综合地质勘察方法在黄土梁峁区隧道工程中的应用

收稿日期22作者简介张志亮(3—),男,年毕业于中国地质大学(北京)地质工程专业,工学硕士,助理工程师。

文章编号:167227479(2010)022*******

综合地质勘察方法在黄土梁峁区隧道工程中的应用

张志亮

(中铁第一勘察设计院集团公司,陕西西安　710043)

App li ca ti on of Syn theti c M ethod for Geolog i ca l I nvesti ga tion of

Tunnel Engi n eer i n g i n L oess R i dge 2H illy Ar ea

Zhang Zhiliang

摘　要　黄土梁峁区在我国西北分布广泛,由于地表被厚层风积黄土覆盖,给该地区隧道工程的地质勘察工作带来一定难度。以宝鸡—兰州客运专线某隧道工程的勘察工作为例,针对黄土梁峁区的地形地质及隧道工程特点,采用了航片判释、地面地质调查、物探、钻探等综合地质勘察方法,查明了隧道

区地层岩性、构造的分布及特征,为工程设计及施工提供了较为准确的地质资料。

关键词　综合地质勘察　黄土梁峁区　隧道工程中图分类号:P624 文献标识码:B

黄土梁峁区广泛分布于我国西北甘肃、宁夏等地,区内黄土沟壑纵横,梁峁起伏(图1)。下伏基岩往往与地形的起伏相吻合,且地质条件复杂。由于地表覆盖数十米甚至上百米的风积黄土,基岩及构造在地表出露较少,给工程地质勘察工作造成一定的难度

。

图1　黄土梁峁区

针对黄土梁峁区的地形地质特点,结合某铁路隧道工程,有针对性的采用一套行之有效的综合地质勘察方法,基本查明了该隧道的地质情况,为工程设计和施工提供了较为准确的地质资料。

1　工程地质概况111　工程概况

宝鸡至兰州客运专线长约400km ,设计时速350

km 。该隧道工程位于甘肃省定西市,起讫里程为DK853+986～DK856+595,全长2609m ,为双线隧道,隧道洞身最大埋深165m 。

112　地形地貌

隧道地貌属黄土梁峁区,区内黄土沟壑纵横,梁峁起伏,冲沟发育,沟深坡陡。地面高程1710～1890m ,自然坡度在20°～30°之间。

113　地质构造

隧道地处陇西系内旋褶带,地质构造复杂。新构造运动在区内表现为差异性整体抬升运动,山地断块强烈隆升,盆地相对下沉,形成现今的地貌态和格局。

114　地层概况及水文地质特征

该隧道地层由新至老包括了第四系上更新统风积黄土、上第三系泥岩、二叠系上统砂岩夹板岩、下元古界片麻岩等地层。

隧道工程影响范围内无地下水发育,沟谷内仅在雨季有少量地表水径流。

2　综合地质勘察方法及过程

主要采用航片判释、地面地质调查、物探和钻探等方法进行勘察工作。

1　航片判释

根据航片判释,隧道基本被全新统上更新统风积

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6综合地质勘察方法在黄土梁峁区隧道工程中的应用:张志亮

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黄土所覆盖,基岩仅在隧道进口山坡坡脚及隧道中部深切沟谷底部有出露。出露岩性推测为片麻岩和砂

岩,需进行实地验证。

212　地面地质调查

结合区域地质资料和航片判释成果,地面地质调查采用沿线路调查和区域重点地质调查结合的方式进行。主要查明地层岩性特征,基岩出露处岩层产状、风化程度等情况。

隧道进口坡脚出露下元古界片麻岩,青灰、灰白色,强风化为主,节理发育,岩层产状为N S/80°W;隧道中部DK855+600沟谷底部出露上第三系泥岩及二叠系上统砂岩夹板岩。泥岩具水平层理,砂岩夹板岩产状为N40°E/60°N 。

213　物探

地球物理勘探(简称物探)是以地壳表部岩、土的物理性质(如电、磁、声、光、热、密度、弹性、放射等)的差异为理论基础,用物探仪器探测地下天然的或人工的物理场变化,借以查明地层、构造,测定岩、土的物理

力学性质及水文地质参数的一种勘探方法。物探具有

工效高、成本低、应用广、透视性强等优点,但也存在有条件性、多解性等局限性。

物探方法包括电法勘探、弹性波勘探、磁法勘探、放射性勘探、核磁共振法等,各有其应用范围和使用条件。针对该隧道工程特点,物探工作采用高密度电法沿中线贯通隧道,并在进出口部位用地震折射法验证。高密度电法使用仪器为G EOPEN 公司的E60BN 电法仪,电极距10m ,96根电极;地震折射层析法使用仪器为瑞典RAS 224数字地震仪,道间距10m ,完成504个炮检点。

表1　各种岩土电阻率及纵波波速

物探参数岩土类别

黄土

泥岩

砂岩

板岩

片麻岩

电阻率/(Ω

m )

20～200

10～100

10～1000

10～100

200～34000

纵波波速/(m /s)300～900800～18001300～40003650～44506000～6700

依据岩土物探参数(见表1)综合分析,划分地层,

绘制物探地质纵断面:

(1)表层覆盖层波速范围为300～800m /s,电阻率ρ=50～200Ω

m ,深浅不一,在5～100m 间,主要

为黄土。

(2)表层下有一波速范围为1100～2300m /s 的层,电阻率ρ<3Ω,结合地质资料,推断为第三系泥岩,最大厚度可达6。

(3)最下面为二叠系砂岩夹板岩和元古界片麻

岩。二叠系砂岩夹板岩的电阻率ρ=50～300Ω

m ,

波速范围为2800～3500m /s;元古界片麻岩的电阻率ρ=50～300Ωm ,波速范围为5000～6000m /s 。DK855+100处推测为片麻岩与砂岩夹板岩接触带。在高密度电法反演图中发现,DK 855+900附近洞身位置电阻率明显降低(见图2),推测可能为隐伏的断层接触带,岩石相对破碎

。

图2　电阻率法成果

　214　钻探

根据地质调查和物探成果,有针对性的布置钻孔的

位置。在隧道进出口布置两个钻孔,浅埋段布置两个钻孔,地形变化处布置两个钻孔,并在物探推测断层位置DK 855+900处布置一个钻孔,在物探推测片麻岩与砂岩接触带处布置一个钻孔。共完成钻探10孔,钻探深度90416m 。各孔均取岩、土样进行土工试验,其中取原状土样共计36组,岩样共计6组。各孔均进行原位试验,其中标准贯入试验共计93次,动力触探试验23次。通过岩芯鉴定、室内试验和原位试验,对隧道洞身岩层的岩性有了更加直观和准确的认识。地层岩性特征如下。

砂质黄土(Q 3eol3

):浅黄色,主要分布于隧道进出

口及洞身顶部,厚度10～120m ,成分以粉粒为主,手搓有砂感,具孔隙,土质均匀,稍湿—潮湿,稍密—中密,Ⅱ级普通土,σ0=150kPa,具有Ⅲ级自重湿陷性,湿陷土层厚度10～16m 。

泥岩(N 1M s

):棕红色,成分以黏土矿物为主,泥质胶结,泥质结构,层状构造,成岩作用差,强风化,Ⅲ级硬土,σ0=300kPa,弱风化,Ⅳ级软石,σ0=400kPa 。

砂岩(P 2Ss ):青灰—紫红色,层状构造,中—细粒砂状结构,泥—铁质胶结,含钙质泥质砂团块,节理较发育。强风化,Ⅴ级次坚石,σ=6;弱风化,Ⅴ级次坚石,σ=。

板岩()浅灰—灰黑色,成分为长石、石英为

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6铁　道　勘　察2010年第2期

0m 0m 000kPa 0800kPa P 2sl :