川西北岷江峡谷某高速公路重大工程地质问题及勘察方法的讨论

杨情兵  喻靖尧  李鸣荣  姜吉龙

摘要：川西北岷江峡谷峰峦叠嶂、沟壑纵横、水流湍急，地形地质条件极为复杂。拟建川汶高速公路基本沿岷江展布，历经08年5·12地震后生态环境极为脆弱，存在重力不良地质、活动性断裂、特长隧道复杂的水文地质条件、有毒有害气体、高地应力等问题；同时拟建项目里程长、桥隧比极高、工程规模大，勘察设计工作难度大。针对项目中的重大工程地质问题，采用了多种勘察方法，有针对性的开展多个专题专项勘察工作，基本查清沿线的工程地质条件，满足相关规范、标准的要求，可为川西北规划中高速公路的勘察设计提供指导建议。

关键词：高速公路、勘察、断裂、水文、地应力、有害气体。

1引言

拟建川主寺至汶川高速公路（以下称“本项目”）位于阿坝州境内，串联松潘县、茂县、汶川县三县。路线起于黄胜关，途径镇江关、叠溪、南新，整体沿岷江两侧换岸展布，止于都汶高速汶川枢纽，设计路线总长196.615公里，桥梁长度64270.04米/147座，隧道长度119962.5米/45座，全线桥隧比93.7%，其中隧道占比61%。

项目区总体工程地质特点如下：

一、地形条件极其复杂，切割深，地形陡峻，相对高差大，地质灾害发育，交通条件差，部分路段难以开展常规的勘察工作；

二、地层年代跨度大，岩性复杂，构造发育。以变质岩、沉积岩系为主，岩质软，受构造影响，内、外营力作用强烈，岩体极为破碎，高位滑坡、高位崩塌、中大型泥石流、有毒有害气体等不良地质极为发育，常规勘察方法难以查明。

三、活动性断裂发育，地震活动频繁、次生地质灾害多。伴随的高地应力岩爆及软岩大变形问题，围岩破碎带等问题突出，受地形及交通的影响，部分隧道深孔无法实施。

四、隧道规模大，占比达61%，3公里以上的特长隧道15座，其中最长的叠溪隧道长11.7公里，水文地质条件复杂，为避免施工期间突泥涌水风险，查清特长隧道水文地质问题非常困难。

本文结合项目区域工程地质特性，分析并总结了全线工程地质问题，研究应对不同地质问题的勘察方法，在常规勘察的基础上，还采用了新方法，开展了多个专项专题勘察，稳定了路线方案，可为川西北相似的高速公路勘察设计提供参考。

2工程地质特性

2.1地形地貌

项目区域位于青藏高原东南缘，横断山脉北端与川西北高山峡谷的结合部，区内地势西北高、东南低，地貌以高原和高山峡谷为主，地面高程1320～3773m，相对高差200～2400m，最大高差达2500m以上。区内主要为长江水系，主要地表水为岷江及其支流羊洞河、牟尼沟、归化沟、热务曲河、松坪沟、黑水河、杂谷脑河。高山峡谷加之岷江及其支流下切、侧蚀，诱发了大量的重力不良地质灾害。

2.2地层岩性

区内地层由元古界到第四系，总厚度超过万米，黄胜关至叠溪段为三叠系的变质砂岩与板岩互层，夹千枚岩，其中叠溪海子段石炭系、二叠系、泥盆系混杂；叠溪至茂县段为泥盆-志留系千枚岩、变质砂岩等；茂县至汶川段为泥盆-震旦系千枚岩、白云岩等及少许燕山期花岗、闪长岩。此外，不同成因的第四系松散沉积物广泛分布于山坡、沟谷、河床和山前地带。全线工程稳定性较差岩组为三叠系新都桥组炭质板岩，泥盆系月里寨群上段、危关群、志留系茂县群第一组炭质千枚岩，均存在软岩大变形、有毒有害气体的风险。

2.3地质构造与地震

区内位于秦岭东西向构造带与龙门山北东向多字型构造带间的三角地块内，构造形迹具关联性，可以分为四大构造体系，即摩天岭东西向构造体系、较场山字型构造体系、石大关弧形构造体系、九顶山华夏系构造体系。其中岷江断裂和茂汶断裂为全新世活动性断裂，控制了沿线不良地质发育的走向和规模，对路线影响大。区内地震加速度值为0.20g，特征周期为0.35s～0.40s，基本烈度为Ⅷ度。

2.4水文地质条件

受区内复杂岩性、构造及极端气象等因素的影响，水文地质条件极为复杂，地下水按其赋存型式有松散堆积层孔隙水和基岩裂隙水、构造裂隙水、岩溶水四大类型，主要受河水、大气降水和高山雪融水所补给。

松散岩类孔隙水赋存于第四系覆盖层中，特别是岷江河滩的砂、卵石等透水性好，地下水埋深浅，水量大，受地下水长期浸泡，砂、黏性土承载力降低，对桥梁基础埋深有一定影响；另外，桥址地下水埋深浅、与江水连通性好，对桥基开挖施工不利。区内的基岩裂隙水水量不大，隧道穿越地层以相对隔水层～中等富水岩组为主，开挖产生较大突水的可能性小，对边坡的稳定及隧道洞口稳定有一定的影响。构造裂隙水沿断裂与褶皱构造带分布，沿北西向发育于脆性岩石的张性、张扭性断裂及其交汇带与向斜核部富水性较强，补给源面积大、水量丰富，对特长隧道有不利影响。地表岩溶不发育，地下水主要为岩溶裂隙水，隧址区右侧岷江深切，基岩裂隙水排泄通畅，埋深较大，对隧道影响较小。

3工程地质问题及勘察方法

区内主要的工程地质问题为重力不良地质（泥石流、高位崩塌滑坡）、活动性断裂、特长隧道水文地质、有毒有害气体、高地应力岩爆大变形等。

3.1泥石流

区内山高谷深、地层岩性复杂、构造发育，导致区域内斜坡岩土体松动破碎，沟槽及其两侧松散物质丰富，在地震和暴雨作用下直接引发了大量的泥石流等次生地质灾害。对此，开展了《泥石流灾害专题研究》，通过采用地质调绘、遥感解译、钻探、物探、理论分析计算等综合技术方法，基本查明了沿线泥石流沟的分布发育规律，特征特性，评估了泥石流风险及对拟建路线工程的影响。经研究，调查的86条泥石流沟中,通过调整线位方案避让，对工程影响大的泥石流沟有泥心沟1条，必须加强综合治理防治工程;其余影响较大的泥石流沟要加强相应的防撞、拦导防治工程措施及防护工程。

3.2高位崩塌滑坡

   区内受地形地貌、地层岩性、地质构造、地震和气候等因素的影响，沿岷江河谷巨型、大型重力地质现象比比皆是，由于中大多崩塌滑坡地处斜坡中上部，具有发育位置高、斜坡坡度陡、距离地面高差大等特点，仅靠人工地面调查难以全面查清。对此，开展了《高位崩塌滑坡风险评价专题研究》，通过采用地质调绘、遥感解译，钻探、物探、三维倾斜摄影、Insar分析等综合技术方法，基本查明了沿线高位崩塌滑坡分布情况和发育规律，评价了对路线方案和工程设计的影响，给出了相应的工程措施建议。经研究，已识别出的537处高位崩塌滑坡，通过路线以隧道方式避让及进行局部优化调整后，还存在5处极高风险点(4处崩塌危岩、1处滑坡)，建议对临近桥梁和隧道洞口上方的危岩体进行清理并进行挂网防护处治，隧道进口接长明洞，确保施工和运营安全，同时施工及运营中加强监测；

3.3活动性断裂

区内处于龙门山断裂带和岷江断裂带上，场区涉及的活动断裂有茂汶断裂、岷山断裂、松坪沟断裂等，受这些断裂的控制，历史及现今发生过多次7级以上大震，为了确定项目沿线与工程场地密切相关的断裂活动性问题及其对工程场地的影响，开展了《活断层专题报告》研究，在收集基础资料和已有成果的基础上，采用遥感解译、地质、地貌调查、测年等综合技术方法，经研究，路线区域内项目区域内岷江断裂、茂汶断裂及其分支断裂均为全新世活动性断裂，基本查明了沿线主要断裂空间分布位置及活动性，评价了断裂对路线方案和工程设计的影响，并提出了相应的工程措施建议。

3.4特长隧道水文地质

区内隧道穿越区的地质、水文地质条件复杂，隧道施工开挖可能存在涌水、突泥等风险，为隧道选线、设计、安全运营提供支撑，预测可能出现的涌水、突泥灾害规模及危险程度，开展了《特长隧道水文地质专题研究》工作，采用了地质调绘、钻探、物探、水文地质试验、工程类比、理论分析计算等综合技术方法，基本查明了沿线特长隧道的水文地质条件，以叠溪隧道为例，经研究叠溪隧道穿越平桥沟同斜褶皱带段落，如平桥沟处路线标高低于叠溪大海子标高，地下水有沿叠溪海子向隧道补给的趋势，大海子蓄水安全的风险大，建议路线在平桥沟处控制纵面标高高于叠溪海子水位标高。

3.5有毒有害气体

区内活动性断裂发育，且隧道穿越的三叠系新都桥组和泥盆系危关群下段地层含有炭质板岩或炭质干枚岩，存在瓦斯等有害气体对隧道施工造成危害的风险。对此，开展了《瓦斯专项勘察》，通过对隧道深孔的瓦斯压力测试、现场有毒有害气体测试、取样室内测试、煤样取样室内测试等方法，对隧道瓦斯进行评估和区段划分，并给出了施工过程中瓦斯防爆措施。根据现场调查和测试，6座被测隧道的9个钻孔均有有害气体显示，其中9个钻孔检测出甲烷，占比100%，最高浓度为2176lppm;其次为微量的二氧化碳、硫化氢、二氧化硫及二氧化氮，根据分析研究得知，项目区低瓦斯隧道2座（松潘2号隧道、西宁关隧道），其余隧道均为微瓦斯隧道。建议施工期间也应根据超前地质预报、超前钻孔和施工监测量测获取的信息来动态调整隧道瓦斯风险等级，并进行瓦斯风险的动态管理与控制。

3.6高地应力岩爆和大变形

区内地质条件复杂，新构造运动强烈，地震烈度高，深埋长大隧道埋深大，初始应力值高，特长隧道围岩中软、硬岩类均有分布，沿带内各断裂可见大量的碎裂岩、糜棱岩等挤压破碎带，隧道施工存在硬质岩岩爆和软岩大变形灾害风险。对此，开展了《隧道高地应力及软岩大变形专题研究》，采用收集分析既有线性工程案例，通过地质调查、物探、钻探及地应力测试、室内试验等综合勘察技术，重点采用强度应力比及地质类比等方法，分析了该区域地应力特征，预测了隧道的岩爆、大变形段落及等级。经研究，碎裂挤压型大变形主要集中在川主寺至松潘段的隧道，软岩塑流型大变形集中在两河口至茂县段隧道，岩层弯折型大变形集中在茂县至汶川段隧道，岩爆主要发生叠溪段隧道，为中等~强烈岩爆。

4结论

本文以区域地质资料、既有线性工程资料为基础，结合拟建高速勘察设计成果，阐述了区域工程地质特性，分析了工程地质问题并提出相应的勘察解决方案，主要讨论结论如下：

（1）川西北沿岷江河谷地带地形地质条件极其复杂，切割深，地形陡峻，相对高差大，地层年代跨度大，岩性复杂，构造发育，活动性断裂影响大，地震活动频繁，地质灾害及次生灾害多，工程勘察设计施工难度大、风险高。

（2）为查明区内泥石流及其生地质灾害程度及影响，通过采用地调、遥感解译、钻探、物探、理论分析计算等综合技术方法，开展了《泥石流灾害专题研究》。

（3）为查明区内高位崩塌滑坡的规模及影响，通过采用地调、遥感解译，钻探、物探、三维倾斜摄影、Insar分析等综合技术方法，开展了《高位崩塌滑坡风险评价专题研究》。

（4）为查明断裂活动性及对工程场地的影响，采用遥感解译、地质、地貌调查、测年等综合技术方法，开展了《活断层专题》。

（5）为预测隧道施工开挖可能存在涌水、突泥等风险，查明特长隧道水文地质条件，采用了地调、钻探、物探、水文地质试验、工程类比、理论分析计算等综合技术方法，开展了《特长隧道水文地质专题研究》。

（6）为预测瓦斯等有害气体对隧道施工造成危害的风险，通过对隧道深孔的瓦斯压力测试、现场有毒有害气体测试、取样室内测试、煤样取样室内测试等方法，开展了《瓦斯专项勘察》。

（7）为预测隧道施工存在硬质岩岩爆和软岩大变形灾害风险，采用收集分析既有线性铁路工程案例，通过地质调查、物探、钻探计测试、室内试验等综合勘察技术，开展了《隧道高地应力及软岩大变形专题研究》。

参考文献

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