摘要：本文结合作者多年的工程勘察经验，论述了山区高速公路隧道工程地质勘察工作方法，总结了目前高速公路隧道工程地质评价中隧道围岩级别划分和涌水量预测的一般方法及其在工程中的应用。
1 公路隧道工程地质勘察工作的目的
隧道工程地质勘察是指为隧道工程的设计、施工等进行的专门工程地质调查工作。查明隧址区的工程地质条件，为公路隧道的设计提供依据是隧道建设的需要也是隧道工程地质勘察工作的目的。主要包括以下几个方面：
（1）隧址区所处的工程地质环境及其稳定性。
（2）查明影响隧道围岩稳定的不良地质及特殊岩体，预测可能存在的工程地质问题，以及工程诱发的环境工程地质问题。
（3）对隧道围岩进行级别划分，预测隧道开挖可能产生的破坏，并提出防护建议。
（4）查明地表水的分布特点、埋藏条件，对隧址区水文地质条件及地下水的腐蚀性进行评价，并预测隧道开挖后的涌水量。
2 公路隧道工程地质勘察的手段及在各勘察阶段的应用
2.1 公路隧道工程地质勘察的手段
（1）工程地质测绘及调查。工程地质测绘及调查是初始阶段勘察的主要手段，它能在较短的时间内查明区域主要工程地质条件，不需要复杂的设备和大量的资金、资料，而效果显著。根据测绘工作对地面地质了解的基础上，往往可以对地下地质情况作出初步判断，为勘察试验工作奠定良好基础，从而为合理布置勘察工作量节约勘察投资。地质人员通过分析收集到的区域地质资料和遥感解译资料，现场量测和描述对隧址区的工程地质条件进行调查研究，其目的是查明隧址区及其附近的地形地貌、地层岩性、水文地质条件、构造特征，并将有关的地质要素以图例、符号等按一定的比例尺如实地反映在地形底图中，作为工程地质预测的基础。
（2）工程物探。地球物理勘探的简称，它是以地下岩土层（或地质体）的物性差异为基础，通过仪器观测自然或人工物理场的变化，确定地下地质体的空间展布范围（大小、形状、埋深等）并可测定岩土体的物性参数，达到解决地质问题的一种物理勘探方法。与其它方法相比具有速度快、效率高、成本低、搬运轻便、勘察面广等特点，不仅能对地质现象进行定性解释，在一定条件下还能给予定量分析。其方法一般包括浅层地震折射、超声波测井、高密度电法、大地电磁法等。
（3）钻探。钻探是工程地质勘察中极为重要的手段，它的特点是可以最为直接获得地层岩性等地质资料，可取样进行室内试验的样品，为孔内波速和水文试验提供载体。但它在整个工程地质勘察投资中的费用往往很大，其进出场条件困难，勘察周期长，具有以点代面的局限，因此如何有效的使用钻探和合理地布置其工作量显得尤为重要，只有把物探与钻探有机地结合起来，才能提高物探的准确性，同时提高钻探的目的性、针对性和有效性。
（4）试验及测试。试验包括岩土水的室内物理力学试验，以及现场抽水、压水等水文地质试验等，目的是获得岩土体的物理力学指标、对岩土层地下水渗透及腐蚀性进行评价。测试要包括配合钻孔进行的地应力测试、地温测试、放射性检测等。
2.2 公路隧道工程地质各勘察阶段的工作重点
高等级公路勘察一般应按公路基本建设程序不同阶段对地质资料的深度要求分阶段进行，一般可分三阶段进行，即工程可行性研究阶段的工程地质勘察、初步设计阶段的工程地质勘察和施工图设计阶段的工程地质勘察。因各个阶段工程地质勘察目的不同，所采用的勘察手段和侧重点也有所不同。
在工程可行性研究阶段，应尽可能详细地收集区域构造地质、岩石地层、水文地质、工程地质、地震地质、环境地质等方面的资料。利用遥感资料（卫片和航片），以工程地质调查和测绘为主，对隧道不良地质路段布置少量钻探工作，以便初略掌握隧道地层岩性特征及不良地质对隧道的影响。
在初步设计阶段，路线的走向和位置已基本确定，进入线路比选阶段，勘察工作以工程地质调查和测绘为主，结合少量钻探、物探工作。通过调绘和物探已初步探明影响隧道稳定的不良地质路段，然后针对性地布置钻孔，查明不良地质路段围岩情况，对路段围岩进行分级。对于滑坡、崩塌、岩堆、泥石流等严重不良地质地段，一般情况下路线应设法绕避。实在无法绕避的要考虑工程措施的可能性与可靠性，以便进行线路比选。
施工图设计阶段，工程地质勘察的目的是详细查明公路隧道地质情况，为施工图设计提供依据。需要进行1：2000工程地质测绘，根据地质调绘和物探结果，针对隧址区的不良地质路段布置勘探孔，查明构造岩溶等的发育特征，采用调查、测绘、槽探、坑探、钻探、物探等综合勘察手段查明场地岩土体组成、性质、分布以及风化层、不良地质、特殊性岩土等。利用钻孔进行抽注水试验、孔内波速试验，以及孔内取样试验。综合所有资料对隧道进行路段围岩分级，预测隧道开挖后的涌水量。
3 公路隧道工程地质评价重点
3.1 公路隧道围岩级别的划分及稳定性评价
公路隧道围岩级别的划分主要根据通过计算隧道围岩基本质量指标修正值[BQ]进行定量分析，同时结合岩土体特征进行定性评价。
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根据交通部《公路隧道设计规范》对公路隧道围岩的分级规定，按照隧道围岩受构造影响程度、发育程度、岩体结构特征、弹性波速（VP）、岩体完整性系数（KV）和隧道围岩基本质量指标修正值[BQ]等因素综合确定围岩级别。
首先确定基本质量指标BQ值，BQ值根据下式计算求取：
BQ=90+2Rc+250KV
式中：Rc—岩石单轴饱和抗压强度，根据室内岩石试验确定；
KV—岩体完整性系数，根据钻孔声波探测值求取，计算公式为KV=（Vpm/Vpr）；
Vpm—岩体弹性纵波波速； Vpr—岩石弹性纵波波速。
当Rc>90K+30时，以Rc=90K+30和KV代入公式计算；当KV>0.04Rc+0.4时，以KV >0.04Rc+0.4和Rc代入公式计算。
在岩体基本质量指标分级基础上考虑地下水、软弱结构面产状和围岩初始应力状态等因素的影响，对岩体基本质量指标BQ 进行修正，岩体基本质量指标修正值[BQ]值按下式计算求取：
[BQ]=BQ-100（K1+K2+K3）
式中：BQ—岩体基本质量指标；
K1—地下水影响修正系数；
K2—主要软弱结构面产状修正系数；
K3—初始应力状态影响修正系数。
K1、K2、K3取值详见《公路隧道设计规范》。
求得岩体基本质量指标修正值[BQ]后，根据表1对围岩进行级别划分。
对于构造带及进出口浅埋段，围岩为松散土体或破碎岩体及其风化岩体，应根据岩土体主要特性进行定性分级。
根据隧道围岩的路段分级结果对围岩岩体的破碎情况进行分析，预测隧道开挖后围岩可能遭受的破坏，对其进行稳定性评价，并提出防护建议。
例如，Ⅰ、Ⅱ级围岩，岩体一般为完整-较完整，侧壁一般较稳定，在无支护时局部可能产生小掉块现象，一般只需简单防护即可。Ⅳ、Ⅴ级围岩，岩体为较破碎—破碎，开挖后易坍塌，需要进行锚喷、钢架支撑等复合式衬砌。
3.2 公路隧道涌水量的预测
目前公路隧道涌水量的预测一般根据《公路工程地质手册》及《公路工程水文地质勘察规程》主要采用地下水动力学法及水均衡理论的降水入渗法估算隧道涌水量。
3.2.1 降水入渗法
根据《公路工程地质勘察规范》，按隧道汇水面积范围内降水的入渗率，估算隧道涌水量。地下水的补给来源主要为大气降水，其补给量的多少受降水强度、降水持续时间、地形及地表节理、裂隙的发育程度控制。采用降水入渗法初步估算隧道的涌水量公式如下：
Qs=2.74a×W ×A
式中：Qs—隧道正常涌水量，m3/d；
2.74—换算系数；
a—降水入渗系数；
W —多年年均降水量。
3.2.2 地下水动力学法
隧道区地下水主要为基岩中的裂隙水，水量及水位埋深受季节影响较大。根据《水文地质手册》及《公路工程水文地质勘察规程》采用地下水动力学法估算隧道涌水量。
最大涌水量：
Qm=q0?L
正常涌水量：
Qs=qs?L
qs=q0-0.584εKr（佐藤邦明经验式）
式中：L—隧道计算长度，m；
qo—隧道单位长度最大涌水量，m3/（d?m）；
K—含水层渗透系数；
H—含水层中原始静水位至隧道底板的距离，m；
H-r—静止水位至隧道横断面等价圆中心的距离，m；
r—隧道洞身横断面的等价圆半径，m；
d—隧道洞身横断面的等价圆直径，m；
ε—试验系数，一般取12.8；
qs—隧道单位长度正常涌水量，m3/（d?m）。
根据围岩分级结果通过上述方法进行分段计算隧道涌水量，各分段涌水量之和便为总的涌水量，对涌水量大的路段应建议开挖后采取必要的防排水措施。
4 结语
公路隧道工程地质勘察是各种勘察手段和分析评价方法的综合运用。首先应通过资料收集与研究、工程地质测绘及调查、钻探、物探及各种测试试验等综合勘察手段获得较为准确可靠的工程地质资料，其次应利用前人总结的成熟方法及经验公式从不同角度进行分析对比，最终目的是获得控制隧道围岩稳定的各项因素，分段确定围岩级别，进而对围岩稳定性进行评价，预测开挖涌水量，为隧道施工布置、各段洞身掘进方法及程序、支护及衬砌设计提供详实可靠的工程地质依据。
参考文献
[1]JTGD70-2004公路隧道设计规范[S].北京：人民交通出版社，2004.
论文作者:任得坤
论文发表刊物:《防护工程》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/25
标签：隧道论文; 围岩论文; 工程地质论文; 水量论文; 地质论文; 公路论文; 物探论文; 《防护工程》2018年第2期论文;