隧道综合工程地质勘察探究

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1引言

越江隧道是地铁建设中的关键性控制工程，在造价、工期、施工难度方面都影响着整个工程建设。因此，预先查明地质条件对施工工法的选择、线路的平纵线位的选择、施工风险的控制都具有十分重要的意义。查明隧址区隐伏断裂带、断层破碎带，并圈定其影响范围，确定其倾向、倾角和走向，评价其对地铁建设的危害并给出相应的建议和指导施工措施，是地铁勘察最重要的任务之一。由于地质钻探在勘察时，沿着隧道外轮廓线按一定间距布孔，取样具有一孔之见的缺点，不能宏观且详细描述地层的起伏及构造的变化。本文通过采用水域浅层地震反射波法和地质钻探相结合的方法确定三阳路越江隧道工程越江段地质断裂带及覆盖层与基岩的分界线，进而推断出该断层的位置、产状及埋深，基岩的埋深及起伏变化，为隧道的掘进开挖提供依据和指导［1，4］。

2工程概况

拟建三阳路过江通道工程为公铁两用隧道，全长约4．65km，上层为城市公路，下层为武汉地铁7号线，隧道直径超15m，距离武汉长江二桥约1．5km，隧道掘进从武昌岸秦园路始发井始发，朝东南方向穿越长江，到达汉口岸三阳路路口接收井（见图1）。一期工程勘察阶段的勘察范围为穿越长江段，包括汉口岸风井至武昌岸风井公铁合建盾构段、两岸公路主线及匝道明挖段（不包括三阳路车站及秦园路车站）。隧址位于长江河床及两岸一级阶地区，江面宽阔，河床起伏平顺，整体表现为汉口岸堆积，武昌岸侵蚀；覆盖层大致为黏性土和无黏性土的互层，具有一定的沉积韵律，下伏基岩为以砂砾岩及粉砂质泥岩为主，砂砾岩胶结度不均，强度受风化程度影响。覆盖层与下伏基岩大致呈二元结构，具有较明显的地球物理特征。

3区域地质概况

3．1地层岩性。工程场区第四纪地层主要为第四系全新统～上更新统冲积层，厚度约18．00～59．6m，主要为淤泥质粉质黏土、粉质黏土、粉砂和中粗砂；基岩为白垩系～第三系的东湖群粉砂岩、粉砂质泥岩、砂砾岩［2］，其中砂砾岩的工程特性与胶结度相关，整体上胶结不均，依据胶结程度分为弱胶结砾岩、中等胶结砾岩和强胶结砾岩，强度受风化程度影响明显。为典型的二元结构特征层序。3．2F9长江断层。区内断层较为发育，主要为北西西向或近东西向、北西向断层，为区内主干断层，其次为北北东、北东向断层。见构造纲要图（图2）。其中北北东向的长江断层（F9）通过本场区。长江断层F9走向北东25°～30°，倾向东南，倾角80°，长约15km；地表见于汉阳晴川阁禹公矶，垂直地层走向，发育一组劈理，劈理间石英岩挤压破碎，形成典型的断层角砾岩；该断层在本通道下游的长江二桥8号墩处曾有揭示。从详勘阶段地震勘探信息分析，长江断层F9从在左洞里程LK2＋257附近、右洞里程RK2＋247附近通过，影响宽度10m左右。该断层最近期的活动多集中在晚第三纪至晚更新世之间，属非工程活动性断裂。

4地震反射勘探及其资料解释

4．1地震法反射波法数值模拟。由于场区地层结构为典型的二元地球物理特征层序，为了更好地认识地震波的传播和反射规律，采用ANSYS分析软件进行了数值模拟，得到地震波场见图3。从图3可以看出，根据场区岩土体的地球物理特征，可以将地层划分为2个简单的层序，即覆盖层和基岩，由场区内孔内波速资料可知（见表1）：因此，可将覆盖层纵波速度设置为1600m•s－1，横波速度设置为215m•s－1，基岩纵波速度设置为2800m•s－1，横波速度设置为1000m•s－1，进行数数值模拟，数值模拟结果见图3所示。从图中可知地震波激发后随着时间的增加，而不断地向覆盖层内呈球面扩散，在T＝20ms遇到反射界面后，由于覆盖层和基岩存在着较大的波阻抗差异，地震波发生反射和折射，其中反射波占据较大的能量比例，最后传播至检波器转化为电信号被地震软件采集到。由此可知，场区具有良好的地震反射法条件。4．2地震反射波法勘探及资料解释。试验采用SWS－5型工程勘察与工程检测仪，自动采集地震脉冲信号，震源采用机械震源，激发间隔为2s，电缆采用悬浮式拖缆，道间距为2m，最小偏移距为10m，检波器入水深度为1m。沿隧道左右线中轴线布置2条地震反射法测线，获得的地震剖面上采用共偏移距道集动校正、速度分析、水底多次波清理和褶积与反褶积［5］，分析识别出2个地震反射波组界面，并划分出2个清晰的地震层序（见图4）［3］，即河床反射面及基岩反射面。图4为典型共偏移距地震映像图，图中显示河床为岩土体和水体的反射界面，波组抗反差大，由此可以观察到强烈的水底反射，并在河床起伏尖锐的地方引起绕射；根据速度反演和波组同向轴追踪，可以得知图中T2为基岩面（全强风化带）反射面，这是由于上层覆盖层与基岩的物性差异引起的地震波反射，但相比于水底的反射，能量经过土体的吸收和折射、反射的耗散，能量相对较弱，但仍能观测到其同相轴清晰连续，起伏平缓，经反演计算岩面高程－22m～－26m，经与钻孔资料对比，地震解释成果与钻孔资料基本吻合。根据本次物探成果，结合前期物探资料、隧址靠近汉口水域有1处物探异常位置，基岩反射波组缺失，根据区域地质资料，物探异常位置推测为沿江断裂F9，波组特征见图5。在图5可见，在左洞里程LK2＋257、右洞里程RK2＋247附近基岩地震反射波组缺失，推测此处岩体破碎，可能为F9断裂破碎带。断层F9的位置、产状、及埋深见表2。5地震反射波解释与钻探结果对比沿隧道左线沿隧道中轴线地震反射法地震映像解释基岩面，与地质钻孔QQJzy－III13－DG20、QQJzy－III13－DG110对比见图6。由图6可见，工程场区分布第四系覆盖层，随河床的起伏厚度变化，基岩主要为粉砂质泥岩、砂砾岩，岩面起伏平缓，高程在－24．95～－22．90m之间，二元的地层层序为地震反射波法的测试提供了良好的地球物理条件，解释结果的基岩反射界面与钻孔勘察基岩面吻合度高。长江断层F9从本通道LK2＋257（RK2＋247）一带通过，影响宽度10m左右。该断层最近期的活动多集中在晚第三纪至晚更新世之间，属非工程活动性断裂。由于隧道底板底高程在F9断裂位置处为－13．89～－11．87m，洞身全部处于上覆松散砂层中，故长江断层F9对盾构影响较小。

6结论

（1）越江隧道工程建设为三阳路公铁两用越江通道的控制性工程，详细查明地质情况对隧道的掘进具有举足轻重的作用，可以采用地质钻探和水域反射波法相结合的方法进行勘察，相互验证，达到经济、统一的勘察效果。（2）结合三阳路越江隧道工程工程勘察，通过数值模拟方法验证了场区采用水域浅层地震反射法的可行性，现场采集地震数据分析显示：沿江断裂带F9在反射时间距离剖面上有明显的波组缺失，具有较好响应特征，与区域地质构造对应较好，进而推断出该断层的位置、产状及埋深；（3）经钻探取样，反射波组界面与地层覆盖层和基岩分界面对应较好，进一步确定了基岩岩面的宏观走向，为地质钻探地质纵剖面的绘制提供指导，为隧道掘进中影响盾构机选型的“上软下硬”层的划分提供了依据。（4）经地质钻探和地震反射波法相结合，可知隧道洞身从上覆松散砂层中通过，故该断层对本通道工程基本无影响。

参考文献

［1］郭建波，夏支埃，冯建铭，等．多次覆盖地震反射波法在琼州海峡跨海工程中的应用［J］．铁道标准设计，2014，3（1）：33－34．

［2］蒋维平，孟宪民．地震反射波法在浅层勘探中的应用［J］．中国煤炭地质，2008（9）：56－60．

［3］王振东．浅层地震勘探应用技术［M］．北京：地质出版社，1988．

［4］王霞，马小跃．浅层地震反射波法在水域地质勘察中的应用［J］．岩土工程技术，2010，3（1）．

［5］刘振干．水域反射波地震映像资料处理和去噪研究［D］．福州：福州大学，2005．

作者:陆晓清 单位:南宁市勘察测绘地理信息院