山岭隧道的地质调查与勘测

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1、第二章 山岭隧道的地质调查与勘测 1 第二章第二章 山岭隧道的地质调查与勘测山岭隧道的地质调查与勘测 第一节第一节 概概 述述 隧道和地面结构物如房屋、桥梁、水坝等一样，也是一种“结构体系” 。但在赋存环境、力学作用机理等方面都存在着明显的差异。地面结构体系一般都是由结构和地基所组成，地基在结构底部起约束作用，除了自重外，荷载都是来自外部，如人群、列车、水压力等（图 2-1-1） 。而隧道结构位于地层之中，结构体系则是由地层和支护结构所组成，因此隧道结构所呈现的特点和地层的地质性状密切相关，称之为隧道工程地质环境。 地质环境对隧道结构的重大影响表现在许多方面，其中最为普遍、最为显著的是地层在开

2、挖过程中的稳定性。在地层稳固的情况下，甚至可以不设支护结构而使地层保持稳定，如我国陕北的黄土窑洞。因此隧道结构所承受的荷载，主要来自结构体系自身以及与地层之间的相互作用。所以说，在隧道结构体系中，地层既是承载结构的基本组成部分，又是造成荷载的主要来源（图 2-1-2） ，这种合二为一的作用机理与地面结构是完全不同的。 图图 2-1-1 地面结构地面结构 图图 2-1-2 地下结构地下结构 由此可见，在隧道这样的地下结构中，地层的工程性质环境起主导作用。隧道工程的一切活动，包括施工、运营以及工期长短，投资多少等，无一不与隧道所在区域的地质环境息息相关。有些隧道在开挖期间产生大规模坍方，造成施工困

3、难，甚至使工程报废。有些隧道在运营期间出现洞体开裂破坏，严重影响行车安全，要求采取复杂的治理措施。产生这些问题往往都是由于地质环境因素所造成的，当然施工方法不当、工程措施不力也是一个重要诱发因素。因此，了解和认识隧道工程地质环境，研究它在工程建设活动中的变化，制定有力的工程措施，是隧道工程勘察、设计、施工与维修养护的头等大事。 隧道工程所赋存地质环境的内涵很广，包括工程地质、水文地质、区域地质构造、地层岩性等。 第二章 山岭隧道的地质调查与勘测 2 第二节第二节 隧道工程地质调查与勘测隧道工程地质调查与勘测 一、隧道工程地质调查测绘的总体要求一、隧道工程地质调查测绘的总体要求 结合铁路工程地质

4、勘察规范 （TB10012-2007） ，隧道工程地质调查测绘总体应符合下列要求： 1、查明隧道通过地段地形、地貌、地层、岩性、地质构造。岩质隧道应着重查明岩层层理、片理、节理、软弱结构面的产状及组合形式，断层、褶皱的性质、产状、宽度及破碎程度；土质隧道应着重查明土的成因类型、结构、成分、密实程度、潮湿程度等。 2、查明洞身是否通过煤层、气田、膨胀性地层、采空区、有害矿体及富集放射性物质的地层等，并进行工程地质条件评价。 3、查明不良地质、特殊岩土对隧道的影响，评价隧道可能发生的地质灾害，特别是对洞口及边仰坡的影响，提出工程措施意见。 4、对于深埋隧道，应预测隧道洞身地温情况。 5、深埋及构造

5、应力集中地段，对坚硬、致密、性脆岩层应预测岩爆的可能性，对软质岩层应预测围岩大变形的可能性。 6、对隧道浅埋段及洞口段应查明覆盖层厚度、岩土体的风化和破碎程度、含水情况，评价其对隧道洞身围岩及洞口边、仰坡稳定的影响。 7、对傍山隧道，外侧洞壁较薄时，应预测偏压危害。 8、应根据地质调绘、物探及验证性钻探、测试成果资料，综合分析岩性、构造、地下水状态、初始地应力状态等围岩地质条件，结合岩体完整性指数、岩体纵波速度等，分段确定隧道围岩分级。 9、接长明洞地段，应查明明洞基底的工程地质条件。 10、当设置有横洞、平行导坑、斜井、竖井等辅助坑道时，应查明其工程地质条件。 二、隧道工程地质调查与勘测的内

6、容二、隧道工程地质调查与勘测的内容 1、地形地貌 主要是查明隧道通过地段的山体的自然情况，其中包括山坡的形态和坡度、河流两岸阶地对称情况、山体垭口和鞍部的分水岭的分布。分析上述自然情况与河流切割、地质构造、岩层分布的关系。 2、地层岩性 要查明隧道通过地段的地层时代、地层程序、地层岩性及岩性变化，查明地层接触关系。要特别注意查明岩层的顺序和厚度、岩性特征和物理力学性质以及岩石的风化程度（表 2-2-1） 。 调查中，要特别注意软弱岩层的分布和厚度，如泥岩、煤层、盐类地层、膨胀性地层和含大量黄铁矿的地层等，因为它们是隧道围岩中的不稳定岩层。在岩溶发育地区，还要特别注意可溶性岩层与不透水岩层接触界

7、面的分布，因为它们是岩溶发育的有力场所。 3、水文地质 隧道通过地段的水文地质工作包括下列内容： （1）查明隧道通过地段的井、泉情况，分析水文地质条件，判明地下水的类型、水质、侵蚀性、第二章 山岭隧道的地质调查与勘测 3 补给来源等，预测洞身最大及正常分段涌水量，并取样作水质分析； （2）在岩溶发育区，应分析突水、突泥的危险，充分估计隧道施工诱发地面塌陷和地表水漏失等破坏环境条件的问题，并提出相应工程措施意见； （3）特长隧道与水文地质条件复杂的中、长隧道应进行专门的水文地质勘查与评价工作。 表表 2-2-1 岩石分化程度分级岩石分化程度分级 鉴定标准 风化程度分级 岩矿颜色 岩石结构 破碎程

8、度 未风化 所有矿物及其胶结物的颜 色都是新鲜颜色 原有结构 全部为构造裂隙，无风化裂 隙 风化轻微 颜色暗淡，节理面附近矿物 变色 原有结构未变，沿节理面稍 有风化痕迹，如水锈 只有少数风化裂隙，但不易 于新鲜岩石区分 风化较重 矿物失去光泽，部分矿物改 变颜色，如长石、黄铁矿、 橄榄石等，黑云母失去弹 性，并变为黑褐色 岩石原有结构已遭破坏，裂 隙面可有风化夹层；块状或 球状结构 风化裂隙发育，岩石完整性 差 风化严重 岩石及大部分矿物变色，如 黑云母变成棕红色 大部分原结构已破坏，有些 矿物在风化作用下转化为 次生矿物，如长石风化成高 岭土；球状结构的球心仍是 新鲜的 松散破碎，完整性很

9、差 风化极严重 岩石和矿物已完全变色，黑 云母不仅变色，而且变成蛭 石 岩石原结构全部被破坏，仅 外观仍保留岩石状态；矿物 间连接很差，大部分矿物变 成次生矿物，如长石蜕变成 高岭土、叶腊石或绢云母， 角闪石蜕变成绿泥岩，石英 变成松散的砂粒 可用手捏碎 4、区域地质构造 地质构造与隧道围岩稳定性和施工地质灾害关系最密切，所以它是隧道工程地质勘察的核心工作。调查的重点是褶皱、断层、节理、侵入体或岩脉等。 褶皱调查的主要内容包括：褶皱的基本类型、形态类型、两翼的地层时代和岩性、褶皱核部的位置、褶皱轴线走向、轴面产状等。 断层调查的主要内容包括：断层的存在和证据，断层的位置和产状，断层的破碎带宽度

10、和物质组成，断层的力学性质等。 节理调查的主要内容包括：节理的组数和发育程度，主要节理的产状（特别是节理走向）和力学性质，风化裂隙的影响范围和深度等。 5、不良地质 不良地质主要包括破碎带、滑坡、泥石流、岩堆、岩溶、膨胀土等，地质调查中主要查明这些第二章 山岭隧道的地质调查与勘测 4 不良地质是否存在及其性质，存在的位置及其范围，不良地质的规模及其对隧道施工和隧道本身的影响。 特别地，地温对深埋长大隧道的施工有很大影响。因为，在地壳恒温层（距地表 1035m）以下，深度每增加 100m，温度将增加 3，当温度超过 38时，在潮湿的隧道内施工将有很大困难，所以在高地温地区要进行地温测试。 三、长

11、大、复杂隧道的地质调查三、长大、复杂隧道的地质调查 在勘察设计阶段，对特长隧道、长隧道或地质条件复杂的隧道应通过调查及勘探，做好地质条件的宏观控制，重点划分隧道通过地段的岩带、断层带和富水带。 岩带应根据岩性、岩质软硬、层厚、产状、节理发育程度、裂隙充填情况、软弱结构面的发育情况等进行划分；断层带应根据断层带的宽度、组成物质、松散情况及含水程度等进行划分；富水带应根据各类地层的含水情况、分别提出各段的最大涌水量（突然涌水量）和正常涌水量。据此确定隧道各段的围岩分级，并提出施工中应重点进行监测或地质超前预报的段落，预报方法、手段及主要设备，预报的主要内容等。配合施工阶段应积极采用新技术、新设备、

12、新方法开展超前地质预报工作，如采用高密度电法、声波反射法、地质雷达法、红外线法等物探方法，超前水平钻探方法，洞内地质编录与洞外地质调查相结合的方法等。勘察人员应对地质超前预报的成果资料进行综合分析、研究，及时做好预报突发性地质灾害，调整围岩级别的划分段落，及时变更设计等配合施工工作。 四、全断面掘进机施工条件下隧道的地质调查四、全断面掘进机施工条件下隧道的地质调查 隧道多采用钻爆法施工，但随着技术的不断进步，使用隧道全断面掘进机施工的隧道工程越来越多。为此，在隧道的工程地质勘察中应考虑施工方法这一因素。 当隧道确定采用全断面掘进机法施工后，勘探和测试工作除应按常规施工方法（钻爆法）进行勘探测试

13、工作以外，还应结合全断面岩石掘进机所需的地质参数进行勘探和测试工作，根据铁路隧道全断面岩石掘进机法技术指南的规定，地质参数的测试项目包括：岩石强度岩石的抗压强度、抗拉强度、弹性模量；岩石硬度岩石的耐磨性或可钻性指标、岩石的组构及石英含量；围岩完整性岩体结构面的发育程度（如岩体的完整性指数 Kv或岩体体积节理数 Jv） ，优势结构面对隧道稳定性和掘进机掘进的影响程度；其他地质参数隧道围岩的地应力状态，围岩地下水水质及涌水量等。 五、勘探、测试工作要求五、勘探、测试工作要求 勘探测试工作是隧道工程地质勘测的重要内容，特别是对复杂地质、复杂地形条件下施工的长大、重点隧道更是如此。 1、总体要求 （1

14、）地质条件复杂的隧道宜采用综合勘探方法。地质条件复杂的深钻孔应综合利用。 （2） 钻孔位置和数量应视地质复杂程度而定。 洞门附近覆土较厚时， 应布置勘探孔； 地质复杂，长度大于 1000m 的隧道， 洞身应按不同地貌及地质单元布置勘探孔查明地质条件； 主要的地质界线，第二章 山岭隧道的地质调查与勘测 5 重要的不良地质、特殊岩土地段，可能产生突泥危害地段等处应有钻孔控制；洞身地段的钻孔位置宜布置在中线外侧 810m；钻探完毕，应回填封孔。 （3）钻探深度应至路肩以下 35m；遇溶洞、暗河及其他不良地质时，应适当加深至溶洞及暗河底以下 5m。 （4）钻探中应作好水位观测和记录，探明含水层的位置和

15、厚度，并取样作水质分析。水文地质条件复杂的隧道，应做水文地质试验，测定地下水的流向、流速及岩土的渗透性，计算涌水量，必要时应进行地下水动态观测。 （5）应取代表性岩土试样进行物理力学性质试验。 （6）对有害矿体和气体，应取样作定性、定量分析。 2、探测的阶段及其工作要求 隧道工程地质勘测的勘探工作分为初测阶段和定测阶段。 （1）初测要求 特长隧道、控制线路方案的长隧道、多线隧道应按工点搜集工程地质资料。 宜采用遥感图像地质解译、 地质调绘、 综合物探和少量钻探相结合的方法为隧道位置和施工方法的选择、工程地质条件评价提供资料，宜沿洞身纵断面布置物探、钻探、测试工作； 编制工程地质勘察报告或说明；

16、 编制隧道纵断面图，并分段提供隧道围岩分级； 编制隧道线路方案工程地质图或隧道地区地质构造图。 一般隧道可作代表性勘探、测试工作，并在沿线工程地质分段说明中简要叙述隧道工程地质条件和围岩分级。 （2）定测要求 不论是一般隧道、长大隧道或者地质复杂隧道，均应进行单独的工程地质勘测工作，编制单独工点的图表资料。 六、隧道工程地质资料编制包括的内容六、隧道工程地质资料编制包括的内容 隧道工程地质资料编制应包括下列内容： 1、工程地质勘查报告或说明； 2、隧道线路方案工程地质图（必要时绘制） ，比例为 1：50001:50000； 3、隧道地区地质构造图（隧道长度大于 3000m 且地质构造复杂时绘制） ，比例为1:100001:200000； 4、隧道地区水文地质图（水文地质条件复杂时绘制） ，比例为 1:50001:50000； 5、隧道工程地质图（特长隧道、长隧道、多线隧道及地质构造复杂的隧道绘制，一般隧道视需要绘制） ，