第三节第三节 隧道工程地质问题隧道工程地质问题 一、隧道位置的选择与地质条件一、隧道位置的选择与地质条件n隧道是整个公路中的组成部分，在一般情况下，隧道的位位置置应当根据的走向走向来加以确定确定。n但对于长大隧道长大隧道，特别是工程地质条件复杂的长大隧道，其位置的选择往往取决于工程地质条件取决于工程地质条件的优劣，即工程地质条件决定隧道位置。n在各类地质条件中，地质构造与岩层产状、岩石类型及风地质构造与岩层产状、岩石类型及风化程度、地下水条件、地质灾害化程度、地下水条件、地质灾害等都会对隧道位置的选择选择产生影响影响。n这里主要讨论主要讨论在各类地质构造条件地质构造条件下和地质灾害地区地质灾害地区隧道隧道位置位置的选择选择。n隧道施工过程中塌方这是2010年7月16日拍摄的广西宾阳新建南黎铁路那适1号(右)、2号隧道。7月11日15时56分,新建南黎铁路那适2号隧道NGDK698+382仰拱前方发生坍塌,10名工人被困。14日上午,发生事故的2号隧道再次发生两次塌方。（一）地质构造与岩层产状对隧道稳定的影响（一）地质构造与岩层产状对隧道稳定的影响n1 1岩层产状与隧道稳定性的关系岩层产状与隧道稳定性的关系n水平岩层水平岩层中，由于洞室开挖失去支撑，常常发生拱顶坍塌掉块。穿越水平岩层的隧道，应选择在坚硬、选择在坚硬、完整的岩层完整的岩层中。在软硬相间软硬相间的情况下，隧道拱部拱部应尽量设置在硬岩硬岩中。n倾斜岩层倾斜岩层中，沿岩层走向沿岩层走向布置隧道隧道一般是不利不利的，易产生偏压偏压，施工中还易产生顺层滑动顺层滑动和塌方塌方。隧道沿岩层走向通过不同岩性的倾斜岩层时，应选在岩性岩性坚硬完整的岩层中坚硬完整的岩层中，避免避免将隧道选在不同岩层的交界交界处处或有软弱夹层软弱夹层的地带。易选择层间连接紧密，厚度大、不透水、裂隙不发育、又无断裂破碎带的位置。一般来说不利。洞室两侧边墙所受侧压力不一致，易造成洞室边墙变形。（1）轴线平行于岩层走向时;不利，应分段开挖。不能将洞室选在软硬岩层的分界线上。（2）轴线垂直正交于岩层走向时；若岩性均一，结构致密，层间连接紧密，节理不发育，则开挖最好。 若洞室轴线与岩层夹角小，岩性非均质，垂直或斜交层面节理发育，则易发生洞顶块石坍落。n1 1岩层产状与隧道稳定性的关系岩层产状与隧道稳定性的关系n隧道轴向与岩层走向垂直或大角度斜交，是隧道轴向与岩层走向垂直或大角度斜交，是隧道在单斜岩层中的最好布置隧道在单斜岩层中的最好布置。n在这种情况下岩层受力条件较为有利，开挖后易于成拱，同时围岩压力分布也较均匀，且岩层倾角愈大，隧道稳定性愈好。2 2地质构造与隧道稳定性的关系地质构造与隧道稳定性的关系n应当避免避免将隧道沿褶曲的轴部设置，该处岩层弯曲、裂隙发育，岩石较为破碎。n在向斜轴部常是地下水富集之处，开挖后会造成大量地下水涌出。n向斜轴部的岩层下部受拉，上部受压，裂隙将岩层切割成上小下大的楔形体，隧道拱顶易于产生岩块坍落。n通常尽量将隧道设置在褶曲的翼部或横穿褶曲轴隧道设置在褶曲的翼部或横穿褶曲轴。垂垂直穿越背斜的隧道直穿越背斜的隧道，其两端的拱顶压力大，中部压力小。隧道横穿向斜隧道横穿向斜时，情况则相反。（3）轴线穿越褶皱地层时；向斜轴部地下涌水和顶部岩石崩落。 较少发生洞顶坍塌，但顶板破碎岩层易发生小规模掉块。1号位置：相对3号有利，但应注意轴部破碎带。3号位置：极为不利，易产生地下涌水和坍塌现象。2号位置：相对有利，但应注意倾斜岩层可能滑动。（4）轴线穿过断层破碎带时；1号位置：极为有利，易产生渗水，洞室易破坏。2号位置：相对有利，但断裂破碎带处岩层压力增加，且可能遇到高压地下水。2 2地质构造与隧道稳定性的关系地质构造与隧道稳定性的关系n断层对隧道工程，特别是对隧道施工会产生巨大不利影响。断层破碎带内不仅岩层破碎严重，还常是地下水的储水空间或集水通道，在断层破碎带内的隧道施工极易产生坍塌和涌水。断层两侧的岩层中往往存在一定的残余地应力，因而围岩压力较大。n在选择隧道位置时应尽量避开避开大规模断层断层，若不易避开不易避开时，则应采用隧道轴线与断层线垂直或大角度通过隧道轴线与断层线垂直或大角度通过。当隧道通过几组断层几组断层时，还应考虑围岩压力围岩压力沿隧道轴线可能重新分重新分布布，断层形成上大下小的楔体楔体，可能将自重传给相邻岩体，使它们的地层压力增加。（二）不良地质现象发育地区隧道位置的选择（二）不良地质现象发育地区隧道位置的选择n1 1、滑坡地区隧道位置的选择、滑坡地区隧道位置的选择n小型滑坡小型滑坡一般对隧道洞口产生影响，大型滑坡大型滑坡不仅影响洞口还会影响到洞身的稳定性。n当隧道需要在滑坡地区通过时，必须查清滑坡地区的岩性、当隧道需要在滑坡地区通过时，必须查清滑坡地区的岩性、地质构造、水文地质条件，确定滑坡范围、滑动面的位置、地质构造、水文地质条件，确定滑坡范围、滑动面的位置、滑动方向及滑坡发生、发展的原因，才能判断滑坡的稳定滑动方向及滑坡发生、发展的原因，才能判断滑坡的稳定状态，以及将来可能发展的趋势。状态，以及将来可能发展的趋势。n一般情况下应避开滑坡体应避开滑坡体，必须在滑坡地区通过时，应将隧道设在滑动面以外一定部位处。如果滑动面有可能继续向深部发展，则隧道位置应选在可能形成新滑面以下一定深度。n确认古滑坡体古滑坡体不会因隧道施工而复活复活，才能把隧道放在滑坡体内通过。 2 2、崩塌岩堆地区隧道位置的选择、崩塌岩堆地区隧道位置的选择n（1）在崩塌、落石崩塌、落石地区确定隧道位置时，必须查清岩体岩体中裂隙的产状，延伸长度，胶结情况中裂隙的产状，延伸长度，胶结情况及对公路可能构成的危害。n一般小型崩塌、落石小型崩塌、落石地区，可以清除清除危岩或嵌补嵌补裂隙处理。n 如果裂隙延伸长度大，张开无胶结，岩体稳定性差，有严严重崩塌、落石隐患地段重崩塌、落石隐患地段，应以长隧道长隧道通过。n（2）隧道通过岩堆地区岩堆地区时，必须查明岩堆的规模、范围，岩堆的物质组成和密实程度及岩堆的稳定状态和发展趋势。n一般情况下，应避免在岩堆体内岩堆体内设置隧道。n隧道必须通过岩堆体时，必须放在岩堆体下一定深度放在岩堆体下一定深度的基基岩岩内，任何情况下都不可将隧道设在岩堆体与基岩接触面上。图8-14 崩塌落石地段隧道方案图8-15 岩堆地区隧道位置选择二、地下水、地温、瓦斯与岩爆问题二、地下水、地温、瓦斯与岩爆问题n（一）地下水n 1、隧道涌水：隧道涌水是指在富水的岩体中开挖隧道，当遇到互相贯通又含水的裂隙时，大量的地下水就涌入洞内，新开挖的隧道就成为排泄地下水的新通道。n 2、隧道浸水与渗水：隧道位于地下特别是水下隧道，隧道围岩常处于地下水的浸泡中。隧道渗水是指隧道建成后，地下水顺洞身施工接缝或裂缝渗出的现象。 （二）地温： 对于深埋隧道，一般规定隧道内温度不应超过25，超过这个温度就应采取降温措施。 n（三）瓦斯：当隧道通过可能发生瓦斯的煤层时，必须有安全可靠的措施，如通风、瓦斯检查、防火防爆等。 n（四）岩爆：指在地下巷道工作面上发生的岩片爆裂、岩块弹射或崩落掉块现象。 第九章第九章 公路工程地质勘探公路工程地质勘探公路工程地质勘察的目的公路工程地质勘察的目的 查明工程地质条件，研究各种地质现象的性质、分布和规律，提出工程地质评价，预测可能出现的工程地质问题，为工程选址、设计和施工提供可靠的地质资料。第一节第一节 公路工程地质勘察的阶段与内容公路工程地质勘察的阶段与内容n公路工程地质勘察的工作内容公路工程地质勘察的工作内容按照规定的设计程序分阶段进行，常分为可行性研究可行性研究，初步勘察初步勘察和详细勘察详细勘察三个阶段。n公路工程地质勘察必须根据不同不同的勘察阶段勘察阶段，完成各项勘察任务各项勘察任务。各勘察阶段各勘察阶段的工作内容和工作深度应与公路各设计阶段设计阶段的要求相适应。n不同勘察阶段不同勘察阶段对工程地质勘察工作工程地质勘察工作有不同的要求。一、公路工程地质勘察阶段n（一）可行性研究阶段（一）可行性研究阶段n根据发展国民经济的长远规划长远规划和公路网建设规划公路网建设规划及项目建议书项目建议书，对建设项目进行可行性研究可行性研究。n公路可行性研究公路可行性研究按其工作深度工作深度，分为预可行性研预可行性研究究和工程可行性研究工程可行性研究。n预可行性研究预可行性研究：收集、研究已有文献地质资料；n工程可行性研究工程可行性研究：踏勘，对各个可能方案作沿线实地调查，对大桥、隧道、不良地质地段等重要工点进行勘探（如物探），大致探明地质情况。（二）初步工程地质勘察（初勘（初勘） n公路工程基本建设项目一般采用两阶段设计两阶段设计，即初步设计初步设计和施工图设计施工图设计。n目的：n 根据合同或协议书要求，在工程可行性研究的基础上，对公路工程建筑场地进一步做好工程地质比选工作工程地质比选工作，为初步选定工程场地初步选定工程场地、设设计方案计方案和编制初步设计文件初步设计文件提供必需的工程地质依据。初勘工作初勘工作可按可按准备工作、工程地质选线、工程准备工作、工程地质选线、工程地质调绘、勘探、试验、资料整理地质调绘、勘探、试验、资料整理等顺序进行。等顺序进行。n1查明公路工程建筑场地的区域地质、水文地质、工程地质、条件，并作出评价。n2进行综合地质勘查，初步查明对确定工程场地的位置起控制作用的不良地质条件、特殊性岩土的类别、范围、性质，评价对工程的危害程度，提供避绕或治理对策的地质依据。n3初步查明场地地基的条件，为选择构造物结构和基础类型提供必要的地质资料。n4查明沿线筑路材料的类别、料场位置、储量和采运条件。n5查明公路工程建筑场地的地震基本烈度，并对大型公路工程建筑物场地按设计需要进行场地烈度鉴定或地震安全评价。n6提供编制初步设计文件所需的地质资料。初勘任务：初勘任务：（三）详细工程地质勘察（详勘）（详勘） n目的目的：n 根据已批准的初步设计文件中所确定的修建原则、设计方案、技术要求等资料，有针对性地进行工程地质勘察工作，为确定公路路线、工程构造物的位置和编制施工图设计文件，提供准确、完整的工程地质资料。详勘工作详勘工作可按准备工作、沿线工程地质调绘、准备工作、沿线工程地质调绘、勘探、试验、资料整理勘探、试验、资料整理等顺序进行。深度深度应满足施工图设计施工图设计的需要。详勘任务：详勘任务：n1在初勘的基础上，根据设计需要进一步查明建筑场地的工程地质条件，最终确定公路路线和构造物的布设位置。n2查明构造物地基的地质结构、工程地质及水文地质条件，准确提供工程和基础设计施工必需的地质参数。n3根据初勘拟定的对不良地质、特殊性岩土防治的方案，具体查明其分布范围、性质，提供防治设计必需的地质资料和地质参数。n4对沿线筑路材料料场进行复核和补勘，最后确定施工时所采用的料场。二、公路工程地质勘察的内容n（1）路线工程地质勘察n（2）特殊地质、不良地质地区（地段）的工程地质勘察n（3）路基、路面工程地质勘察n（4）桥渡工程地质勘察n（5）天然建筑材料勘察n（6）隧道工程地质勘察补充知识：补充知识：公路工程地质勘察成果报告的内容n(1)勘察目的、要求和任务；n(2)拟建工程概述；n(3)勘察方法和勘察任务布置；n(4)场地地形、地貌、地层、地质构造、岩土性质、地下水、不良地质现象的描述与评价；n(5)场地稳定性和适宜性的评价；n(6)岩土参数的分析与选用；n(7)岩土利用、整治、改造方案；n(8)工程施工和使用期间可能发生的岩土工程问题的预测、监控和预防措施的建议；n(9)必要的图件。二、工程地质图表二、工程地质图表n1综合工程地质平面图n2勘探点平面布置图n3地层综合柱状图n4工程地质剖面图n5土工试验成果表n6现场原位测试图件n7其它专门图件补充知识：补充知识：多个钻孔柱状图多个钻孔柱状图工程地质剖面图工程地质剖面图岩土参数的分析与选择岩土参数的分析与选择 一般情况下，应提供岩土参数的平均值、标准差（均方差）、变异系数、数据分布范围和数据数量。 平均值 均方差（标准差） 变异系数思考题n1、地质构造与岩层产状对隧道稳定是如何影响的？不良地质现象发育地区隧道位置的如何选择？n2、公路工程地质勘察可分为哪几个阶段，每个阶段的工作要求如何？n3、公路工程地质勘察的内容是什么？各有何特点？