段明杰，羅 術(shù)，劉陽飛

(云南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南 昆明 650200)

1 引 言

云南省地形復(fù)雜，高山峽谷眾多，隨著云南省十四五“互聯(lián)互通”交通規(guī)劃的推進(jìn)，高速公路建設(shè)逐漸向山區(qū)高海拔地區(qū)推進(jìn)，受地形、地質(zhì)條件等制約，山區(qū)高速公路長深埋隧道勘察設(shè)計(jì)難度越來越大[1]，一般要進(jìn)行多個(gè)方案的比選，傳統(tǒng)的地質(zhì)勘察手段在長深埋隧道方案比選中有巨大的局限性，很難滿足特殊條件下的勘察要求[2]，如何科學(xué)的、合理的發(fā)揮物探技術(shù)在公路長深埋隧道選線中的作用是我們物探勘察一直在思考的問題[3]。以羅坪山特長隧道為例，研究物探技術(shù)在公路長深埋隧道選線中的作用。

羅坪山特長隧道為劍川至洱源高速公路的控制性工程，擬選隧道方案經(jīng)三個(gè)勘察階段確定，即工可研路線方案(以下簡稱GK方案)、初設(shè)路線方案(以下簡稱CK方案)、施設(shè)路線方案(以下簡稱SK方案)。隧址區(qū)地形困難，地質(zhì)情況復(fù)雜，針對三個(gè)方案的勘察比選，開展了綜合物探技術(shù)手段。

2 羅坪山隧址區(qū)的概況及地球物理特征

2.1 地理、地形條件

羅坪山隧址區(qū)位于云南省洱源縣境內(nèi)，隧道進(jìn)口靠近煉鐵鄉(xiāng)，位于煉鐵鄉(xiāng)東南部2～3 km左右，出口靠近鳳羽鎮(zhèn)，位于鳳羽鎮(zhèn)北邊3～4 km。隧址區(qū)整體地勢為中間高、兩邊低，區(qū)內(nèi)最高海拔3 300 m左右，最低為隧道進(jìn)口，海拔約2 000 m左右，相對高差約1 300 m，局部區(qū)域地形陡峭。

2.2 地質(zhì)條件

(1)地層巖性

隧址區(qū)主要分布有新生界沉積巖，元古界蒼山群變質(zhì)巖，及第四系和第三系各種成因的堆積物，地質(zhì)條件復(fù)雜，出露地層巖性復(fù)雜多變，地層巖性主要為第四系洪積物，第三系礫巖、砂巖、泥巖、粉砂巖等。前寒武系蒼山群絹云千枚巖、石英片巖，大理巖、白云質(zhì)灰?guī)r、綠泥絹云片巖夾大理巖；斜長變粒巖、白粒巖。

(2)地質(zhì)構(gòu)造

隧址區(qū)范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜，受區(qū)域性構(gòu)造影響，發(fā)育有眾多不同性質(zhì)的斷層，共10條。區(qū)內(nèi)以維西-喬后斷裂(F1)為界劃分了2個(gè)一級(jí)大地構(gòu)造單元(揚(yáng)子陸塊區(qū)、羌塘-三江造山系)、2個(gè)二級(jí)大地構(gòu)造單元(上揚(yáng)子古陸塊、蘭坪-思茅地塊)，并進(jìn)一步細(xì)分為2個(gè)三級(jí)大地構(gòu)造單元、2個(gè)四級(jí)大地構(gòu)造單元。隧址區(qū)受多條斷裂影響，角礫巖、糜棱巖和擠壓片理較發(fā)育。主要斷裂見表1。

表1 隧址區(qū)發(fā)育斷裂統(tǒng)計(jì)表

2.3 地球物理特征

巖石電阻率值主要受巖石礦物成分、巖石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及含水性等的影響[4]。對于該區(qū)能開展電法工作的地球物理前提為：隧址區(qū)內(nèi)不良地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，地下水豐富，地層巖性復(fù)雜多表?；鶐r中的構(gòu)造帶或斷層，會(huì)導(dǎo)致巖層電阻率值降低，形成低阻異常帶；不同地層巖性接觸帶，電阻率值也會(huì)表現(xiàn)出差異，如第四系和第三系的泥巖、砂巖、粉砂巖電阻率值一般為低阻特征，元古界蒼山群變質(zhì)巖電阻率值一般為高阻特征；此外較完整巖體與充水破碎帶、軟弱巖體之間也存在明顯的電阻率值差異。因此，工區(qū)能夠用電性差異區(qū)分地層巖性，劃分?jǐn)鄬悠扑閹У葮?gòu)造體，具備開展電法工作的地球物理?xiàng)l件。

3 綜合物探技術(shù)在方案比選中的作用

羅坪山特長隧道擬選方案主要有工可研方案(GK方案)、初設(shè)路線方案(CK方案)、施設(shè)路線方案(SK方案)。物探專業(yè)在這三個(gè)路線方案勘察中均發(fā)生了不可替代的作用。

3.1 工可研方案(GK方案)

GK方案隧道全長10 290 m，最大埋深1 000 m左右。該方案地質(zhì)情況復(fù)雜，出露地層主要有第三系礫巖、砂巖，泥巖、粉砂巖夾泥灰?guī)r，蒼山群大理巖、灰?guī)r及變粒巖，千枚巖，片巖，石英巖，白粒巖，石英片巖等，隧道軸線穿越9條斷裂，特別是中部最大埋深處與大寶斷裂(F14)大范圍平行，相距100～200 m左右。為了初步探明隧道圍巖巖性分界，地質(zhì)構(gòu)造、斷層等不良地質(zhì)情況，物探技術(shù)方案為：采用音頻大地電磁法進(jìn)行勘察，要求全線貫通。

可看出，此次勘探成果基本探明了隧道圍巖巖性分界線及構(gòu)造特征，圍巖完整性。其中軸線穿越的9條斷裂于物探成果圖中也有明顯的斷層異常帶顯示。結(jié)合地質(zhì)調(diào)繪與音頻大地電磁法電阻率斷面圖可得出：GK方案里程+1 200 m～+2 000 m段圍巖電阻率呈多個(gè)低阻條帶異常并向深部延伸，電阻率值小于100 Ω·m，推測該區(qū)穿越多條斷層，巖體極破碎，隧道圍巖工程穩(wěn)定性差；里程+5 000 m～+7 200 m段圍巖電阻率值呈低阻特征，小于150 Ω·m，推測該段與F14斷裂小角度相交，受F14斷裂影響，該段隧道圍巖極破碎，極富水，工程地質(zhì)條件極差。

3.2 初設(shè)方案(CK方案)

CK方案隧道全長11 150 m，最大埋深1 200 m左右。該方案隧址區(qū)地質(zhì)情況復(fù)雜，隧道軸線與地層走向近似垂直，主要出露地層巖性為第四系洪積物，松散礫石層夾砂礫巖等；第三系礫巖、砂巖，鈣質(zhì)泥巖、粉砂巖；寒武系蒼山群絹云千枚巖、石英片巖、綠泥片巖、石英巖、白云質(zhì)灰?guī)r夾大理巖；黑云斜長變粒巖、白粒巖等。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查，大致推斷隧道軸線將穿越6條斷裂，為了探明隧道圍巖的巖性特征及6條斷裂的分布及產(chǎn)狀特征，采用了綜合物探的方法來探察隧道的基本地質(zhì)情況。由于路線經(jīng)過風(fēng)電場及高壓輸電線，為了有效降低強(qiáng)電磁干擾，物探方法采用了何繼善院士提出的廣域電磁法，其具有勘探深度大、觀測范圍廣、工作效率高、測量精度高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)[5]。

可看出，廣域電磁法有效降低了山頂風(fēng)電場及高壓輸電線的強(qiáng)電磁干擾，達(dá)到了預(yù)期的勘探目標(biāo)，基本探明了隧道圍巖巖性特征及構(gòu)造特征。其中軸線穿越的6條斷層于廣域電磁法成果斷面圖中也有明顯的低阻異常帶顯示，基本探明了6條斷層的具體位置及產(chǎn)狀特征。結(jié)合地質(zhì)調(diào)繪可推測：CK方案里程+000 m～2 000 m段圍巖電阻率呈多個(gè)低阻條帶異常并向深部延伸，電阻率值小于100 Ω·m，推測該區(qū)穿越4條斷層，受斷層影響，該段巖體極破碎，富水，工程穩(wěn)定性極差；里程+8 000 m～11 200 m段隧道洞身位置圍巖電阻率值為低阻特征，推測地層主要為第四系洪積物，松散礫石層夾砂礫巖，圍巖穩(wěn)定性極差，而該段為隧道淺埋段，開挖時(shí)支護(hù)困難，極易發(fā)生坍塌。

為了進(jìn)一步探明隧道出口段的圍巖特征，在隧道出口段采用高密度電法布設(shè)了一條縱剖面和兩條橫剖面。縱剖面沿隧道右幅中線布設(shè)，剖面起止點(diǎn)里程為：+11 m～+1 019 m，對應(yīng)隧道右幅中線里程：+10 342 m～+11 350 m段，剖面長1 008 m，命名為縱剖面Z1，勘探結(jié)果如圖1(a)所示；兩條橫剖面分別為：(1)與CK方案路線里程+9 150 m處正交，命名為橫剖面H1，剖面起止點(diǎn)為+400 m～+1 400 m，剖面里程+700 m處與CK方案路線里程+9 150 m處正交，勘探成果如圖1(b)所示；(2)與CK方案路線里程+10 250 m處正交，命名為橫剖面H2，剖面起止點(diǎn)為+400 m～+1 400 m，剖面里程+1 000 m處與CK方案路線里程+10 250 m處正交，勘探成果如圖1(c)所示。

從圖1(a)可看出，隧道出口段(+10 342 m～+11 350 m段)隧道圍巖電阻率值小于150 Ω·m，整體呈低阻特征，局部小于80 Ω·m，推測圍巖為第四系洪積物，松散礫石層夾砂礫巖，巖體破碎，富水。

從圖1(b)可看出橫剖面H1圍巖電阻率值整體呈低阻特征，電阻率值介于100～200 Ω·m，推測圍巖破碎，富水，與CK方案路線軸線正交處隧道洞身位置圍巖破碎，圍巖級(jí)別低，工程穩(wěn)定性極差；從圖1(c)可看出橫剖面H2圍巖電阻率值整體呈低阻特征，電阻率值小于100 Ω·m，推測圍巖極破碎，富水，與CK方案路線軸線正交處隧道洞身位置圍巖電阻率值小于50 Ω·m，推測圍巖極破碎，圍巖級(jí)別低，工程穩(wěn)定性極差。

圖1 高密度電法電阻率斷面圖

綜合廣域電磁法勘探成果及高密度勘探成果可知：兩種物探方法有很好的一致性，基本可推測出CK方案隧道出口淺埋段圍巖極破碎，強(qiáng)富水，工程穩(wěn)定性極差，開挖過程中極易發(fā)生坍塌。

3.3 施設(shè)方案(SK方案)

SK方案隧道全長10 920 m，最大埋深1 079 m左右。該方案隧址區(qū)地質(zhì)情況復(fù)雜，隧道軸線與地層走向近似垂直，主要出露地層巖性為第三系礫巖、砂巖，鈣質(zhì)泥巖、粉砂巖；寒武系蒼山群絹云千枚巖、石英片巖、綠泥片巖、石英巖、白云質(zhì)灰?guī)r夾大理巖；黑云斜長變粒巖、白粒巖等。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查，大致推斷隧道軸線將穿越8條斷裂，為了探明隧道圍巖的巖性特征及8條斷裂的分布及產(chǎn)狀特征，本方案采用的物探方法與CK方案一致，為廣域電磁法，該方法能有效降低路線經(jīng)過的風(fēng)電場及高壓線的電磁干擾，提高信噪比。

可看出，廣域電磁法有效降低了山頂風(fēng)電場及高壓輸電線的強(qiáng)電磁干擾，達(dá)到了預(yù)期的勘探目標(biāo)，基本探明了隧道巖性特征。其中軸線穿越的8條斷層于廣域電磁法成果斷面圖中也有明顯的低阻異常帶顯示，基本探明了8條斷層的具體位置及產(chǎn)狀特征。結(jié)合地質(zhì)調(diào)繪可推測：SK方案里程+000 m～2 000 m段圍巖電阻率呈多個(gè)低阻條帶異常并向深部延伸，電阻率值小于150 Ω·m，推測該區(qū)穿越5條斷層，受斷層影響，該段巖體破碎，富水，圍巖級(jí)別低；里程+2 000 m～+10 880 m段隧道圍巖電阻率值以中高阻為主，結(jié)合地質(zhì)調(diào)查可推測該段隧道圍巖地層為寒武系蒼山群地層，巖體整體上較完整，局部較破碎，圍巖等級(jí)高，工程穩(wěn)定性性較好。

3.4 綜合評(píng)價(jià)

(1)施設(shè)方案(SK方案)與工可研方案(GK)：隧道進(jìn)口段兩個(gè)方案地質(zhì)條件基本相當(dāng)，軸線都穿越多條斷裂，圍巖破碎，富水；隧道中部SK方案優(yōu)于GK方案，主要表現(xiàn)在GK方案隧道中部大范圍段近平行于大寶斷裂(F14)，物探成果圖中表現(xiàn)為大范圍的低阻異常段，巖體完整性差。

(2)施設(shè)方案(SK方案)與初設(shè)方案(CK)：隧道進(jìn)口段兩個(gè)方案地質(zhì)條件基本相當(dāng)，軸線都穿越多條斷裂，圍巖破碎，富水；隧道出口段SK方案優(yōu)于CK方案，主要表現(xiàn)在CK方案隧道出口近2.5 km范圍隧道圍巖為第四系洪積物，松散礫石層夾砂礫巖，物探成果圖中表現(xiàn)為圍巖呈低阻特征。該段為隧道淺埋段，巖體穩(wěn)定性差，支護(hù)困難，開挖過程中極易坍塌。

通過以上分析可知，SK方案地質(zhì)條件優(yōu)于GK方案及CK方案，SK方案在隧道中部避開了大寶斷裂(F14)，巖體完整性相對較好；在隧道出口段避開了第四系洪積物，且不再是淺埋段，巖性以蒼山群片麻巖、變粒巖，片巖、石英片巖為主，巖體完整性相對較好。

4 結(jié) 論

羅坪山特長隧道是高原、高海拔、大埋深隧道的典型代表，一個(gè)地形起伏大，斷裂構(gòu)造多，巖層分布時(shí)代廣、地質(zhì)情況復(fù)雜的長深埋隧道，故其在設(shè)計(jì)勘察期間對三個(gè)方案進(jìn)行比選。物探技術(shù)在如此復(fù)雜條件下取得了非常好的探測效果，基本探明了隧址區(qū)內(nèi)的斷層分布特征，地層巖性分界及巖體完整性，為隧道方案的比選提供了重要的地質(zhì)依據(jù)，表明了物探技術(shù)具有探測深度大、分辨率高、測量速度快等特點(diǎn)，在公路長深埋隧道方案比選分析中起到了至關(guān)重要的作用。