齊岳山

第46卷第

10期

2020年10月地質與勘測

水力發電

綜合航測與踏勘的山嶺隧址區

潛在地質災害識別探究

張培興1>2,曹聰慧1,劉帥3,徐鐵生4,呂曉峰1

（1.河北經貿大學管理科學與工程學院，河北石家莊050061；2.南京大學地球科學與

工程學院，江蘇南京

210023；3.河北地質大學，河北石家莊050031；

4.中鐵上海設計院集團有限公司天津分院，天津300073）

摘要：山嶺隧址區傳統勘察存在局限性#相關隧道設計考慮并不充分#致使施工及運營管理過程中發生地質災害

風險性增大$以齊岳山隧址區工程為例#在前期地質資料分析的基礎上，借助開源的航測影像優化實地踏勘路線

#提高捕獲地質信息的有效性#提出積極構建基于地質結構面識別的災害判識指標體系$研究結果表明#大尺度結構

面為研究區匯水控水的有利通道#小尺度結構面交切加之巖層與坡面共同作用致使洞口圍巖失穩的可能性增加$

關鍵詞：山嶺隧址區；航測影像；踏勘；結構面

RearchonIdentificationofPotentialGeologicalHazardsinMountainTunnelAreawithComprehensive

Aerial

SurveyandReconnaissance

ZHANGPeixing1,2,

CAO

Conghui1,LIUShuai3,XUTiesheng4,LUXiaofeng1

eofManagementSciencc&Engineering,Hebei

University

of

EconomicsandBusiness,Shijiazhuang050061,

Hebei,China;of

EarthScienccsandEngineering,NanjingUniversity,Nanjing

210023,Jiangsu,China;

EOUniversity,Shijiazhuang050031,Hebei,China;

nBranch,ChinaRailwayShanghaiDesignInstituteGroupCo.,Ltd.,Tianjin

300073,China)

Abstract:Theamitationsof

traditionalinvestigationinmountaintunnelareaandtheinsufficientccnsiderationintunneldesign

resultintheitheQiyueMountainTunnelsite

projectasanexample,thefieldsurvvyroute

isoptimizedwith

thehelp

of

opensourccaerialirnaaesbadontheanalysisof

preliminarygeelogicatdatatothe

effectivenessofcapturinggeelogicatinformation,andthedisasteridentificationindex

systembadongeelogicatstructuralplaneidentificationis

earchresultsshowthatthe

larae-calestructural

planesare

afaverablechannel

forcatchmentwaterccntrol

inthestudyarea,andtheinterctingformofsmall-calestructural

planesandtheinteractionofrocklayersandslopesincreas

thepossibilityofinstabilityofthesurroundingrockattheentrancc.

KeyWords:mountaintunnelarea;aerialimaae;survey;

structuralplane

中圖分類號：U452.

1文獻標識碼：A文章編號：0559-9342

(2020)10-0052-04

0引言

伴隨水利及交通等重大基礎設施工程建設的陸

續開展，我國現已成為世界上隧道修建規模與難度

最大的國家之一*1-+,特別是隨著西南地區大開發，

大批山嶺隧道得以立項建設，不同程度的地質災害

層出不窮$隨著研究的深入發現，一些地質災害的

發生類型和大小與勘察效果均有不同程度的關聯

性［41$因此，如能在工程設計施工前期開展必要的

地質勘察，可有效減少隧道的災害發生，進而降低

隧道建設成本$

由于開挖隧道埋深大且山嶺內地質露頭信息有

限，傳統的以地質略圖標記而后人工現場踏勘為主

收稿日期：2019-0-2

基金項目：河北省自然科學基金項目青年科學基金資助項目

（D2020207003）；河北經貿大學青年科研基金項目（2019QN01

）

作者簡介：張培興（1988

—）,男,河北滄州人，講師，博士,

主要從事地質災害勘察、識別及防治等方面的研究；劉帥（通訊作

者

）?

WatrrPoorrVol.46No.10

第46卷第10期

張培興,等:綜合航測與踏勘的山嶺隧址區潛在地質災害識別探究

的勘察方式難于適應高等級工程的建設需要

。研究

認為，針對結構面優先采用航測空中捕獲方式將有

助于增強工程場址區勘察效果與數據利用率

。潘

斌*5+通過在巖體露頭區勘測的基礎上加入航測影

像解譯，建立了多個尺度的裂隙網絡模型

，為后

續巖體穩定性及滲流特性精細模擬打下基礎；張

培興等*6+初步提出了無人機航測控制引導與地面

針對性精細物探聯合測試思路，并將該思路應用

于某擬建的花崗巖工程場址邊界斷裂識別及斷裂

影響范圍研究中，所獲數據與人工現場測量結果

相近；李曉昭等*7+針對隧道區內勘測諸多不利條

件，提出了空-地-孔-隧綜合識別技術，并在甘肅

北山花崗巖區隧道工程開展了全方位的跟蹤探

測，顯著提升了現場不同尺度結構面參數的獲取

數量與質量。

本文選取典型山嶺強巖溶區齊岳山隧址區中潛

在的地質災害為主要研究目標，在前期地質資料分

析的基礎上，以航測與踏勘識別解譯出的結構面跡

線信息為基本數據源，針對不同尺度結構面的產狀

進行識別分析，以期為類似隧址區勘察思路的制定

及隧道工程安全建設提供更多參考。

1工程概況

齊岳山山脈位于湖北恩施利川市西部，其西邊

與重慶萬州、石柱接壤，為控制東部上海至西南重

慶間多條公路、鐵路通行的巨大屏障帶，形貌上呈

束狀高陡背斜條帶區

，地表高程變化較大，基本屬

構造溶蝕-剝蝕型中山形態地貌。隧道相對平面位置

關系見圖1*8+。

圖

1

隧道相對分布

2航測圖像獲取及數據應用

2.1航測圖像的來源、效率及利用

航測數據源可通過網絡上開源地圖軟件獲取。

目前，大部分數字地圖軟件可提供較新的清晰航測

圖像，其數據自開放以來，就不斷進行圖像實時更

新，地形辨識精度可達0.6m

，甚至更高。無論航

測影像清晰度還是精細度均可滿足本次勘測需求，

即搜尋大尺度的結構面跡線后通過跡線產狀信息可

實現不同結構面分組識別

；

通過進一步的區域級的

大尺度結構面

（斷裂）走向觀察，整體斷裂走向控制

著該區的水流方向。此外，目前利用廣泛開源的三

維地球可視化軟件，根據隧道標記的坐標點，可方

便、快速進行查找，通過放大縮小工具欄可對研究

區內的宏觀斷裂跡象、重點踏勘區以及勘測路線進

行標記，獲取高清正射影像甚至仿真的三維局部模

型等，進而能夠快速確定隧道與山體之間的空間關

系，并且利用其空間關系快速而準確的追索主要致

災構造與隧道相對位置。齊岳山隧址區航測正射影

像見圖2。

圖

2齊岳山隧址區航測正射影像

工程人員還可在宏觀區域把控下制定更加針對

性的勘察路線。以往勘察人員單純依靠粗糙的地質

圖件進行現場調查往往費時費力

。

因此，確定重點

靶區后，制定更加清晰的勘察路線，

可降低人員的

勞動強度與大大提高勘測效率。具有如下優勢如下:

①通過三維游覽模式，可快速制定探勘重點部位，

排除可能危及人身安全的危險源。②由于隧道正上

方巖體無法完全揭露，可借助航測影像快速鎖定相

同層位的良好露頭點，對結構面加以識別。③易于

將地質層組關系清晰地在航測影像圖中布置

，便于

區分不同層組、不同巖性對裂隙發育的影響性。

通

過航測影像放大觀察后快速圈定出的大型良好露頭

勘測點見圖3。

結合齊岳山隧道工程案例實際勘察經歷可知，

傳統的一次勘察要消耗1

整天，且沒有計劃的執行

過程中

。勘測路線航測影像見圖4。首先，從圖4右

下角左側箭頭處出發，驅車繞過齊岳山山脊后，抵

達隧道出口處所在的德勝槽谷處的勘測點，往往只

能實現1?2個勘測點探查；而在高清影像解譯分析

后，制定直接徒步方式穿越齊岳山在建隧道，勘測

WatrrPoorrVol.46No.1053

水力發電

2020年10月

圖3航測影像圈定良好露頭勘測點

路線得以優化，在大致相等時間內，可以實現5個

及以上勘測點的信息捕獲

，可極大化降低人力物力

的損耗，獲得更佳的勘測效果。

詔勘測

第3勘測點

第T勘測點

第2勘測爲

'第5勘測點

V

直穿隧道，優化

9后的勘測出發點.

（1天內實現5個

及以上測點勘察）

傳統形勢下的勘測出發點（1天內

僅能視線1?2個測點勘察

）

需要坐

車上山繞道費時費力

圖4勘測路線航測影像

2.2地形地貌及構造信息解譯

根據航測影像以及現場沿線踏勘可知，該山嶺

隧址區基本上屬溶蝕?剝蝕中山溝谷地形地貌

，隧

道橫穿山脊$綜合勘測點GPS高程測量與地址資料

可知，地表高程在1100

?1700m之間，高差可達

600m，地形整體呈波狀起伏$隧道進洞口所在斜坡

坡角約為25°，坡向約為120。；隧道出洞口所在斜

坡坡角約為40°，坡向約為313°$在大尺度結構面

跡線（斷裂）

上發育溶溝、溶槽，漏斗、落水洞等巖

溶微地貌$

根據已有資料與補充勘察

，隧址區內發育齊岳

山走向斷裂帶可以進一步劃分出2條主要斷層，分

別為：①齊岳山斷層$平行山脈走向發育，走向

NE，對隧道中部工程段具有一定危害性$隧道洞

內穿越時，受斷層影響，揭露出了蓄水充泥溶腔$

②德勝場斷層$與山脈大致平行，順德勝場槽谷發

育，走向約54°，主要沿德勝場槽谷展布出露$該

斷層處伴生地下暗河，因此該處斷裂也是匯水控水

的主要通道$該斷層與多條隧道軸線呈大角度相

較，其中伴生在斷層帶內附近巖溶極其發育，如在

勘察路線中偶見有大型溶洞存在（見圖5），

對本隧

道的建設影響較大，這類大型的溶洞一般為良好匯

水區，尤其在大雨過后，可能為內部巖溶腔體提供

水源$

圖5踏勘中發現的大型溶洞

2.3隧道洞口斜坡穩定性評價

第4勘察點處，隧道出洞口所在斜坡為53°，坡

向為

311°，巖層產狀314。

）46°，坡向和巖層傾向組

合為順向坡，坡向角稍大于巖層傾角，需注意其穩

定性及判識可能的影響因素$通過隧道洞口附近巖

體勘測可知

，小尺度結構面較為發育，

初步統計可

分為2組，

第一組產狀為59。）85°，第二組產狀為

142。）23°$通過赤平投影分析，兩組結構面相互交

切，加之巖層面與坡面的作用，對巖體穩定性不利，

刷方減重方案考慮不充分可能會產生掉塊現象，需

引起注意$隧道出口附近巖體節理赤平投影見圖6$

N

S

圖6隧道出口節理赤平投影

WatrrPoorrVol.46No.10

第46卷第10期

張培興，等:綜合航測與踏勘的山嶺隧址區潛在地質災害識別探究

3基于地質結構面識別的災害判識指標體系

巖土體的地質災害的發生往往離不開不同尺度

地質結構面的作用，特別是山嶺區隧道勘測工作，

不同尺度地質結構面的有效識別提取關系到工程建

設的風險高低$但結構面的獲取仍然還有很多困難

存在

：

(1)

山嶺區由于地形地貌限制，

特別是當有植

被遮蔽等影響時，大量具有研究價值的結構面信息

可能被遺漏$

(2)所獲結構面主要手段目前仍然以傳統的人

工現場踏勘為主，所依靠的地質資料較為粗糙，一

些過時地質圖冊難于指導現今精細勘察的實際需要$

(3)依托純人工方式所獲得測量的結構面與真

實的結構面測量可能有出入，如何提高捕獲結構面

的獲取的精度是亟待攻克的技術問題$

隨著航空器材和攝影機器的發展

，如衛星影像、

高低空無人機航測技術等，其現今觀測精度可達厘

米級，并且根據研究區域的測試要求建立高精度的

三維地質模型，適合各種尺度結構面信息的提取，

可以一定程度上彌補傳統結構面勘測的不足$

因此，本文建議針對山嶺隧道工程，應優先充

分利用航測技術進行全方位的探查

，輔以相關的地

質資料，在綜合航測與踏勘的基礎上

，應重點完善

基于地質結構面識別的災害判識指標體系研究，即

從結構面參數(如產狀、跡長及密度)等信息提取出

發，而后圍繞著不同災害類型判斷的實際需要

，建

立起參數與災害類型之間的關系網絡，建立相應的

標準，進行更加有效的研究區完整的潛在地質災害

的客觀評價

，初步形成研究方法邏輯思路$基于地

質結構面識別的災害判識指標體系見圖7$

綜合航測

與踏勘的―

技術手段

結構面跡線

的識別

參數獲取災書類型預判

注意

：數據樣本充注意：充分討

足與否

、正確與否論、反復査驗

4結語

本文通過齊岳山隧址區的航測與踏勘綜合的方

法開展了測試性探究工作，在針對類似山嶺區隧道

開展勘察時，建議積極搭建綜合技術手段保障-基于

結構面識別-參數針對性獲取-災害類型預判環節-潛

在地質災害客觀評價的邏輯思路，得出以下結論：

(1)進行大區域工程勘察時，

在有條件的前提

下，

應首先考慮利用好高清的航測影像

；如針對特

定測區，

還可優先考慮精度更高的低空無人機

，凸

顯更多地質細節，盡量避免漫無目的搜索工作，抓

住不同尺度結構面的產狀

、密度等信息對其進行重

點識別解譯

，

進而使得后續的踏勘工作更具有針對

性，獲取成果更為直接，減少無效追索$

(2)

針對結構面發育情況指出結構面的作用效

果，

大尺度結構面為研究區匯水控水的有利通道，

小尺度結構面交切加之巖層與坡面共同作用致使洞

口圍巖失穩的可能性增加$

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(責任編輯楊健)

圖7基于地質結構面識別的災害判識指標體系

WarPoorr

Vol.

46No.10