摘 要 大坂山隧道是亚州海拔最高的公路隧道，地质条件非常复杂。本文提出的工程地质选线技术采用从区域地质条件入手，深入研究场地工程地质条件的技术路线，应用遥感、物探、钻探等综合工程地质勘探和冻土预报，风吹雪等专题研究的技术对策，查明了隧址区的工程地质条件，经综合评价，提出了隧道推荐方案。
关键词 隧道工程地质选线技术
1. 概述
大坂山隧道位于青藏高原东北部，祁连山山脉东段大坂山中段，为一北西西向展布的条形中高山区，一般海拔3650~3900m，相对高差300m左右，海拔3780~3850m以上分布有多年冻土。宁张公路大坂山越岭段，道路等级低，雪害严重，是全线的“卡勃子”路段。
在工程可行性研究报告中，共提出了三个隧道方案，见表1、图1。
大坂山隧道方案表 表1
大坂山区，气候条件十分恶劣，年平均气温-3.1℃，一月平均气温-15℃，七月平均气温7℃，年平均最高气温15.8℃，年平均最低气温-25.6℃，年降水量841.1mm，年蒸发量615mm，年平均相对湿度60%~84%，最大冻结深度18~14m，最大积雪深度200cm，多年冻土下界分布高程约3850~3780m,，地温年变化深度18~14m，年平均地温2.1~0.9℃。
大坂山位于祁吕贺山字型褶皱带与秦昆东西向构造带之复合部位，地质构造异常发育，组合形式复杂，F1、F2（见图1）两条断层均是大通山~大坂山深大断裂的分支断裂，走向NWW~SEE，倾向S、SW，均属高角度逆冲断层。隧址区外围地带新构造特征明显，主要表现在强烈的地震活动，水热活动及地震破裂形变带等。
隧址区水文地质条件非常复杂，主要类型有冻结层上水和冻结层下水（多年冻土区），基岩裂隙水，构造裂隙水（非冻区）。由于大坂山区降雨量充沛，各类地下水非常丰富，多以泉水形式在沟谷中溢出，形成高山草甸温地。
隧址区地震基本烈度7.8度。
图1 大坂山隧道工程地质略图
2. 主要工程地质问题
根据收集前人研究成果和区域资料分析，大坂山隧址区主要工程地质问题有：
（1）地壳稳定性、场地稳定性；
（2）断裂活动性；
（3）构造应力场特征；
（4）水文地质条件；
（5）冻土类型、分布特征及隧道冻土变化预报；
（6）冻胀引起冰压力试验；
（7）风吹雪灾害特征及雪害防治。
3. 隧道综合工程地质研究技术路线
隧道工程地质勘察，公路行业还没有专门的要求和规范，在1992年，只是在“公路工程地质勘察规程”中，有一些简单的规定，由于像大坂山这样的特殊隧址勘察，更没有现成的规范可遵循，为此，笔者与从事此隧道勘察的同仁一起，查阅国内外相关资料，经过深入研究，制定了从区域地质条件入手，研究区域地壳稳定性和场地稳定性。进而研究各隧道方案水文地质条件，围岩力学特征。同时针对冻土预报，冰压力模拟，风吹雪灾害及防治开展专题研究，从而进行各隧道工程地质条件分析和论证，如图2所示。
图2 综合工程地质研究技术路线
4. 工程地质选线技术对策
大坂山隧道工程地质条件异常复杂，用常规的勘察手段，难以解决相关问题，为此，通过大量调研，制定了以遥感技术解释区域地质构造，以综合物探方法勘察断裂构造、岩性特征和水文地质特征，以钻孔方法揭示验证关键部位地质特征，建立合适的气象观测站，收集隧道进出口气象资料，采用探井了解冻土分布及冻隔特征，用深孔地温观测，了解地温变化规律，开展专题研究，解决冻土预报、风吹雪雪害和防治方案。详见表2。
综合工程地质勘察方法 表2
5. 隧道工程地质选线
5.1 地质选线
工可调查阶段，在宁张公路翻越大坂山主峰10km范围路段进行隧道区域地质选线，在初设阶段，在6km范围内进行综合地质选线。应用遥感地质，多种物探，地面调绘和钻探等综合勘探，以多种方法多层次多参数综合分析，相互验证，取得如下成果。
（1）在区域上看，活动性壳级断裂大通山~大坂山断裂在场址附近通过，第四纪以来本区相对上升速率达0.1mm/年，也有发生地震记录，故区域上地壳稳定性差，但隧址区没有活动断裂通过，无历史地震记录，是一个“安全岛”。
（2）查清了隧址区构造应力场，提出了隧道最佳走的方向。
（3）据钻探资料分析，隧道可能会遇到洞身围岩失稳、塌方、漏水等情况，但没有产生岩爆的可能性。
（4）冻土分布，北坡3780m以上，南坡3850m以上分布多年冻土。最大冻深北坡4.5m，南坡3m，年地温变化8~14m。
（5）冻土预报可知，隧道建成当年，冻结深度可达3.3~4.2m，三十年后，冻结深度将达6.2~8.0m，多年冻结层厚度达4.0~6.7m。若以聚苯乙稀泡沫塑料（λ=0.22m/m.k）作为保温材料，当其厚度达10cm时，可使隧道50年内不会出现多年冻结层。
（6）雪害主要有雪檐雪崩和表层新雪雪崩，主要分布在K108+100~K109+920之间。
5.2 方案评价
经过初设阶段深入的勘察，从各隧道方案工程地质水文地质条件，结合引线段工程地质条件综合分析，各隧道方案优缺点如下：
I方案：进口边坡稳定，出口位于漫坡坡麓，洞门不稳定，进出口无多年冻土，但进、出口段地下水较丰富，季节性冻融严重，轴线与地应力夹角较小，洞身V、VI类围岩占隧道全长的56%，III类围岩占13%，II类围岩占32%，隧道出口及引线广泛分布大规模雪檐，有产生雪崩的可能性。
II方案：进出口边坡稳定，进出口无多年冻土分布，季节性冻胀和融沉作用对隧道工程危害小，轴线与地应力夹角40º左右。洞身V、VI类围岩占隧道全长65%，IV类围岩占11%，III类围岩占2%，II类围岩占22%，进出口位置均已避开了中等风吹雪危害地段，引线也不会有风吹雪堆积。
III方案：进口边坡基本稳定，出口有季节性地下水潜流，洞门不稳定，进出口位置均应于多年冻土带，出口段地下水丰富，冻胀危害严重，轴线与地应力夹角很小，洞身V类围岩占隧道总长19%，IV类围岩占49%，III类围岩占9%，II类围岩占23%，进出口及引线均位于中等以上风吹雪危害范围内，出口正位于雪崩运动路线上，洞口有被雪崩淹没可能，进、出口引线路堑风吹堆积和风吹雪灌入隧道内的危害将不可避免。
由以上综合分析不难看出，从工程地质角度，II方案是最优的，I方案次之，III方案较差。
6. 几点体会
（1）开展综合工程地质勘察，发挥不同勘察方法的优势，相互验证，综合分析，综合评价。遥感解释适合区域性宏观判释，对区域性断裂及不良地质判释效果良好，多种物探方法相互验证，综合解释工程地质构造，地下水及岩体，物理力学性质。重点部位，采用钻孔揭露，尽量一孔多用，收集更多信息，探明深部地质情况，核对和验证物探和地面调绘的资料。地质工作应重视地面测绘等传统地质工作方法，同时充分引用新技术新方法，提高综合分析水平。
（2）对特殊的地质问题，应开展专题科研攻关，确保地质问题基本查清。
（3）对地质条件非常复杂的越岭隧道，地质勘察工作要有一个合理的程序，人们认识自然，了解自然是一个循序渐近的过程，一定要给地质勘察工作一个合理的周期。
（4）应加强施工地质工作。隧道地质勘察，要100%查清地质条件是困难的，所以要充分贯彻“动态设计，信息施工”思想，在施工过程中，地质条件有较大变化的地段，及时勘察、及时调整设计。
参考文献
1. 隧道及地下工程论文集. 中国土木工程学会，1998.10 南京
2. 公路隧道设计规范. 北京：人民交通出版社，1990.6
赵之胜
