中寨隧道岩土工程勘察与评价分析

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摘要:为初步查明中寨隧道所处场地的工程地质条件，对场地稳定性作出评价。采用了工程地质调绘、钻探、物探、瓦斯测试、取样试验等综合勘察方法，对中寨隧道存在的工程地质问题进行分析和评价，指出隧址区的不良地质为采空区、瓦斯、岩溶等，分析了不良地质对隧道建设的影响，初步对隧道围岩级别进行划分，提出相关工程措施建议，为隧道的初步设计提供了工程地质资料。

关键词:中寨隧道，采空区，瓦斯测试，岩溶，物探

1区域地质特征

1．1地形地貌。拟建中寨隧道地处贵州高原向湘西丘陵过渡地带的北部边缘一带，场区属溶蚀－侵蚀低山地貌。进口端为斜坡地形，自然坡度20°～30°;洞身段穿越山脊，最高点海拔919．6m;出口端为斜坡地形，自然坡度10°～30°。场区海拔介于716．3～950．0m，相对高差233．7m;隧道轴线通过段海拔为751．3～919．6m之间，相对高差168．3m。1．2地层岩性及地质构造。隧址区地层岩性复杂，上覆第四系残坡积粘土，下伏基岩为二叠系灰岩、煤系，和志留系泥岩等。场区位于扬子准地台－黔北台隆－遵义断拱－贵阳复杂构造变形区，无断层通过，岩层单斜，岩层产状8°～30°∠16°～45°，拟建场区节理发育，主要发育的节理产状有J1:80°∠65°，J2:220°∠33°两组。根据《中国地震动参数区划图》(GB18306－2015)查得场区地震动反应频谱特征周期为0．35s，地震动峰值加速度值为0．05g，对应地震基本烈度为Ⅵ度。

2隧址区工程地质问题分析

2．1采空区。隧址区出露有煤系地层，因此，勘察的第一步便是确定是否存在采空区及煤层瓦斯。位于ZK94+990～ZK95+035处的陡崖及陡崖左右一带分布有集中采空区(含硫磺矿开采及小煤窑开采)，系当地村民私采滥挖所为。采空区的存在对高速公路建设的影响是严重的。因此，查明隧址区的采空区分布范围是本隧道勘察的重要任务之一。2．2煤层瓦斯。瓦斯在煤系地层的隧道中始终存在，它是与煤层相生相伴的，煤层瓦斯的存在严重影响隧道施工安全。其浓度的不同造成的影响大小也不同。瓦斯勘察是目前隧道勘察中的一个难点。2．3岩溶。贵州省每条高速公路建设均会遇到不同程度的岩溶地质问题，本隧道穿越可溶岩区，地层露头中发育有溶洞、岩溶洼地，且地表溶沟溶槽发育。施工中揭露隐伏岩溶(溶洞、岩溶裂隙及岩溶管道等)的可能性较大。查明隧址区的岩溶发育情况也是本隧道勘察的重要任务之一。

3隧址区工程地质问题评价

3．1采空区。根据调访，开采年限为1950年至1960年左右，大部分井口已垮塌掩埋。洞宽1～3m，高1～1．5m，进深20～120m不等，开采方向多为15°～20°，采空区沿K95+000陡崖下方呈带状开采，形成了平面长约40～120m，宽约700m的煤窑群采空区。硫磺矿厂开采规模较小，开采进深约20～50m，该处采空区离隧道较远，对隧道建设无影响。其余小煤窑的开采规模也较小，开采进深最大处约为100m。该区的采空区位于隧道上方78～100m处，对隧道无直接影响。但隧道施工爆破震动，可能导致采空区上部积水老煤窑底板岩层的垂向裂隙、节理与下部隧道连通，也可能沿岩性接触带贯通进入隧道，带来高能涌水的重大安全风险。3．2煤层瓦斯。采集了深孔揭露的代表性岩样，进行了隧道瓦斯测试。(1)瓦斯含量本次采集了隧道深孔揭露的代表性煤样，进行了室内瓦斯含气量测试，总含气量为17．37ml•g－1。测试结果见表1。(2)瓦斯压力根据隧道S－ZK3深孔煤层瓦斯压力测试，瓦斯压力为0．08MPa，测试结果见表2。(3)煤的瓦斯放散初速度及坚固性系数根据代表性煤样进行室内检测，煤的瓦斯放散初速度及坚固性系数见表3。(4)煤与瓦斯突出性危险根据瓦斯压力、瓦斯放散初速度、煤的破坏类型等，对煤与瓦斯突出危险性进行判定，结果见表4。通过瓦斯测试报告和类似工程经验，隧道穿煤段瓦斯含量0．05ml•g－1、瓦斯压力0．08MPa，煤与瓦斯无突出危险性。本次瓦斯压力测试段落钻孔深度50～61．2m，隧道穿煤段的最大埋深为120．6m，要大于测试段落深度，其瓦斯压力随煤层埋深的增加有增高的趋势，在隧道埋深范围内的瓦斯压力要高于此次测试结果。3．3岩溶。针对岩溶问题，布设了一条可控源音频大地电磁法勘探测线，总长1．2km，该方法具有信号稳定、信噪比高、穿透力强等特点。使用的仪器为美国EMI与Geometrics两家公司联合生产的EH－4。异常出现在在可溶岩地层中，其视电阻率与围岩呈明显低阻变化，推测为溶蚀节理裂隙发育，不排除存在溶洞发育的可能;其中几个异常区域与隧道区域相交，隧道开挖过程中，可能出现涌泥、涌水或空洞现象，需加强防护;ZK95+023附近，两侧岩体视电阻率呈明显变化，结合地调资料分析，推测为岩体变化，岩性界面在ZK94+760附近与隧道相交。存在的问题:因本阶段施工钻孔数量有限，钻孔位置未揭露溶洞发育，但不排除钻孔外其他位置存在隐伏岩溶发育的可能。

4结论与建议

对隧道建设有影响的不良地质为煤层瓦斯、岩溶，须对不良地质处治后，方可建设。结合以上初步勘察存在的问题及施工图阶段对勘察精度的要求，建议详细工程地质勘察阶段采取有针对性的勘察对策如下。(1)隧道局部穿越煤系地层，存在小煤窑采区，由于煤层瓦斯的复杂性和不确定性，对隧道安全有较大影响，下阶段需进一步查明煤层与隧道的平面及空间关系，并加强现场瓦斯测试及附近煤矿瓦斯资料的收集，便于设计进行瓦斯隧道的专项设计。(2)加强深部钻探勘察，对代表性的物探异常进行钻探工作，一方面可对物探成果进行验证，同时可进行声波测井和水文地质试验，以对隧道穿越可溶岩地层段围岩完整性和富水性进行定量评价，并获取隧道洞身段不同含水层的水文地质参数，对隧道涌水量进行精确预测。

参考文献:

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［4］傅洪金．大地电磁法勘探在隧道工程勘察中的应用［J］．福建交通科技，2012(02):48－49．

作者:陈涛 陈昱志 陈文祥 单位:1.贵州省交通规划设计研究院股份有限公司 2.安顺市关岭县交通运输局