 岩性分界处照片

图5 代表性钻孔岩芯照片

2.2.2 编制大纲并现场调绘

首先查明划分地貌单元，分析各地貌单元的形成过程及其与地层、构造、场地稳定性的因果关系。查明沿线地层分布情况，确定其成因、时代、岩性，对基岩风化带分层。覆土厚度＜3m时平面图按基岩(或基岩风化带)的出露带处理。

其次查明岩土相应的接触关系和软弱夹层的分布及产状。查明岩层的产状。对隧道口基岩裸露边坡要进行代表性的岩体节理裂隙统计。

再次确定地质构造类型。核查沿线断层分布位置，弄清其产状、断距、破碎带宽度、充填物、胶结程度等。查明沿线井、泉分布，弄清地下水补给区、排泄区、地下迳流、流量等状况。查明沿线各类不良地质现象及其特征，测量其规模，分析其危害性。最后对各典型地质现象应拍照并编入报告。

2.2.3 现场地质调绘及钻探、物探验证情况

结合区域工程地质图基础上，对沿线地质点进行实地复核，进一步对沿线地质情况作详细的工程地质测绘，测绘范围为沿线左右各250m，对影响线路的构造及不良地质现象，则扩大面积进行调绘。测绘精度1:4000，成果以1:2000比例出图。测绘路线一般间距50.0～100.0m，点距50.0～150.0m，重点地段加密点距，对于地质条件相对简单的第四系地段地质点的间距适当放宽。

测绘工作首先根据测区已收集地质资料成果，采用穿越与追索相结合的方法，测绘路线结合场地的地形地貌，最大限度地垂直构造走向或岩层走向方向并呈“S”形前进，当遇到岩性分界线或地质构造等重要地质现象即进行追索。测绘过程中观察点的布置尽量利用天然露头，观测点采用半仪器法定点，一般观察点定在：（1）不同地层接触线、岩性分界线；（2）地质构造线；（3）不同地貌单元分界线；（4）岩石露头处；（5）地下水露头处；（6）不良地质分布地段。

根据现场调查成果初步分析，在本隧道区分布有3条裂隙密集带、岩脉等，产状基本为115°～130°∠60°～75°。为了验证裂隙密集带、岩脉在隧道穿越区对围岩的影响，并验证地表调绘的成果，沿隧道纵、横断面布置10条浅层地震勘探进行验证，结合物探成果在隧道洞身处布置12个钻孔进行验证。

3 工程地质测绘在勘察中的应用

测绘成果及时标明了各类勘探点位、不良地质、软基（埋藏软基）及其它地质界限，水文地质（井、泉、湿地等地下水露头）点，地貌点及地层与地质构造界线（含隐伏构造），特殊性岩土层界限、岩层产状、节理产状、节理统计点等。对于工程性质迥异且地表出露宽度满足上图要求的岩性层予以勾绘；有特殊控制意义的岩性层夸大表示。对于常规简易勘探工作难以查明不良地质区地质条件时，及时申请专项地质勘察。工程地质测绘基本做到第一手资料准确、可靠，作好现场编录工作，边测绘边整理，指导钻探及其他勘察工作，并用勘探资料验证、补充、修改测绘成果。

3.1 查明了隧道区地层岩性

通过收集资料结合现场调绘，查明隧道区上覆残坡积层厚度一般小于3.00m（局部厚度＞3m），覆盖层以粉质粘土为主，局部基岩裸露，岩层为上三叠～侏罗系（T3-J）条痕状混合岩、混合岩及燕山期混合花岗岩，左线ZK11+229、右线YK11+209附近为两种岩性接触带。隧道区岩层主要为上三叠～侏罗系（T3-J）条痕状混合岩、混合岩及燕山期混合花岗岩，地层时代较老，历经多次区域构造运动，区内构造发育，岩层裂隙普遍较

发育，完整性较差，混合岩片麻理较发育，片麻理在地下深处一般胶结较紧密，但暴露地表后易风化开裂形成裂隙。

3.2 查明隧道区构造裂隙分布情况

经本次工程地质测绘、钻探，结合区域地质资料，隧道区发育有3条裂隙密集带，其中L1分布于里程桩号ZK10+551～ ZK10+561、YK10+548 ～ YK10+558处，宽约10～15m裂隙密集带，实测产状约为110～120°∠70～75°，该密集带通过物探实测为低波速带，岩面波速约为Vp=2532～2972m/s,钻孔揭示岩体破碎，差异风化显著，部分泥化、角砾岩化，岩石破碎，见有后期辉绿岩脉沿断裂侵入，与隧道大角度相交，对隧道围岩完整性影响较大。

L2分布于里程桩号ZK10+835.6、YK10+839处，宽约3～5m裂隙密集带，实测产状约为125～130°∠70～72°，该密集带通过物探实测为低波速带，岩面波速约为Vp=2814～3139m/s,钻孔揭示岩体破碎，差异风化显著，岩性主要为条痕状混合岩，沿片理方向裂隙很发育，局部间距仅30～50mm，岩石被切割成块状，见有辉绿岩脉侵入。与隧道大角度相交，对隧道围岩完整性影响较大。

L3分布于里程桩号ZK11+003～ ZK11+015、YK11+007～ YK11+019处，宽约12m裂隙密集带，实测产状约为125～130°∠70～72°，该密集带通过物探实测为低波速带，岩面波速约为Vp=2558～2916m/s,钻孔揭示岩体破碎，差异风化显著，带内岩石片理化很强，岩性为条痕状混合岩，沿片理方向裂隙很发育，间距仅20～50mm，岩石被切割成块状。与隧道大角度相交，对隧道围岩完整性影响较大。

3.3 查明不良地质现象

隧道区未见采空区、泥石流和崩塌、滑坡等斜坡失稳等不良地质作用，主要不良地质作用为ZK11+110右24m处的人工采石坑和ZK11+229、YK11+209之后出口侧洞口上方斜坡上的危石。进洞口处的人工采石坑深度小，对隧道影响有限，ZK11+110右24m处的采石坑深度大，形成高约24～28m的陡崖，但该处隧道埋深较大，对隧道影响较小；ZK11+229、YK11+209之后的斜坡风化层厚度较大，局部分布有小冲沟，加上后期人工开挖取石取土较频繁，地形地貌受到较大破坏，整体地形较陡峭，坡面多见大滚石、危石，部分滚石在降雨条件下可能滚落，成为危石，对洞口施工安全有一定影响，建议采取一定措施加强防护，必要时对洞口上部一定范围内的危石进行清除。

3.4 查明隧道区水文地质条件,为隧道涌水量预测奠定了基础

隧道区地形起伏较大，隧道位于当地侵蚀基准面以上，隧道区地表未见常年性水流，局部见有下降泉点及人工开挖水井，其流量一般小30T/d；雨季山坡汇水沿坡、顺沟冲泄；地下水主要为上部残坡积层和强风化层中的孔隙潜水及下部基岩裂隙水，主要受大气降水垂向补给，隧道汇水面积较大,地下水类型主要为基岩裂隙水和构造裂隙密集带裂隙水，大气降水沿裂隙入渗，裂隙密集带及岩性接触带附近及向斜核部地带也易形成大型的富水构造。实测地下水位均位于设计洞身之上。地下水对围岩有渗透作用，使围岩级别降低，不利于稳定。隧道开挖时在地下水相对较富集地段易发生地下水渗漏、涌水，应加强对地下水位及涌水量变化的监测，做好截、排水和洞身防渗漏工作。

3.5 评价洞口稳定性

根据隧道进、出洞口查明的工程地质条件，对洞口稳定性展开评价，分别围绕着进洞口和出洞口的情况进行分析，能够发现进洞口中：隧道左线进口段地形较缓，自然斜坡坡度均约15°，围岩主要为中风化条痕状混合岩，地下水位高于洞顶板，成洞条件良好。右线进口地形较陡，自然斜坡坡度均约20～25°，表层为坡残积粉质粘土，围岩主要为强风化～中风化条痕状混合岩，地下水位高于洞顶板，建议采取适当的排水措施，成洞条件较好。洞口边坡放坡建议1：0.75～1：1.00，结合必要的防护措施。

在出洞口处隧道出口段岩性为燕山期混合花岗岩，粗粒变晶结构，该段风化层整体厚度巨大，冲沟发育，加上后期人工开挖取石取土较频繁，地形地貌受到较大破坏，坡面多见大滚石、危石，对洞门施工不利，建议采取一定措施加强防护，必要时对洞口上部一定范围内的危石进行清除。左线出口段地形较缓，自然斜坡坡度均约15°，横向地形变化较大，隧洞整体偏压较大。洞顶板主要为残坡积粘性土，围岩主要为强风化混合花岗岩，裂隙很发育，散体～碎裂结构，湿水易软化，地下水低于洞顶板，拱部、侧壁不稳定，易坍塌，成洞条件较差，应加强洞门支护措施。右线进口地形较陡，自然斜坡坡度均约25～26°，横向地形变化较大，隧洞整体偏压较大。洞项板及围岩主要为全～强风化混合花岗岩，裂隙很发育，散体～碎裂结构，湿水易软化，地下水位高于洞顶板，洞门处、拱部易塌，侧壁不稳定，成洞条件较差，建议采取降、排水措施，加强洞门支护措施。洞口边坡放坡坡率建议1：0.75～1：1.0，结合必要的防护措施。

4 施工情况说明

本隧道施工于2010年8月开始动，于2012年3月全洞完成施工。隧道地质剖面揭示L1～L3构造裂隙密集带处岩层围岩级别为多为IV～V级，施工开挖时会出现岩体稳定性差、围岩不稳定、拱部易坍塌的情况；构造破碎带地下水富水和导水性较好，开挖中多以淋雨状或点状涌流出水。设计施工方案中对围岩IV～V级部位采用超前支护（超前锚杆采用Φ25×5mm先锚后灌式中空注浆锚杆），超前支护结构具备一定强度后，再进行开挖；此外，施工时控制开挖掌子面长度，开挖后及时进行初期衬砌。其余III级围岩段采用全断面开挖，开挖一循环进尺在3米左右。根据施工情况表明：开挖的掌子面情况与勘察报告提供情况基本一致，由于设计时对进洞口、出洞口及洞身裂隙密集带处设计采用合理的支护措施、方案，施工过程很顺利。

施工结果证明了工程地质测绘结合物探、钻探的勘察方法在本隧道勘察方案中是确实可行的。

5 结束语

在山区隧道勘察中，工程地质测绘对确定的测绘区域内的地层、岩性、构造、地貌、水文地质以及区域地质的现象进行分析研究，并对相关工程的地质条件作出初步的判断与评价，这些资料能够为工程选址的地质、水文勘察、隧道位置等施工勘探方案提供相对可靠的参考资料，有利于技术人员制定相关的施工方案，提高施工方案的安全性，因此山区隧道区进行工程地质测绘工作具有不可或缺作用。当然如工程地质测的局限性造成绘资料漏项甚至错误，将给勘察、设计、施工带来负面影响，甚至造成不必要的经济损失。因此工程地质测绘工作在山区隧道勘察中不可替代，但地质测绘工作应作为其勘察重要手段之一，并结合钻探以及合适的物探手段等综合勘察，以弥补工程地质测绘工作的不足。