隧道复杂地质环境下的岩土工程勘察与评价研究

杨长民

（济南市勘察测绘研究院，山东 济南 250101）

岩土工程勘察是隧道工程设计和施工的先行军，正确、详尽的岩土工程勘察成果对整个的项目的规划、投资、设计、施工、后期的维护等方面起着不可估量的指导作用，不仅能够保证项目的安全开展，还可以有效节省施工工程量、节省投资、降低施工成本。随着国民经济的飞速发展，国家开始大力发展道路网的建设，道路也逐渐向着地质环境更加复杂的区域延伸，岩土工程主要包括岩体工程和土体工程[1]。在隧道施工前，首先需要对隧道工程的地基强度、变形程度、稳定性等进行准确的评价和计算，从而为后续的设计与施工提供有力的数据支撑，因此工程勘查的结果对于工程建设而言具有十分重大的影响。由于复杂工程环境的岩土工程勘查通常是在野外未知的环境中进行，因此在实际岩土工程勘察中，常常会存在勘查缺乏规范性、地下水位测量不准、勘查数据不准确等。对此本文开展在复杂工程环境岩土工程勘察与评价研究。

1 隧道复杂工程环境岩土工程勘察

复杂工程环境的岩土工程勘察是对需要开挖隧道所在区域的地质环境进行详细的调查和分析，从而让隧道的设计及施工人员可以更加充分的了解被开挖地区的地质结构特征、地貌地形特点以及不良地质问题等，从而更加准确的在复杂地质环境中判断的地下水的发育情况，并对岩体分级进行准确的划分（确定岩体的破碎程度及结构裂隙的具体分布位置）[2]。采用地质勘查中当前先进的技术及手段，严格按照岩土工程勘察的实用性原则，对复杂地质环境的岩土工程开展工程物探[3]、地质测绘、岩层钻探等勘查流程，下面本文将针对以上流程进行详细的论述。

1.1 工程物探

工程物理勘探是在地质体的各种物理力学性质均未受到破坏的条件下，进行的一种较好的原位测试方法，它比室内试样的试验更能客观的反映地质体工程性状的基本特征。在隧道工程勘察中，已在地质界线、断层、岩溶、隧道围岩级别划分中得到广泛应用，工程物理勘探的方法简单、快速、经济、易大面积进行施测，在岩土工程勘探中，已成为一种重要的辅助手段。根据场区工程地质特征，结合不同工程的技术要求和不同物探方法的特点与适用范围，选择相应的不同的物探方法，以求取得较好的物探效果。主要采用以下2种探测方法。

1.1.1 探地雷达探测

主要物探设备为LTD2100型和RIS-K2型高精度探地雷达，能够初步查明该场区范围内覆盖填土层和强风化层、强风化层和中风化层分界面的深度和变化情况。

探地雷达利用高频电磁波(主频为数十兆赫至数百兆赫以至千兆赫)以宽频带短脉冲形式，由地面通过天线T送入地下，经地下地层或目的体反射后返回地面，为另一天线R所接收。

1.1.2 跨孔电磁波CT法

在地球物理特征和试验成果的基础上进行资料的解释，表现在成果图上有如下特征：强度高、坚硬完整的岩石介质中，电磁波的穿透能力较强，吸收系数较小；如岩层受到岩溶发育等破坏时，其对电磁波的吸收能力增强，吸收系数变大，与完整岩石间存在较大的地球物理差异。因此，在岩石介质中具备电磁波CT探测岩溶的地球物理前提。

钻孔电磁波CT，测试共有定点发射、水平同步和斜同步三种观测方式，发射和接收点距根据孔间介质的吸收系数的变化范围和振幅衰减规律而定。甲孔发射、乙孔接收完成后，对调过来进行乙孔发射和甲孔接收工作，构成一完整的测试剖面。

正式采集数据前，应根据两钻孔的孔距、孔深及两孔间的岩体完整性进行选频，即选择采集的最佳频率，利用采集到的数据绘制数据频率曲线，然后抽出最佳频率曲线，建立相应频率的数据文件。

1.2 地质测绘

地质测绘的主要目的是为了对待测定的区域的地貌结构特征、地形特征等各个方面进行更加充分地调查，并结合调查结果更加科学的对岩土的地貌进行划分，从而使勘查人员更好的掌握复杂地质环境中岩土的实际厚度、成因以及年代等信息[4]。

在进行地质测绘时应当根据岩土岩层的风化程度，对土层采取新近沉积土的划分方法。在实际地质测绘中，岩土体类型可分为两种，一种为松散岩土类型，一种为碎屑岩夹杂碳酸盐岩层类型。其中第一种类型的岩土体主要是由粉质黏土、黏性土夹杂碎块组成，该类型岩土层之间常常会出现发育土洞且存在发育良好的下伏碳酸盐岩溶，因此具有十分丰富的岩溶水。对于这一类型的岩土体在对其进行施工时应当注意，在施工过程中采用人为抽水方式进行可能会造成该区域出现塌陷问题。屑岩夹杂碳酸盐岩层中包含碳质页岩、加透镜状灰岩、钙质泥页岩等岩土性，该类型岩土体岩质相对较软，因此力学性能也相对较低，在该类型岩土体上进行大量浇灌会造成其软化问题产生。因此在实际施工前应当根据地质测绘的结果开展不同方式的施工任务。

1.3 岩层钻探

在使用钻探技术进行岩土工程勘察时，可采用XY-180型的台式钻机。为了确保砂土及黏性土层有较高的采取率。在钻探过程中还可结合先进的钻探技术，例如采用回转钻进、泥浆护壁、植物胶护壁等手段，使整个钻探工作的质量提高[5]。操作人员还应当对钻探整个过程中进行充分的观察，并准确的描述出岩土层的宏观特征，并将各项内容进行记录，从而在工程施工前充分掌握钻探岩土层相关结构的分布情况，并为更好的探究岩土物理、力学性质提供条件，保证复杂地质环境岩土工程勘查的顺利进行。

2 隧道复杂地质环境岩土工程评价

首先按照勘探区域地质灾害的危险性、周围地质环境等问题，确定对岩土工程的评价指标。结合目前所能达到的施工技术，本文选择将环境污染、地质灾害、生态破坏三个方面作为评价的准则层指标；将水环境污染、大气环境污染、噪声环境污染、塌陷、滑坡、地裂缝、自燃、植被破坏、水土流失等作为基础评价指标。

由于在复杂地质环境中，影响岩土工程施工的因素较多，因此本文上述确定的评价指标与环境等级之间存在着较为模糊的关系。在单环境因素模糊综合评价方法的基础上，对岩土工程整体对环境的影响进行模糊评价，从而得出总体影响程度上的评价结果。

首先根据环境污染指标对岩土工程进行评价。岩土工程在勘探区域内的排水量可根据公式（1）进行计算。

公式（1）中，Q(a)表示为排水量；a表示为该区域原始排水量；i表示为排水次数。根据公式（1）计算出隶属于二级标准的隶属度从而得到工程区域内排水水质构成的模糊关系矩阵，再由专家确定相应的权重，从而到的水污染的最终评价结果。

其次，再从地质灾害的角度评价岩土工程，确定地质灾害的因子各个权重，再由专家进行打分，确定模糊矩阵，如公式（2）所示：

公式（2）中R表示为模糊矩阵。根据矩阵确定地质灾害评价结果。同理，再由专家打分从生态环境角度对岩土工程进行评价。最终根据最大隶属度原则，确定复杂工程环境岩土工程的评价结果，隶属度越大则说明岩土工程对于这一类影响加大，勘查人员应当根据评价结果及时更换工程施工方法从而将保证岩土工程的顺利进行。

3 结语

复杂的工程地质环境会对岩土勘察工作的结果造成影响，在实际勘查过程中，勘查人员应当严格按照相关技术的要求，并结合当地实际情况进行。同时在勘查过程中还应当结合先进的地质勘查技术，制定相应的勘查方案，加强对勘查人员的安全管理工作，从而在保证安全的前提下，进一步提高岩土工程勘查的质量和效率，从而保障隧道工程的施工进度和施工质量，为安全生产保驾护航，完成国家大力加强建设、完善道路运输网体系的宏伟蓝图。