《隧道工程》（第二版）第二章-隧道工程勘测

1隧道勘测资料的收集与调查2工程地质测绘及勘探3隧道的地质勘察4隧道的水文勘察第二章隧道工程勘测5隧道的岩溶勘察6案例分析学习要求及重点难点内容及要求：隧道勘测资料的收集与调查，隧道的工程地质测绘及勘探，隧道的地质勘察，隧道的水文勘察。通过本章的学习，应理解隧道勘测的目的、任务和要求；熟悉隧道勘察的内容、方法和勘察应提交的成果资料；掌握包括可行性研究勘察、初步勘察、详细勘察和施工中的动态勘察等不同阶段隧道勘察的基本内容和方法。重点：收集与研究既有资料、调查与测绘、地质勘察和水文勘察等不同勘察阶段的目的、方法和作用，以及相互的关系和顺序。难点：不同勘察阶段的目的、手段、内容、深度以及应提交的勘察资料。隧道勘测资料的收集与调查2.12.1.1

概述隧道勘测的目的是在于查明隧道所处位置的地形地貌、工程地质、水文地质等条件,为规划、设计、施工、运维提供所需的勘测资料,并对存在的工程问题、环境问题等进行分析评价,提出合理的规划、设计方案和工程措施,从而使隧道工程经济合理和安全可靠。进行隧道的规划、设计、施工和运维管理,应预先获得各种有关资料,因此需要进行相关资料的收集与调查,包括地形、地质、气象、环境、施工条件以及与工程有关的法令等方面资料的收集与调查。这些资料的收集与调查工作做得越广泛、深入细致、准确,所起的作用就越大。收集与调查时应首先明确目的、各阶段的任务和顺序。由于在规划、设计、施工、运维等隧道工程生命周期的各阶段,收集资料的目的、内容及深度不同,所以通常按收集已有文献资料、初步调查和详细调查的顺序进行。2.1.2既有资料的收集地形地貌:区域地貌类型及主要特征地质情况:地层、地质构造、岩性、土质等区域水文情况：地下水的类型、分布、埋深等特殊地质：膨胀岩土、黄土不良地质：分布，发育与活动特点等植被及环境:如气候、水文、植被、土壤等需要收集哪些资料？2.1.2既有资料的收集地震资料:历史情况，地震烈度、地震破坏情况等气象资料：如气温、降水、蒸发、温度、积雪等其他资料：相关的法令、法规、方针和政策等内容类似工程经验:区内已有公路、铁路等其它土建工程的工程地质问题及其防治措施等需要收集哪些资料？2.1.3工程地质调查工程地质调查主要是用直接观察和访问当地群众的方法：（1）直接观察直接观察是工程地质调查最重要、最基本的方法。它主要利用自然迹象和露头，进行由此及彼、由表及里的观察分析工作，以达到认识路线隧道通过地带工程地质条件的目的。（2）访问当地群众访问当地群众是工程地质调查常用的方法。通过对沿线居民进行调查访问，可以了解有关问题的历史情况及当地与自然灾害作斗争的经验，这对于直接观察往往是必不可少的补充。工程地质测绘及勘探2.22.2.1工程地质测绘工程地质测绘是指运用地质、地质工程理论对与工程建设有关的各种地质现象进行详细的观察和描述,以查明拟建工程区域内的工程地质条件的空间分布和各要素之间的联系，并按照精度要求将它们反映在一定比例尺的地形设计图上。与工程地质调查的不同的是：工程地质测绘的范围往往比较大，并且要求把调查研究结果填绘在一定比例尺的地形图上，以编制工程地质图。工程地质测绘目的基本内容阶段为进一步调查、勘探及试验等专门研究提供条件（1）地形、地貌；（2）地层、岩性；（3）地质构造；（4）第四纪地质；（5）地表水及地下水；（6）特殊地质不良岩层；（7）地震；（8）工程经验。(1)准备工作；(2)野外测绘；(3)内业整理。2.2.1工程地质测绘野外测绘方法

（a）标测方法（b）工程地质测绘的基本方法（c）隧道工程地质测绘的路线法，反应调查结果有航摄资料的方法

遥感技术是根据电磁波辐射（发射、吸收、反射）的理论，应用各种光学、电子探测器，对远距离目标进行探测和识别综合技术，可用于工程地质调查测绘。（a）立体镜判释（b）实地调查测绘（实地验证）（c）绘制工程地质图2.2.1工程地质测绘航摄资料2.2.2工程地质勘探在隧道工程勘察中，若需查明岩土的性质和分布，可从地下采取岩土样供室内试验测定岩土的物理力学性质，通常采用挖探、钻探、地球物理勘探等勘探方法进行。1.挖探优点:直观,取原状样缺点:一般3~4m,地下水以下危险2.2.2工程地质勘探挖探：

2～3米2.2.2工程地质勘探2.简易钻探（3~10米）优点:工具轻、体积小、操作方便，进度较快，劳动强度较小缺点:不能采取原状土样或不能取样，在密实或坚硬的地层内不能使用2.2.2工程地质勘探钻探的取芯2.2.2工程地质勘探3.钻探（冲击钻、回旋钻等）常用的办法,可达100m以下划分地层确定地下水取样可以结合原位试验回转式钻机回转式钻机泥浆槽沉淀槽2.2.2工程地质勘探钻探2.2.2工程地质勘探深水钻探钻机可以悬挂9150m长的钻杆延伸到海洋底部8235m深的地方。因为水深大不能锚定系留，必须使用DPS（DynamicPositioningSystem-动态定位系统）。JOIDESResolution2.2.2工程地质勘探钻探的必要性2.2.2工程地质勘探钻探的取芯现场取样反映了岩体的细节特性2.2.2工程地质勘探

国家科技部“九五”曾提出8字方针：“上天、入地、下海、登极

”都与钻探工程有关。2.2.2工程地质勘探4.地球物理勘探（物探）优点:效率高、成本低、仪器和工具比较轻便缺点:间接判断,范围较大基本原理：

利用岩土体材料的导电性和导磁性，根据接收信号判断地层缺陷及力学性质方法：重力场，磁电场，声，弹性波，放射性勘探，地震勘探（规范，剪切波速）2.2.2工程地质勘探电法勘探－隧道常用电磁法勘探（地质雷达）－隧道常用地震勘探－隧道常用声波探测重力勘探磁力勘探放射性勘探物探根据岩土物理性质不同的分类：2.2.2工程地质勘探

利用高频电磁脉冲波的反射探测地层结构和地下埋葬物体的电磁装置。SIR-300型地质雷达

电磁法勘探

通过发射天线向地下辐射宽带的脉冲波，在地下传播遇到不同介质介电参数和导电率存在差异时在界面上发生反射。2.2.2工程地质勘探

物探的现场物探的曲线隧道的地质勘察2.32.3.1可行性勘察隧道勘察阶段的划分与公路设计阶段相适应，一般分为：可行性勘察；初步勘察；详细勘察。可行性研究勘察预可行性研究工程可行性研究桥隧可行性研究现状侧重于是收集与研究已有的文献资料在分析已有资料的基础上，通过踏勘，实地调查，大致查明地质情况人民盼望已久，居于形式偏多2.3.2初步勘察初步勘察：初步勘察目的基本内容步骤选定隧道位置查明控制隧道方案的工程地质问题(1)收集资料；(2)工程地质选定隧道线位；(3)初步勘察，资料整理主要手段以调查与测绘为主，配合物探2.3.3详细勘察详细勘察：详细勘察目的任务步骤根据批准的初步设计，对选定隧道位置详勘，为施工图设计服务对主要的重大工程地质问题作出可靠结论(1)前期的准备工作；(2)沿线地质勘察；(3)试验；(4)资料整理；(5)编写详勘报告主要手段坑探，钻探，物探2.2.2工程地质勘探槽探挖探2.2.2工程地质勘探地质断面图地质钻孔图2.3.4施工勘察施工勘察：施工勘察目的任务勘察场合降低在复杂场地或地形困难场地的施工风险补充初勘或详勘阶段难以布置充分的勘察工作量(1)复杂场地（岩溶、破碎带、岩性纵横向差异大、高地应力等地区）；(2)地形困难场地（陡坡、鱼塘等）；(3)施工中发现新的地质问题；(4)隧道偏离初步设计位置或地质条件需进一步查明主要手段洞内超前地质预报，地质调绘，大地音频电磁测深等隧道的水文勘察2.42.4.隧道的水文勘察恶化围岩稳定状态导致施工困难增大工程造价造成工业用水和饮用水困难隧道内涌水地表枯水

必须进行调查预测2.4.1地下水涌水调查涌水调查内容方法调查地下水的类型及其与地表水的相互补给关；调查地下水的流量、流向及水质等(1)资料搜集；(2)工程量测；(3)水文地质工程地质综合测绘；(4)工程物探；(5)水文地质钻探试验(1)抽（注）水试验；(2)连通试验；(3)压水试验；(4)渗水试验；(5)溪沟及泉点测流；(6)水质分析2.4.2枯水调查枯水调查目的内容明确由于修建隧道工程而使地下水及供水受到影响，造成工业用水及居民饮水困难等地下水的利用状况、地下水季节性变化以及雨后变化、植被情况等方法与隧道涌水有关联的物探调查隧道的岩溶勘察2.52.5隧道的岩溶勘察岩溶是一种形态奇特、分布复杂的自然现象，在我国是一种普遍的不良地质作用。岩溶宏观上虽发育规律，但在具体场地，其分布和形态则是无常的，在一定条件下可能发生地质灾害，严重威胁工程安全。岩溶勘察宜采用工程地质测绘和调查、物探、钻探等多种手段结合的方法进行和相互印证，并应符合下列要求：(1)可行性研究勘察应查明岩溶洞隙、土洞的发育条件，并对其危害程度和发展趋势作出判断，对围岩的稳定性和隧道线路适宜性作出初步评价。(2)初步勘察应查明岩溶洞隙及其伴生岩溶水的分布、发育程度和发育规律，并按场地的稳定性和适宜性进行分区。(3)详细勘察应查明拟建工程范围及有影响地段的各种岩溶洞隙和土洞的位置、规模、埋深，岩溶堆填物性状和地下水特征，对设计和岩溶的治理提出建议。(4)施工勘察应针对某一地段或尚待查明的专门问题进行补充勘察。本章小结案例分析2.62.6案例分析明月山隧道隧址区明月峡背斜岩溶调查工程背景垫江至邻水高速公路明月山隧道长2100米，穿越明月背斜。为查明隧址区地表及浅部、深部及其过渡带岩溶及岩溶水的发育形态、相互关系及规律、发育高程、规模及范围。分析并评价隧道洞身段的碳酸盐岩段岩溶水文地质条件对隧道方案比较与设计的影响，并提出对下一步工作布设的建议意见，而进行明月山隧道隧址区明月峡背斜岩溶调查。调查要求实践证明，对岩溶及岩溶地下水的勘察，不能只针对隧道工程布设段的局部区域，而必须从岩溶发育的区域地质、水文地质条件上着手，方能对岩溶及岩溶地下水作出较为科学的评价。针对明月山隧道穿越明月峡背斜岩溶区的实际条件，从明月山背斜岩溶发育的宏观整体入手，由远而近、由面到点，逐步深入地分析隧道岩溶及岩溶地下水。隧道区岩溶槽谷及溶丘地貌景观2.6.1地表岩溶调查明月山隧道隧址区明月峡背斜岩溶调查明月山背斜两侧为砂泥岩所挟持，碳酸盐岩沿背斜轴部出露（宽度一般0.5－3km，如图2-1），岩溶形态沿纵向发育为主，地下水总体流向亦与构造线大体一致。地貌上形成隆脊槽谷型侵蚀岩溶地形(高位槽丘及槽洼)，沿背斜轴部出露的三叠系中统雷口坡组（T2L）底部及三叠系下统嘉陵江组（T1j）灰岩岩溶十分发育。2.6.1地表岩溶调查明月山隧道隧址区明月峡背斜岩溶调查在沿背斜轴部约10km范围内，串珠状洼地、漏斗、落水洞、竖井、暗河、溶洞、大泉等十分发育。图2-2中146＃泉150.38L/s；140＃地下河短促，发育于背斜轴部附近，流量达6.65L/s；大坝乡大湾洼地约1km2，分布数个流量0.2－1L/s不等的上升泉水；背斜S翼老隆洞自北而南延绵约9km。位于大坝乡附近的石桥垭石龙泉，实为老隆洞之天窗，水位埋深23m，下宽各7m、3m的地下河通道，水深3m，流向SW，流量14L/s，雨后增至91.8L/s，水位变幅达10m以上。本单元浅部岩溶水的排泄主要受背斜NW翼的大洪河支流沟谷控制，侵蚀基准面高程500m-530m，如图2.12所示。照片2-2明月峡背斜南部大坝——义和场开启型岩溶形态（切割高程530m）2.6.1地表岩溶调查明月山隧道隧址区明月峡背斜岩溶调查明月山背斜北段盐井河（图2-3）纵贯于槽谷之中，两侧洼地、漏斗、落号水洞、溶洞、大泉、暗河等种类岩溶形态十分发育。盐井河沿背斜轴部切割了T2L底部及T1j灰岩，谷岭高差80－150m，枯季流量达348.6L/s。沿途得到岩溶水补给，河谷两侧山间平台多为补给区。本单元浅部岩溶水的排泄主要受盐井河控制，侵蚀基准面高程460m-480m。照片2-3明月峡背斜北部岩溶纵向槽谷——盐井河（切割高程470m）2.6.1地表岩溶调查明月山隧道隧址区明月峡背斜岩溶调查北端明月江横切背斜轴部，高程为400m左右，为明月峡背斜岩溶水的最低侵蚀基准面，均有深循环岩溶温热水出露或被深井所揭露，在谷坡于T2L、T1j灰岩段发育层状水平溶洞，洞口高悬于江岸两边，反映了岩溶发育成层性的特征。照片2-4明月峡背斜北部倾末端明月江畔温承压自流井（切割高程403m）照片2-5明月峡背斜南端御临河岸溶洞（切割高程155m）2.6.2埋藏型岩溶及岩溶水分析明月山隧道隧址区明月峡背斜岩溶调查历史资料根据区域资料，川东存在早中生代古岩溶时期，主要体现为三叠纪晚期开始的沉积间断，中三叠系碳酸盐之上覆盖着上三叠－侏罗系碎屑岩。从晚三叠-侏罗系底部碎屑岩厚度分析反映出其是在不平坦古地形上的沉积，而三叠系古剥蚀面以上碳酸盐残留厚度大的地带可能存在较大的溶蚀孔隙、洞隙空间，古剥蚀面及其下一定深度内存在被碎屑岩充填的洞穴。新生代以来随着地壳的不断抬升，区内碳酸盐经历了盆地期（标高500－700m），盐井沟期以及第四纪以来的嘉陵江期。第四纪岩溶作用具有继承性，随着地壳间歇性上升作用，长江与嘉陵江基准面下降，地下水经溶隙、溶孔（溶洞）产生向下的深部径流。在明月江两岸等岸坡上均见到悬挂于河面以上的数层水平溶洞出口，清晰地反映了明月峡背斜各侵蚀期岩溶发育的成层性及岩溶地下水向深部运移的规律。2.6.2埋藏型岩溶及岩溶水分析明月山隧道隧址区明月