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1、防坍塌专项技术交底一、工程概况本项目共有九座隧道。地处滇南山区，属高原构造侵蚀、剥蚀，溶蚀中山区。线路经过地段为断陷盆地、中山区、河谷区，地形复杂多变，地壳抬升与河流溯源侵蚀作用强烈，地形起伏较大，区内谷坡陡峭、山高谷深，地质构造复杂，构造运动强烈，活动断裂及深大断裂发育；区域变质作用范围广，岩体破碎，风化作用强烈，岩土体自稳性差；区内降雨量丰富，连续强降雨或是局部性暴雨频发；受构造影响，项目区内断层、背斜、向斜、滑坡体众多，地下水发育，从而发生坍塌的可能性大，且发生的地段较多，施工中应注防范坍塌。二、塌方与断层（一）、塌方塌方是隧道施工中最经常出现的重大地质灾害，约占各类重大地质灾害出现机率
2、的80%以上，因此，塌方是隧道施工地质灾害防范的重点。引起塌方的主要不良地质有断层破碎带、岩溶陷落柱等。其中断层破碎带又是引起的塌方主要原因，占90%以上。而岩溶陷落柱主要存在我国北方煤系地层中和在下伏的中奥陶统灰岩中可能发生（在南方少见，此文不述）。（二）、断层因断层破碎带引起隧道塌方而造成地质灾害的机率高、危害大。因此作为工程施工人员有必要对断层影响带做深入的了解。断层是隧道施工中最常见的不良地质现象，断层破碎带分布区段是隧道围岩最不稳定的区段；断层及其破碎带又是岩溶发育地区溶洞水、地下暗河和淤泥带最主要的储存场所；封闭条件好的断层及其破碎带和小断层，也是煤系地层中的高压、过量瓦斯的主要聚
3、集空间。赋存于断层及其破碎带中的溶洞、暗河、淤泥带是隧道突水突泥等地质灾害的最主要源泉，断层破碎带是透发瓦斯爆炸和煤与瓦斯突出的最主要地质因素之一。可以说隧道施工中发生的地质灾害，几乎都有断层“参与”，而且是最主要的“参与”者，所以断层及其破碎带是隧道施工地质灾害的最主要“祸根”。1、断层影响带的界定范围和包含的内容，在工程地质界至今是众说不一，其内容主要包括：断层相关构造带、岩石（或煤岩）强度降低带和煤的化学性质、工艺性质变化带等三种异常带（与本工程有关的只有前两种）。（1）、断层相关构造带主要包括断层相关构造带，主要包括断层相关褶曲、褶皱和断层相关节理（小断层）。 、断层相关褶曲、褶皱：主
4、要包括断层位移活动派生的牵引褶曲或牵引褶皱，以及与断层形成密切伴生的褶皱。a、断层位移活动派生的牵引褶曲或褶皱这是一种在断层两盘位移作用下、在局部应力场中形成的第二序次构造，属于低次压性结构面。剖面上的牵引褶曲可为正、逆断层共有，剖面上的牵引褶皱则为逆断层所持有，平移断层不存在剖面上牵引褶曲或牵引褶皱。牵引褶曲或牵引褶皱的分布范围是紧靠断层或临近地段，对长期（长距离）超前地质预报无意义，但可作为短期（短距离）定性超前预报的依据一它的出现，说明离断层已经很近了。b、与断层形成密切伴生的褶皱这是一种走向逆断层特有断层相关构造。它与断层同时生成，密切相伴，属于同序次构造，全面以全剖面上褶皱出现。这种
5、小型褶皱分布于断层影响带的最外带（如果它存在的话），它的始见点为断层影响带的边界，对长期预报具有实际意义，因此又称前兆褶皱（如图）。 、断层相关节理（小断层）从地质力学角度看，断层相关节理（小断层）主要是与断层位移活动密切相关、在局部应力场中产生的各期低序次节理（小断层），统称为派生节理（小断层）；还有一种是在区域应力场条件下产生的、与断层为同序次、低级别的节理或小断层，则称为伴生节理（小断层）。（2）、岩石强度降低带岩石强度降低带是断层破碎带中的另一个异常带，在断层影响带内都存在一个向着断层的方向，岩石强度降低的岩石物理力学性质变化带。这个变化带的存在，其力学机理是：在断层生成过程中，两盘岩
6、石的瞬间强烈位移，必然在对岩盘内产生局部应力场。在强大的内应力作用下，不但可以在断层影响带内形成褶皱、节理（小断层）等宏观构造，而且会在断层附近一定宽度的岩体中形成大量的显微构造，特别是形成大量的显微裂隙。后者则是断层两侧一定范围内岩石强度降低带的根本原因。由于这个异常带常见的始见点离断层较远，而且所有断层都存在，所以岩石强度降低带的始见点就成了超前预报掌子面前方隐伏断层的重要前兆，其位置就成了断层预报的重要参数。2、断层破碎带与断层超前预报断层的超前预报在工程实践中主要采取地面地质调查或复查、断层参数预测法、TSP超前地质预报系统的仪器探测法和掌子面编录预测法、地质雷达仪器探测法等。断层预报
7、的普遍原理：在自然应力状态下，地下岩体一般处于三维挤压的应力状态，少数也可以两维挤压、一维引起的应力状态。岩石作为一种弹性物质，具有积累应力的本能。当岩体内的主应力差造成的剪应力大于岩体本身的抗剪强度时，就将产生剪切破裂，剪切破裂面（剪切裂隙或剪切节理）将基本沿着（有一定夹角）最大剪应力作用面发生，并常常在岩体内的薄弱环节（缺欠）形成密集剪切破裂面（密集节理带）。密集节理带的产生又为地应力的集中创造了条件，导致在密集节理带中的更加薄弱的节理面上剪应力的急剧增加，并造成该节理面两盘岩石的瞬时间的强烈位移，形成断层。断层的形成伴随巨大的冲击波而引发地震。因此，地震与断层的产生密切相伴。断层作为强大
8、地应力能量的释放对象，其能量的释放形式主要有四种。其一是断层两盘的位移（上冲、下滑或平移），动能转化为势能；其二是形成摩擦热，动能转化为热能；其三形成断层破碎带和各种形变的断层影响带，动能转化为形变能；其四是产生冲击波动能，转化为波动能。其原始积累能量的大小，同样也有四个表证方法：断层两盘位移的幅度，用断层断距来表证；产生摩擦热的多少，用两盘岩石变质程度和厚度来表证；形变能的大小，用断层影响带及其组分的强度、宽度来表证；冲击波的强度，用地震的破坏来表证。断层形成的力学机制和地应力能量释放的基本理论说明：断层和断层破碎带的厚度（统称断层规模）必然与断层影响带和其所有组分展布的宽度和强度有事物本质
9、上的联系。三、塌方的监测、警报与工程措施（一）、塌方的监测因本标段引起隧道塌方的不良地质主要是断面破碎带，所以对塌方的监测主要是对断面破碎带的准确定位、准确定性和发生塌方可能性的判断和警报。1、断面破碎带准确定位：断面破碎带位置的确定主要采取地面地质调查或复查、断层参数预测法、TSP超前地质预报系统的仪器探测法和掌子面编录预测法、地质雷达仪器探测法等。2、断面破碎带准确定性断层破碎带的准确定性采取的主要技术手段有临近前兆预测法和断层破碎带判断法。（1）、断层破碎带的集中主要临近前兆一般来说临近断面破碎带时有如下临近前兆：节理级数急剧增加，节理组数可多达612组；出现牵引褶曲或牵引褶皱；有时会出
10、现弧形节理组成的小型施巻构造或反倾节理；岩石强度明显降低；逆断层为主的断层破碎带附近会出现压裂岩或碎裂岩（多数情况下出现夹泥或铁锈染压裂岩、碎裂岩），平移断层为主的断层破碎带附近的派生节理密度明显增加。（2）、隧道洞内的断层破碎带识别与辨认隧道洞内的断层及断层破碎带识别与辨认，主要是依据识别断层的标志，即除地貌标志以外，地面地质调查和复查中识别断层的地层标志、岩石标志、构造标志和矿物标志等，均适合隧道洞内断层的识别。（二）、发生塌方的可能性判断和警报断层破碎带塌方的判断和警报，主要包括断层破碎带塌方影响因素的正确分析、断层破碎带围岩级别的准确鉴定和塌方即将发生前兆的及早发现。1、影响断层破碎带
11、塌方的地质因素正确分析影响断层破碎带塌方的地质因素主要有：断层上下盘岩性和岩石力学性质、断层的力学性质、断层复合与复合特征、断层破碎带厚度、断层破碎带物质组成和固结程度、断层破碎带的围岩结构，断层破碎带的产状及其与隧道的空间关系和地下水、地应力影响等八个方面。 、断层下下盘岩性和岩石力学性质在影响断层破碎带的其他因素相同的前提下，断层破碎带稳定性降低的顺序是：上下盘为相同岩性硬质岩一上下盘为不同岩性硬岩（如砂岩与灰岩）一上下盘为相同岩性（如页岩）或不同岩性软岩（如页岩与泥岩）一上下盘为不同岩性软岩、硬岩（如砂岩与碳质页岩）组合。软岩与硬岩呈断层接触的断层破碎带，大多位于软岩一侧，而且，常常是硬
12、岩为含水层，软岩为隔水层。这种断层上下盘岩石组合最不利于由断层破碎带组成的围岩的稳定，相当多的断层破碎带塌方是由这种类型。 、断层的力学性质以张滑正断层为主的断层破碎带，主要由断层角砾岩组成，其角砾岩特点是：胶结疏松，多为泥质胶结，易于内化，棱角明显，杂乱无章、大小悬殊。所以以张性正断层为主的破碎带最易造成塌方；以冲压逆断层为主的断层破碎带，主要由断层泥、碎糜岩、构造透镜体、片理化揉皱化岩石组成，尽管岩石也很破碎，但由于角砾之间结合较紧密，相对正断层破碎带来说，造成塌方的难度稍大；以扭性平移断层为主的破碎带，主要由厚度不大的碎糜岩和分布较宽的壁理带岩石组成，所以与前两者相比，造成塌方的难度更大
13、；所以从断层力学性质角度看断层破碎带稳定性降低顺序是：扭性平移断层为主的破碎带一冲压逆断层为主的断层破碎带一张滑正断层为主的断层破碎带。 、断层复合与复合特性从地质力学上讲，断层复合有两种情况，其一是同一条断层复合，即断层多期活动；其二是两条或两条以上断层交汇复合。无论是哪种断层复合，对断层破碎带的稳定性影响都极为明显，即复合式断层破碎带的稳定性远远小于一般断层破碎带的稳定性。复合式断层破碎带塌方是一种常见的塌方。断层的多期活动：自然界的断层，绝大多数都具有多期活动特征，具有复杂的力学性质和多变的位移方式，而且在多期活动中必有一期为主活动，断层明显具有主期活动的性质和特征。对于围岩稳定的影响来
14、说，其断层破碎带稳定性降低的顺序是：一期活动断层破碎带以扭性平移断层为主的多期活动断层破碎带以冲压逆断层为主的多期活动断层破碎带一以张滑正断层为主的多期活动断层破碎带一以冲压逆断层为主或以张滑正断层为主，而且最后一期活动表现为张滑正断层破碎带。总之，从断层多期活动看，最易造成塌方的断层破碎是以压冲逆断层为主或以张滑正断层为主的多期活动断层，而且最后一期表现为正断层的断层破碎带；两条或两条以上断层交汇：两条或两条以上断层交汇常常使断层破碎带的岩石更加破碎、松散、断层破碎的厚度（宽度）也常常扩大23倍，稳定性更是随之降低很多。因此，不论什么力学性质的断层破碎带交汇处，都是围岩最不稳定的区段和最易塌
15、方的区段。 、断层破碎带的厚度断层破碎的厚度（宽度）是直接影响断层破碎带稳定的地质因素。断层破碎带宽度（厚度），又取决于断层的规模、断层的力学性质和断层的复合特征。断层的规模（断距）越大，断层破碎带越宽（越厚）。相同规模断层的破碎，张性正断层的破碎带最窄（最薄），扭性平移断层破碎带最宽（最厚）。一般情况下，对于破碎宽度（厚度）来说，多期活动断层大于一期活动的断层；两条或两条以上断层交汇大于一条多期活动断层，更大于一期活动断层。 、断层破碎带的物质组成、固结程度断层破碎带的物质组成，主要指的是断层角砾之间的胶结物及其含量。从胶结物来看，泥质、铁质胶结的断层破碎带最常见，稳定性也最差；钙质和硅质胶
16、结的断层破碎带较少见，稳定性也较好。从含量看，泥质和铁质胶结物含量越多，断层破碎带稳定性越差，越容易塌方，所以断层角砾岩的结构为泥夹岩或不含泥的结构更易造成塌方。断层破碎带的固结程度占大多数的泥质、铁质胶结的断层破碎带固程度很差，少数的钙质、硅质胶结的断层破碎带固结较好。张性正断层破碎带固结程度较差，扭性平移断层和压性逆断层破碎带固结程度稍好。多期活动断层比一期活动断层破碎带固结差，两条或两条以上断层交汇的断层破碎带固结程度最差甚至无固结。显然，固结程度越差，断层破碎带的稳定性也越差。 、断层破碎带的围岩结构断层破碎带的岩体结构主要有三种：碎石状压碎结构、角砾碎石状（石夹泥或泥夹石）松散结构和泥、砂、角砾混杂松软结构。前者，多为扭性平移断层和规模较少的压性逆断层，张性正断层的断层破碎带岩体结构，稳定较差。中间
