隧道工程地质(6篇)
隧道工程地质篇1
【关键词】峡口隧道；地质分析；岩性特点；宜巴高速
地应力是地质环境和地壳稳定性评价、地质工程设计和施工的重要基础资料之一。岩体稳定性受控于地应力作用下形成的各种结构面和现今地应力场与岩体的相互作用。已有越来越多的证据表明，在岩体高应力区内，地下工程施工期间岩体开挖可引起一系列与应力释放相联系的变形与破坏现象，尤其是岩爆，其后果不但会恶化隧道岩体的工程地质条件，而且对建筑物造成直接的危害。
一、宜巴高速公路峡口隧道工程概况
宜巴高速公路峡口隧道位于兴山县峡口镇境内，目的是为穿越一座呈南北走向的山岭；其进口位于峡口镇石家坝村境内之高岚河北西岸，与石家坝大桥巴东台相连，走向方位角
，经一弧线段后，洞身主要为直线型，走向方位角，至隧道中间近峰顶地带略呈弧线型，其后洞身主要为直线型，其右幅走向方位角，左幅走向方位角；而出口则位于峡口镇泗湘溪村李家沟境内，该段又略呈弧线型，其出口走向方位角，与李家沟大桥宜昌台相接。
隧道采用分幅式，其左幅起讫桩号ZK104+214～ZK110+670，总长6456.0m，右幅起讫桩号YK104+223～YK110+710，总长6487.0m。隧道进口小间距18m、出口26m，单幅隧道净空为(宽×高)10.25×5m，设计路面后段4650m纵坡降-1.78%，前段纵坡降约0.6%。灯光照明，机械通风，隧道最大埋深约1500m，属深埋特长隧道。
二、工程地质结构分析
工程区的岩体地应力状态是确定该地下洞室群围岩岩体力学属性，这是对地下围岩开展稳定性分析、对隧道的开挖展开设计并进行科学决策的前提。宜巴高速公路隧道规模大，数量多，布置复杂，发育有穿越洞身的断裂破碎带等不利地质结构，这些地下工程多为永久工程，不但线路长、且规模大，其工作性态直接关系到整个高速公路的安全和工程的成败，因此必须使其处于良好的稳定状态。
（一）工程的地形地貌特征分析
该隧道所处区域地貌单元属构造剥蚀溶蚀层状单斜低中山，地形起伏大，山顶最大高程，河谷高程区间为。路线所经地段标高区间为，相对高差约1515m。沟谷多呈V型峡谷，悬崖峭壁遍布，山坡陡峻，坡度在，山体坡面部分陡峭处基岩，岩溶较为发育。区内冲沟多呈南东向发育。隧道进口段位于杨道河电站旁，山势陡峭险峻，山坡坡度较陡，近乎直立，难以攀援，出口段坡度稍缓，坡度为，山体植被发育。隧道进口毗邻兴宜公路及高岚河，交通较为便利；出口位于李家沟煤矿附近，仅有乡村简易公路通往，交通不便。
（二）地质构造特点分析
工程区基本地质格局是在印支-燕山造山运动下形成，而且在区内以地壳不均匀抬升即
大面积间歇性隆升为主的新构造运动不断发生与发展，导致走廊区现代地貌格局的出现还有地震等断裂活动，其所遭遇的风化剥蚀与外应力(主要是重力、水动力)作用导致发育侵蚀溶蚀以及滑动、崩塌等地质现象出现。
据区域资料，隧道区大地构造属于构造剥蚀溶蚀层状单斜低中山峰岭地貌，分水岭标高1834m左右，坡脚标高300～500m，高差达1500m左右。山体由寒武系～三叠系碳酸盐岩夹碎屑岩地层构成，以坚硬碳酸盐岩砂岩为主、夹半坚硬泥页岩，峰岭走向受地层走向控制呈南北向条形展布。坡面形态受地层倾向控制呈不对称型，又受岩性差异风化剥蚀影响而复杂多变，分水岭以东主要为反向结构陡坡相间斜坡，构成折线型山坡；分水岭以西则为顺层单面直线型陡坡，坡面基本由地层层面构成。其间碳酸盐岩属可溶岩，岩溶主要发育于ZK106+400～ZK108+900段(右线位于二叠系灰岩、燧石结核灰岩夹碳质页岩、三叠系大冶组(T1d)、嘉陵江组(T1-2j)分布区，地表岩溶洼地、漏斗及落水洞等岩溶形态组合发育，岩溶水文地质条件较复杂；其余可溶性岩层分布区段，地形陡排泄通畅，地表岩溶不发育或弱发育。
隧道所穿越的河间地块为单斜构造区，由寒武系—奥陶系碳酸盐岩地层、志留系—泥盆系碎屑岩地层、二叠系—三叠系碳酸盐岩地层构成，地层走向近南北，中等倾斜，倾向西～西南。
（三）岩性特征分析
线路经过山体出露岩层为薄～厚层构造，岩层总体产状较缓，总体倾向北西，局部受断层、构造影响，扭曲明显，岩层产状为264°～274°∠43°～48°。根据野外地质调绘调查及钻探、物探资料，隧道区除悬崖基岩陡峭处基岩出露，大部覆盖薄层残坡积层碎石土，局部沟谷、洼地存在冲洪积堆积。
从隧道进口至出口处所出露不同的岩层所具备的工程地质特征也各具特点，具体如下：寒武系三游洞组为粉晶、细晶白云岩，浅灰色～深灰色，中厚～薄层状构造，裂隙较发育，多充填方解石石脉，主体呈中风化状态；奥陶系南津关组为颗粒灰岩、泥粒灰岩、生物屑灰岩、藻纹粉晶灰岩与钙质泥岩互层，夹灰质白云岩，颜色为灰-深灰，主体呈强风化～中风化状态；志留系龙马溪组为页岩夹碳质页岩，呈强风化～中风化状态；志留系新滩组为页岩，属软质岩石，灰色，泥质结构，薄层状构造，岩芯呈柱状，节长20～25cm，但见光风干后易崩解，采取率为80～85%，RQD=40～55%，呈强风化～中风化状态；志留系罗惹坪组(S1lr+S1l)页岩，泥灰岩，属软质岩石，呈强风化～中风化状态；泥盆系云台观组+黄家蹬组(D2y+D3h)长石石英砂岩，含Fe粉砂岩，呈强风化～中风化状态。
此外，二叠系马鞍组+栖霞组+茅口组(P1q+P1m+P1mn)：燧石结核灰岩夹炭质页岩、含燧石结核灰岩、燧石结核灰岩。灰岩夹白云岩。岩质硬，呈中风化状态。二叠系吴家坪组(P2w):灰岩、燧石结核灰岩夹白云岩。含燧石结核白云岩、灰岩，岩质硬，呈中风化状态。
三叠系大冶组(T1d)：底部薄层泥质条带灰岩，其上为薄层灰岩及中—厚层灰，岩层产状272°∠40°；裂隙水；岩质硬，隧道洞身穿越该段工程地质条件较好；岩层产状270°∠40°；呈强风化～中风化状态。下统嘉陵江组(T1-2j)：白云岩，浅灰色中厚层含石膏假晶白云岩夹灰色溶崩角砾岩、灰-深灰色厚层微晶灰岩夹灰白色中厚层白云岩；微晶白云岩、含生物屑、砾屑亮晶鲕粒灰岩；岩层产状272°∠40°；呈强风化～中风化状态。巴东组(T2b)：紫红色粘土质粉砂岩和含灰质粉砂质粘土岩，夹泥灰岩、细砂岩和灰绿色泥岩条带；灰、紫红色微晶白云岩夹溶崩角砾岩、黄-蓝绿色页岩夹灰岩；砂岩夹泥岩，呈强风化～中风化状态。沙镇溪组(T3s)：灰-深灰色薄-厚层石英砂岩、粉砂岩、粘土岩夹炭质页岩、煤层；砂岩炭质页岩、煤层，岩层产状260°∠43°；呈强风化～中风化状态。
结束语：
总的来说，地质应力对于施工区域的稳定性有着重要的影响，而且也会造成地下或者地表岩土施工工程损坏，因此在宜巴高速公路峡口隧道工程施工的最初阶段对其做出科学分析是极为必要的，其结果对于工程岩体力学属性的确定、围岩稳定性分析的展开、岩土工程开挖设计的实现，甚至于施工技术方案的最终确定都能提供重要的参考与指导。
参考文献：
隧道工程地质篇2
关键词：隧道工程；地质灾害；防治；对策
1隧道工程地质灾害的特点
隧道工程施工质量直接影响公路、铁路等工程整体质量，对后续运营安全产生直接的影响。在进行隧道工程施工过程中，应对其质量进行严格的控制，严防地质灾害的发生，确保人民生命财产安全以及国家社会经济发展。目前，我国隧道工程施工过程中，常见的地质灾害主要呈现以下方面的特点：第一，隧道工程规划不合理。与其他工程相比，地质条件对隧道工程施工产生影响较大。目前我国很多隧道工程施工前缺乏科学合理的规划，盲目进行施工。前期勘察工作不够全面，给后续施工带来较大的隐患，严重影响隧道工程施工质量。第二，与自然灾害相比，地质灾害对隧道工程危险性更大，影响力更高。第三，从防止的角度出发，与自然灾害相比，地质灾害能够提前预防与治理，而地质灾害预防和治理的效果并不明显。基于以上地质灾害在隧道工程中呈现的特点，为有效防治隧道工程中地质灾害对工程施工质量及安全的影响，施工单位应该根据具体的地质灾害类型制定详细的防止措施，从项目实际出发，制定具有针对性的措施对地质灾害采取专项防治，从而提高隧道工程施工安全。施工单位应对项目所在位置的地质进行详细的勘察，根据勘察报告有针对性地制定地质灾害防治方案，同时对多种方案进行对比，对制定的方案进行可行性的研究。组织相应的专家团队对防治方案进行讨论。选用科学合理的施工方案，根据相应的施工工序、施工流程完成隧道工程施工。施工过程中应对施工各个环节采取精确的检测，确保隧道工程施工的顺利推进，降低地质灾害对隧道工程施工质量的影响。
2隧道工程施工地质灾害类型
岩爆、涌水、塌方是目前我国隧道工程施工中常见的地质灾害。在隧道工程施工过程中这三类地质灾害会对工程进度、安全、质量、成本都产生重大的影响，一旦发生将直接影响建设项目顺利推进，对后续项目运营也存在较大的影响。隧道工程施工前，施工单位需要根据这三类常见的地质灾害进行全面分析，根据项目实际情况制定相应防治措施。
2.1岩爆问题
岩爆，也称冲击地压，是一种岩体中聚积的弹性变形势能在一定条件下突然猛烈释放，导致岩石爆裂并弹射出来的现象。隧道工程施工过程中因围岩破坏引起岩爆是隧道工程中常见的地质灾害之一。施工单位因施工技术水平、地质条件等因素引起围岩整体或者局部变形，从而引起岩爆。岩爆问题直接影响隧道工程施工安全与施工质量，还会增加施工工期，提高工程成本。岩爆的主要原因是工程围岩所在的地质结构层特性较为特殊，地应力集中在围岩中，隧道工程开挖过程中围岩内原有的平衡受到破坏。在应力应变的作用下，引起岩爆问题。岩爆分为劈裂、弹射、片帮三种类型，隧道工程施工过程中出现岩爆如果未能及时处理，有可能将引起地震灾害，直接影响人们的生命财产安全。岩爆具有弹射性、时间延续性与集中性、部位集中性、突发性等特点。岩爆发生前并无明显的迹象，很多情况下施工人员认为不会出现石块掉落的部位，突然发生石块滑落，出现爆裂响声。岩爆一般情况下大多发生在新开挖面附件，大多集中在拱腰或者拱部位置。同时，大部分岩爆发生在岩层爆破后24小时内，持续1～2个月，部分岩爆可能持续1年以上。在岩爆发生的过程中，部分围岩被弹射出较远的距离，且成不规则的片状，严重破坏施工工作面，对施工机械造成破坏，严重威胁施工人员生命。岩爆问题是目前全球岩石力学以及岩石地下工程领域重点亟需攻克的问题之一。
2.2涌水问题
涌水是指围岩空隙中的地表水水源、地下水（岩溶水水源、裂隙水水源、孔隙水水源），因压力作用使其涌出。涌水是目前我国隧道工程施工中常见的地质灾害之一，同时也是隧道工程施工过程中发生概率最高的地质灾害，对我国隧道工程施工造成较大的影响。例如，我国京广铁路大瑶山隧道，工程建设过程中遇到了大规模的喀斯特发育地段以及大断层破碎地带，使得隧道掘进过程中出现大量的含泥沙的涌水，同时因涌水携带大量的泥沙，导致岩体发生塌方，给工程项目顺利推进带来了较大的困难。根据涌水状态的不同，隧道涌水分为股状涌水、帘幕式涌水、线状涌水（线流）、渗水、干燥五类。涌水对隧道工程产生多方面的影响，如地下水向隧道宣泄、大量携带泥沙的地表水，使得地表水位迅速下降；在冲蚀、真空吸蚀、自重应力的作用下，造成地面裂缝、地面陷穴或地面塌陷，这一现象会导致地面裂缝、地面陷穴或地面塌陷。隧道开挖揭开了与地表溶洞相通的隐伏溶洞和地表水和地下水相通的断层，使地表水渗涌入隧道切断了水源，降低了利用水的水位，这一现象会导致地表水干枯严重，影响生活、生产，使得滨海地带海水侵入隧道。还有，地下水通过流砂层或胶结层的长石砂岩、断层破碎带、充填泥化黏土的大溶洞等时携带大量泥沙向隧道宣泄，造成淤积，这一现象会导致隧道被泥沙淤积或被泥石流淹没。
2.3塌方问题
塌方是隧道工程施工过程中较为常见的地质灾害之一，塌方事故的发生给隧道工程施工带来较大的困难，不仅延误工期，还需要增加大量的成本。隧道开挖过程中，引起塌方的因素主要有自然因素（包括地下水变化、受力状态、地质状态等）以及人为因素（包括不当的施工作业方法、不合适的设计等）。不良地质及水文地质条件，其原因体现：（1）薄层岩体的小曲褶、错动发育地段或隧道穿过断层及其破碎带；在泥质充填物过多地段或软弱结构面发育；通过各种堆积体。（2）水是造成塌方的重要原因之一。（3）隧道穿越地层覆盖过薄地段。隧道设计考虑不周，其原因体现：（1）缺乏详细的地质及水文地质资料，引起施工指导或施工方案的失误；（2）隧道选定位置时，地质调查不细，未能作详细的分析，或未能查明可能坍方的因素，没有绕开可以绕避的不良地质地段。施工方法和措施不当，其原因体现：（1）对危石检查不重视、不及时，处理危石措施不当，引起岩层坍塌。（2）围岩爆破用药量过多，因震动引起坍塌。（3）新奥法施工的隧道，没有按规定进行量测，或信息反馈不及时，决策失误、措施不力。（4）喷锚支护不及时，喷射混凝土的质量、厚度不符合要求。（5）地质条件发生变化，没有及时改变施工方法。（6）施工方法与地质条件不相适应。（7）工序间距安排不当。（8）地层暴露过久，引起围岩松动、风化、导致塌方。（9）施工支护不及时，支撑架立不合要求。（10）抽换不当“先拆后支”。
3隧道施工地质灾害的防治措施
3.1岩爆灾害防治措施
岩爆的基本处理原则是“先防后治”。事先采取有效的防治岩爆的措施，能够有效降低发生的概率，降低岩爆带来的危害。对重点部位加强管理，先进行预处理再进行施工，从而保证隧道工程的顺利推进。目前，我国项目上常用的预防岩爆措施如下：（1）施工前释放部分能量措施，例如打应力释放孔、超前小导坑掘进法、超前钻孔预爆法、松动爆破法等措施，能够有效将原有的应力进行释放。（2）加强人工及机械找顶。（3）开挖爆破后，采用高压水对围岩进行软化处理，从而降低岩爆的强度。（4）利用光面爆破，避免应力集中，对爆破药量进行严格的控制，从而降低其对围岩稳定性的影响。
3.2涌水灾害防治措施
隧道施工过程中涌水问题的防治主要遵循“预防为主、疏堵结合、注重保护环境”的原则，防治过程中主要采用井点降水、坑道排水、超前专控排水、开挖后补注浆堵水、超前围岩预注浆堵水等措施。其中井点降水和超前钻孔排水是最为常用的两种方式。施工人员应在隧道工程施工前对现场的暗河、溶洞、岩层淤泥情况进行详细的勘察，全面掌握，并制定科学的方式进行处理。施工人员应该根据施工现场情况，采取合理的堵水或者排水措施防治涌水。同时，需要对隧道进行动态监测，监测隧道涌水情况，建立健全预警机制，对重点部位进行防范。
3.3塌方灾害防治措施
塌方是隧道工程施工过程中较为常见的灾害。对塌方灾害预防而言，施工人员需要在施工前，对施工区域地质特性、地质结构等方面进行详细的勘察，收集有关方面的数据资料。根据隧道施工区域的地质资料进行施工方案的制定，判断隧道掘进过程中容易塌方的部位，同时制定相应的预防措施以及应急预案，降低塌方事故发生概率，保证隧道工程施工的顺利进行。另外，在掘进过程中根据现场实际情况合理选用锚杆支护或导管注浆技术，对隧道围岩进行加固处理，从而提高围岩稳定性。
隧道工程地质篇3
[关键词]水文地质地面沉降砂土承载力隧道浅埋段浸没
[中图分类号]P64[文献码]B[文章编号]1000-405X（2013）-11-12-2
0前言
地下水水位随气候、人类活动等因素影响发生变化，其变化幅度是没有规律的。地下水位频繁活动的部位对岩土层、对建筑工程是不利的。在岩溶地带，地下水活动强烈可加强岩溶发展；在建筑工程基础压缩层内活动时，水位下降后新增加的自重应力引起土体本身产生压缩变形，上升则软化岩土、降低地基土强度，压缩性增大，若上升过程遇湿陷性黄土、膨胀岩土、盐渍土时，而更为严重，能导致建筑物严重变形甚至失稳。地下室修建过程的上浮、游泳池空池时上浮，水库坍岸，地面沉降与塌陷，均与地下水位变化密切相关。
隧道工程相对其它工程而言，具有隐蔽性强，施工工期长，穿越地质环境复杂的特点。尤其是长隧道，从勘察到施工完毕，往往历时四、五年，而水文地质环境不是一成不变的。工程地质勘察时揭露的水文地质条件往往和施工时的水文地质环境不同，尤其是受大气降水补给的含水层水位变化大，隧址区一般难于获得当地水位变化的准确资料。勘察报告中一般都是引用当地区域水文资料，而区域水文资料大都是80年代做的工作。大多隧道勘察过程都是强调隧道涌水量，用多种方法计算涌水量，并注重隧道疏排地下水后对地表环境的影响，但就地下水变化对隧道自身影响、隧道建筑后对周边环境的影响缺少重视。致使某些隧道在施工过程中往往出现底鼓，路基沉降的事故，隧道建成后引发新的工程地质问题。
1水文地质环境变化对隧道工程的影响
1.1地下水位变化对地基承载力的影响
地下水位变化对地基承载力的影响主要表现在砂类土上，尤其是细砂、粉砂。铁路、公路系统研究表明，细砂饱和状态比潮湿状态承载力降低14%～22%，粉砂在饱和状态下比潮湿状态下降低33%～53%，见下表。
从上表分析可得出，粉砂由稍湿变为饱和时承载力虽然降低了，刚好是100kPa，相当于10m水柱的压强。但对上部构筑物而言，亦受到的地下水的浮托力，浮托力的大小与水位上升高度、构筑物体积是相关的。对于奠基于粉砂、细砂中的构筑物而言，其受到地下水的浮托力可以大于砂土降低的承载力，但是也可能小于砂土降低的承载力。当地下水上升到一定高度（远大于砂土降低的承载力）而构筑物缺少足够自重时，会导致构筑物上浮；反之地下水上升的高底仅达到构筑物基底时，由于粉砂承载力降低会致使构筑物下沉，若构筑物建成后长期受振动荷载，下沉会有加剧的趋势。
粉砂、细砂由饱和变为潮湿，看起来承载力是增加了，其实不然。众所周知，地面沉降、地面塌陷的主要影响因素是由于地下水下降引起。位于饱和砂土中的构筑物在地下水大幅度下降时不但会失去浮托力，还增加了自重应力，沉降更加显著。按地下水中土的自重应力计算公式：
σcz=γ’×z，
σcz――指土的自重应力（单位kPa）
γ’指土的浮容重（单位kN/m3），等于饱和容重减去水的容重，水的容重取10kN/m3
z――土层厚度（单位m）。
由该式可计算出，水位每下降1m，土的自重应力增加10kPa。
如在建沪昆客运专线湖南段某隧道，该隧道进口明洞奠基于花岗岩残积黏质砂土中，黏质砂土工程性质与细砂相似。勘察期间钻孔未揭露地下水，但明洞施工时发现有水。该问题未引起足够重视，结果明洞基础施工过程中经历了先下沉、后上升的过程，虽然变化幅度不大，但不能满足零沉降的要求。后来对地基进行了灌浆处理。经调查，勘察工作完成于2009年，该隧道明洞施工始于2012年，2009年恰是南方普遍大旱，尤以广西、贵州旱情最重，湖南旱情稍缓，隧址花岗岩残积土中地下水受大气补给，水位变化幅度超出常规，致使勘察中提出的承载力偏大。2013年明洞施工期间，访地区雨季连续60天无干旱，但由于隧道建成后壅水，地下水缓慢回升，受地下水浮托力的影响，隧道明洞部位稍有抬升，约1～2mm。一般而言，该区域地下水位变化幅度为2～3m，但实际施工过程中水位变幅多达5.0m，从勘察时无水，到注浆施工进水位高出隧道底板充分说明地下水变化幅度之大。
1.2地下水位变化对材料的腐蚀性影响
《岩土工程勘察规范（GB50021-2009）》表12.2.1、《公路工程地质勘察规范（JGJC20-2011）》附录K.0.2指出，Ⅰ、Ⅱ类环境无干湿交替作用时，按环境类型水和土对混凝土结构的腐蚀性评价腐蚀介质硫酸盐含量数值（界限指标）应乘以1.3，从而可以得出，地下水位变化使建筑物受到干湿交替作用，降低了混凝土结构对硫酸盐腐蚀的抵抗能力。
《铁路凝土结构耐久性设计规范（TB10005-2010）》中指出，处于水位变化区和处于干湿交替区，碳化环境作用等级为T3（见规范4.3.1）；水和土中的氯盐的对混凝土腐蚀性需在有干湿交替作用下才能发生（见规范4.3.2）；地下水变动是划分破坏环境作用等级的重要依据，（见该规范4.3.5），该表中“频繁接触水”与“处于水变动区”均与地下水位变化频率相关。
《铁路凝土结构耐久性设计规范（TB10005-2010）》（表4.3.1）
《铁路凝土结构耐久性设计规范（TB10005-2010）》（表4.3.2）
《铁路凝土结构耐久性设计规范（TB10005-2010）》（表4.3.5）
此外，水文地质环境变化（地下水位变化）对隧道涌水量、边坡的稳定性有重大影响，本文不作详述。
2隧道工程对水文地质环境的影响
2.1隧道排水对水文地质环境环境影响
如京广铁路南岭隧道，该隧道穿越南岭山脉的五盖山与骑田岭夹持地带的剥蚀低山丘陵区，隧道全长6061.8m，隧址岩溶发育、隧道受岩溶地下水危害严重。在20世纪80年代初期，隧道设计和施工时，对影响隧道的地下水均采用以排为主的方案，随着隧道施工进展，由于岩溶地下水对隧道施工安全和地质环境的危害日益加剧，逐步调整了施工方案，对地下水危害严重地段采取以堵为主、堵排结合的原则，尤其在生潮垅岩溶最为发育地段，选用正洞以堵为主、平行导洞以排放为辅的措施。南岭隧道运营14年来，因平行导洞漏水严重、涌水量大，造成南岭隧道顶部岭白塘、生潮垅以及下连溪溶蚀洼地地表塌陷复活、扩大，特别是岭白塘新生陷穴达13处。据观测资料统计，通过洞内各种途径排出的泥砂量已达80余万立方米，造成隧道中心水沟泥砂淤塞，涌水量增加，隧道基底长期浸泡，严重威胁行车安全。
2004年岩溶地质调查结果表明，以隧道为中心形成了一个地下水降落漏斗，在降落漏斗内地下水水流速度急剧增加，水力比降超过黏粒土抗渗透比降，地表黏粒不断被地下水带入隧道排水系统中，从而导致隧道越排地下水，水力梯度越大，排出泥砂越多，原地表塌陷复活、增大，并形成新的渗流通道，引发新的地面沉陷，导致水井水位下降，浅部泉水消失，形成恶性循环。这一实例说明，隧道工程长期排水改变了周围的水文地质环境，引发了系列工程地质、环境地质问题。
2.2隧道壅水对水文地质环境的影响
浅埋隧道在穿越含水层时，需防止施工过程产生突涌，进行了灌浆加固，隧道建成后在浅埋带形成了止水帷幕，在一定的水文地质条件下，会壅高地下水位，或截断、改变局部地下水流向，使地下分水岭迁移或局部形成新的分水岭。如图1所示，为某隧道浅埋段，地下水原流向为由北向南，隧道建成后使浅埋段地下水位上升，形成新的分水岭，隧道北侧地下水往绕渗（图中，实线箭头为原地下水流向，虚线箭头为隧道修建后地下水流向）。由此可导致原地下水上游区沟谷中农作物区浸没，房屋地基下沉，亦即隧道浅埋段浸没，若上游地下水侵入到边坡软弱结构面中，尚可引起边坡失稳；下游局部由于地下水补给量减少，居民水井水位降低，减少，部分泉、井水消失。
3小结
水文地质环境与隧道工程是密切相关的，是相互作用的。水文地质条件简单便于隧道施工，隧道建成后会改变当地水文地质条件，主要体现在地下水水位变化增大，地下水径流改向、绕渗，水力梯度改变。地下水位的变化同时会引起特殊岩土体的工程地质性质变化，如粉砂、细砂承载力降低、湿陷性黄土沉陷、膨胀岩土遇水膨胀等。因此，做好隧道与水文地质环境的分析工作，具有重要意义。隧道设计与施工过程中，不要轻视地下水位变化幅度，即便是2～3m变幅，其作用也是巨大的。
隧道勘察工作中，尤其是进出口段，铁路隧道勘探孔深度一般地层控制在进入隧道底部（路肩设计标高）以下3～5m，公路隧道一般岩土勘察探深度至路线设计高程以下不小于5.0m。两者均从工程物理力学性质出发，未考虑是否需查明水文地质条下，从而导致未见地下水亦可终孔。在实际勘察工作中，隧道勘探深度应能查明地下水位，或进入相对隔水层3～5m为宜。
隧道勘察工作中加强水文地质环境勘察工作，有利于指导隧道施工选取合理的截、堵、引、排水措施，避免隧道在建及运营期间，引发各种工程地质、环境地质问题，为建设和谐社会发挥应有的力量。
参考文献
[1]《岩土工程勘察规范（GB50021-2009）》.
[2]《公路工程地质勘察规范（JGJC20-2011）》.
[3]《铁路工程地质勘察规范（TB10012-2007）（J124-2007）》.
[4]《铁路凝土结构耐久性设计规范（TB10005-2010）》.
隧道工程地质篇4
关键词隧道围岩围岩稳定性围岩分类（级）
隧道围岩工程地质条件千差万别，影响围岩力学性质和稳定性的因素较多，这些因素对围岩力学性质和稳定性都有重要和直接的影响，而且各影响因素的作用机理十分复杂，致使围岩力学性质相当复杂，定量准确掌握围岩的力学性质是十分困难的，因此有必要采用定性和定量相结合的方法，对隧道围岩力学性质和稳定性有一个整体性和规律性的把握，围岩分类法则是这样一个有力的工具。符合实际的围岩分类是正确进行规律隧道稳定性评价的保证，也是隧道合理设计的依据，更是准确进行隧道施工预报的指南，而隧道围岩定量分类系统的建立是客观地进行公路隧道围岩分类的前提和基本保证。正确的、符合工程实际的围岩分类，对于隧道设计计算及支护设计的准确与否有很重要的意义。
（1）坚硬块状岩石
这类岩体本身具有很高的力学强度和抗变形能力，在力学属性上可以视为均质、各向同性的连续介质，应力与应变呈线性关系。这类围岩的变形破坏形式主要有：岩爆、脆性开裂及块体滑移。
（2）层状岩体
这类岩体常以软硬岩层相间的互层形式出现。岩体中的结构面以层理面为主，并有层间错动及泥化夹层等软弱结构面发育。层状岩体的变形破坏主要受岩层产状及岩层组合等因素控制，其破坏形式主要有：沿层面张裂、折断塌落、弯曲内鼓等。
（3）碎裂岩体
碎裂岩体是指断裂带、岩脉穿插挤压破碎带和风化破碎加次生夹泥的岩体。这类围岩的变形破坏形式常表现为崩塌和滑动。破坏规模和特征主要取决于岩体的碎裂程度和含泥量的多少。在以岩块刚性接触为主的碎裂围岩中，由于变形时岩块的互相挤压、错动，将产生一定的阻力，因而不易产生大规模塌方。相反，当夹泥量很高时，由于岩块间失去刚性接触，则易产生大的塌方。若不及时支护，将产生大的变形，直至冒顶。
（4）松软岩体
松软岩体是指强烈构造破碎、强烈风化岩体或心境堆积的松散土体。这类围岩的力学属性表现为弹塑性、塑性或流塑性，其变形破坏形式以拱形冒落为主。当围岩结构均匀时，冒落拱的形状较为规则，但当围岩结构不均匀或松软岩体仅构成局部危岩时，则常表现为局部塌方、塑性挤入及滑动等变形破坏形式。
以猫山隧道为例，说明实际中围岩工程地质条件对隧道设计、施工的制约。
工程地质条件：经地质勘探判断，隧道穿山体地段不存在构造断裂。但是岩体中裂隙普遍发育，有一组走向60o―70oEW的剪切裂隙，裂面近于直立，连续性较强，且与隧道轴线近乎平行。隧道进口位于分水垭口东侧坡地，地面坡度较陡，场地狭窄，洞口面向崖门大桥。洞口右侧为分水垭口冲沟，左侧为低山主体，边坡稳定，无不良地质现象。隧道出口位于垭口西侧冲沟部位。冲沟两侧山坡较稳定，无不良地质现象。但在隧道开挖施工中，出现4条为NE60-70，∠70-90，宽1-2m的较大断层，洞身为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类围岩。
施工前设计情况：采用复合式衬砌结构，初期支护以喷锚钢筋网为主要支护手段。Ⅱ、Ⅲ类围岩二次衬砌采用C25钢筋混凝土，衬砌厚度为60cm，Ⅲ、Ⅳ类围岩二次衬砌采用素混凝土（局部设构造网筋），衬砌厚度分别为50cm、40cm。Ⅱ、Ⅲ类围岩均设有仰拱，混凝土厚度分别为60cm和50cm。
实际情况：围岩类别的修正，猫山隧道主体及附属工期初期支护基本是按照预设计图纸进行施工的，但围岩类别与实际相差较大，致使在施工过程中做了大量的变更。预设计图的Ⅱ、Ⅲ类围岩总长度为782m，实际Ⅱ、Ⅲ类围岩只有283m，相差499m；预设计中没有Ⅳ、Ⅴ类围岩，而实际中有499m，占整座隧道围岩的63.8%。
由于围岩的变化，工程量及造价相应也有较大的变化：
（1）工程材料变更：锚杆数量增加1.39倍；钢筋数量增加3.2倍；混凝土数量增加2.75倍。
（2）每延米支护结构造价，按照可比价格计算，每延米Ⅳ、Ⅴ类围岩支护工程造价比Ⅱ、Ⅲ类围岩增加约7.35倍，可见围岩类别的变动对工程的影响很大。
从实践看问题：围岩类别是隧道设计、施工的基本依据，由于预测围岩类别不准，施工中变更设计多，工程造价变动大，给工程投资控制、工程管理带来不小的负面影响。造成这个结果的原因，除了与围岩预测难度较大有关外，还与地质调查工作和隧道设计工作分家有较大关系。所以要提高公路隧道围岩预测的精度，必须创造一个“利益一致、便于协调”的工作环境，使地质调查者与隧道设计者共同努力，才能达到。英国矿业工程学会出版的《岩石地下工程》指出“正确剖析地质情况乃是进行合理设计的一个主要先决条件”，“设计师的职责并不在于精确计算，而在于正确判断”。这些经验是很值得借鉴的。
参考文献
[1]邓江.猫山公路隧道工程技术[M].人民交通出版社，2002.
[2]黄成光.公路隧道施工[M].人民交通出版社，2001.
[3]关宝树.隧道工程设计要点集[M].人民交通出版社，2003.
隧道工程地质篇5
关键词：概念工程地质勘察测绘
中图分类号：U442.2文献标识码：A文章编号：
1、隧道工程地质勘察概念
隧道工程地质勘察是指为隧道工程的设计、施工等进行的专门工程地质调查工作。隧道勘察一般分为初步勘察阶段和定测阶段。初勘阶段主要是调查选线地段的地形、地质构造、岩性、断层、风化破碎带等地质地貌条件。定测阶段是解决设计施工中的具体工程地质问题，主要工作有：1、绘制沿隧道轴线的地质纵剖而图；确定隧道开挖后将遇到的岩层，特别是软弱岩层的具置、性质和宽度；确定围岩不同的稳定性分段以及地下水和有害气体的可能涌出地段等。2、根据岩体稳定程度及其他工程地质条件，提出掘进方式的建议等。
2、考察内容
2、1主要有以下五项：
①搜集研究区域地质、地形地貌、遥感照片、水文、气象、水文地质、地震等已有资料，以及工程经验和已有的勘察报告等;②工程地质调查与测绘；③工程地质勘探见工程地质测绘和勘探；④岩土测试和观测见土工试验和现场原型观测、岩体力学试验和测试；⑤资料整理和编写工程地质勘察报告。
工程地质勘察通常按工程设计阶段分步进行。不同类别的工程，有不同的阶段划分。对于工程地质条件简单和有一定工程资料的中小型工程，勘察阶段也可适当合并。
3工程地质工作特点
3、1以实际实践为第一
工程地质勘察及工程地质侧绘是一个实践性很强的工作,因此,所有原始资料都必须要正确反映自然地质条件的真实面貌,所有分析判断推理都必须要建立在掌握尽可能多而且准确的实际资料基础之上,所有结论都必须要从调查研究中来。要做到三个“必须”，本人亲自实践,亲自调查研究,方能了解掌握更多的第一手资料。
3、2善于发现问题、解决问题
工程地质勘察中,会遇到各种不良地质现象和各种工程地质问题,影响的因素很多,但其中必有某种最主要的因素,起着主导作用。在工程侧绘时,就要抓住主要因素。勘探工作必须有目的,有重点,才能取得较好的效果。
3、3注重对构造地质的调查研究
从区域地质分析,地质构造往往控制着区域地质的岩性、工程地质条件、各种工程地质不良现象,如崩塌、滑坡、岩溶等;另外次要的构造地质现象往往伴随着主导地质构造发生发展。在山区铁路、公路工程地质侧绘中,倘若不重视构造地质的调查与侧绘,也就无法搞清区域地质的发展规律,就会被各种地质现象所迷惑,甚至会导致山区铁路、公路工程地质勘察测绘的失败。
4从工程地质角度看问题
在同一地段,有时候因地质条件不清,或受经济造价、技术条件限制等因素,设计方案确定不了。详细勘察要按不同的构筑物类型进行比较勘察,通过经济技术比较最后选用一种。这样的工程地质勘察工作,一般应同等程度地查明两种以上构筑物的修建条件。构筑物类型及其要点如下:
4、1随道与深挖方的比较
当地形和地质条件较好时,应采用深挖路堑方案通过;当地形与地质条件较差,在深挖路堑施工中易出现无限坡,且其后缘地质条件比较复杂时,或存在表层滑坡,滑动面位置高于路基标高6m以上,开挖路堑不稳定,处理困难时,宜作隧道或明洞通过;半土、半岩质边坡,上覆土层厚度大、与下伏基岩接触面横坡陡,沿其界面易于产生滑坡变形的地段及岩体内存在有软弱夹层、有害结构面,且又顺向线路时,均不宜以路堑通过。
4、2短随道群与长随道比较
地质构造复杂,岩石破碎,风化强烈,岩体稳定条件差时,避免采用短隧道群,易采用长隧道通过;洞身附近可能有大量岩溶水涌出或出现瓦斯、放射性物质等问题时,易采用短隧道群通过,以便加强通风、排除有害气体和减少涌水量
4、3桥和高路路堤比较
当地基土持力层内有较厚的淤泥质软弱土层或透镜体时,不宜作高路基通过;在固体径流来源丰富的溪沟及泥石流发育的沟谷,宜设大孔径桥涵;在稳足性差的滑坡、错落体前缘脚下,开挖墩台基坑,有可能引起滑坡、错落复活时宜采用路堤填方反压。
5、位置的选定
5、1路基位里的选定
挖方路堑位置的选定条件基本与隧道洞口位置的选定条件要求相同;填方路堤应避免置于软弱土层之上,因基底易于沿软弱层产生滑移或挤出。填方路堤还应避免修建在有地下水活动的较陡基岩斜坡上,因为在这种条件下,极易产生岩层滑动。
5、2随道位里的选定
洞口的位置是隧道的关键部位。往往因洞口地表排水不畅、地下水汇集,或洞口位于滑坡、错落体上等不利条件,造成施工受阻,改变设计,工程投资增加。故应结合地形、地质条件来选择洞口位置。
挑选洞口位置,要选择稳定性好的自然边坡,避开各种不良地质现象,尽量避免在洞口开挖和修建中产生边仰坡变形。洞口的边仰坡变形,受当地地形、岩性、构造、自然地质作用和水文地质条件等多方面因素的控制。如在横向陡坡,尤其是岩层倾向坡外的横向陡坡地段,岩体易产生错落坍塌;负地形地段,构造破碎、风化强烈,且利于地表水汇集,易受冲刷、浸润,产生坍塌;岩堆、滑坡、错落体或崩塌体内及危石、落石可能发生崩塌地段的下部;有地下水活动的软弱岩层、风化层、第四系覆盖层及断层破碎带、风化软弱带等都不宜设置洞口。
5、3桥梁及洒洞位里的选定
不稳定的山坡;滑坡、错落、崩塌等不良地质体及泥石流沟;断裂破碎带、陡坡地段,向坡外倾斜的软弱岩层、夹层及有害结构面的岩体,应避免设置墩台。
6、工程地质侧绘的重要性
地质侧绘是从宏观到微观、从现象到本质,由定性到定量观察分析问题的方法。
比如位于山西省阳泉市西郊的石太高速公路北茹双线隧道,全长4.2km,是全线重要的控制性工程。该隧道穿越一条走向NE300,倾向SE,宽约25m的正断层,且沿断层方向的陡坎边沿有泉水出露。为迅速查明隧道的工程地质条件、水文地质条件,我们展开了大面积的地质侧绘。从地层的岩性、产状,节理的发育程度、主要节理方向及断层的走向、倾向、宽度,到泉流量的观测记录,隧道范围内的土石分界,进出口自然边坡率、植被发育程度等等作了大量细致的测绘工作。在侧绘的基础上,对原计划工作量进行了调整,共减少勘探量2孔l80m,缩短了勘测周期。经施工验证,地质资料准确无误。由此可见,工程地质测绘在工程勘侧中的重要性。
7、实验室试验及现场原位测试
获得工程地质设计和施工参数，定量评价工程地质条件和工程地质问题的手段，是工程地质勘察的组成部分。室内试验包括：岩、土体样品的物理性质、水理性质和力学性质参数的测定。现场原位测试包括：触探试验、承压板载荷试验、原位直剪试验以及地应力量测等（见岩土试验、工程地质力学模拟）。
设计建筑物规模较小，或大型建筑物的早期设计阶段，且易于取得岩、土体试样的情况下，往往采用实验室试验。但室内试验试样小，缺乏代表性，且难以保持天然结构。所以，为重要建筑物的初步设计至施工图设计提供上述各种参数，必须在现场对有代表性的天然结构的大型试样或对含水层进行测试。要获取液态软粘土、疏松含水细砂、强裂隙化岩体之类的、不能得到原状结构试样的岩土体的物理力学参数，必须进行现场原位测试。
8、结语
以上工作主要是在论证建筑物的施工设计的详细勘察阶段进行，工程地质作用的观测则往往在施工和建筑物使用期间进行。长期观测取得的资料经整理分析，可直接用于工程地质评价，检验工程地质预测的准确性，对不良地质作用及时采取防治措施，确保工程安全。
参考文献:
l铁道部第一设计院.铁路工程地质手册.北京:中国铁道出版社,1999.
2乔平,柳忠杰,李德柱.工程地质勘察信息资源研究与应用[J].铁道工程学报.2007(02)
隧道工程地质篇6
关键词：深埋隧道工程；灾害地质；高压涌水
1工程概况
太行山高速公路邯郸东坡隧道位于武安市岭底村南、七水岭村东、涉县东坡村东北处。隧道为分离式特长隧道，隧道工程总施工长度为3134m。左幅为ZK38+624~ZK41+740，长3116；右幅为K38+642~K41+776。最大埋深为176m。本文以此工程为例，对深埋隧道工程主要灾害地质问题进行分析和探讨。
2深埋隧道中的高地温难题
深埋地下隧道的工程中，地质问题是需要进行探索和研究的关键领域，最先要通过预测天然地温，一旦地温超过30℃一般将其称之为高地温。高地温不仅会恶化深埋隧道作业的环境，还会严重降低工人的劳动生产率，甚至会对现场施工人员的生命造成极大危害。此外，对深埋隧道施工材料选取的难度也相应增加[1]。然而，地温值是随着地下工程埋深在不断变化的，但地下工程的最大埋深和地温值的增加关系不是呈线性的，因为造成这种深埋隧道中的高地温问题的原因主要是地下水活动以及近期岩浆活动中放射性生热元素含量较高等。
3深埋隧道与岩爆的高地应力问题
在深埋地下隧道的工程中，其中一个突出的地质难题就是岩爆问题。地下隧道工程埋得越深，其地应力就会越高。深埋隧道工程和近地表工程的不同之处除了具有较高的水平构造应力外，最主要取决于围岩出现的高地应力。它不仅在硐侧壁引起高压应力，还导致硐顶部出现高拉应力，这样会导致硐室围岩不稳定，埋下隐患。由于高地应力的存在，一些黏性土含量较高，而硬岩含量较低的围岩就会产生被塑性挤出的可能。高地应力不断释放，地下隧洞就会发生变形，往往会出现隧洞短时间内突然变小的异常现象。就好比从掌子面距离正洞30m开始，洞身变形的长度有40m，起初的支架保护结构破坏就会非常严重，通过测量计算，隧洞拱顶的下沉在10~20cm之间，隧洞的拱脚和边墙也出现不同程度的挤压和移位，甚至还有混凝土开裂的情况[2]。这时就需设计一套科学有效、刚柔结合、综合治理的施工方案。为克制高地应力，考虑使用约1万根超长锚杆，要求总长超过11×104m，把地下隧洞中的断面改成环形成拱，做到先柔后刚、先放后抗的设计要求。岩爆受影响的原因有地震爆破，也有相邻岩爆或机械等外因动力的振动，但其中影响岩爆的最基本原因是岩石的结构特征。经过大量的数据分析发现，岩石颗粒排列呈定向排列还是随机排列，岩石是胶结连接还是结晶连接，是钙质胶结还是硅质胶结，这最终关系着岩爆烈度的强弱。例如：（1）随机排列的花岗岩、闪长岩等岩石的岩爆烈度，会比片麻岩、花岗片麻岩、糜棱岩等具有定向排列的围岩颗粒更强一些；（2）结晶连接的深层岩浆岩石中的岩爆烈度比胶结连接的沉积岩强；（3）具有硅质胶结岩石的天生桥二级水电站引水隧洞比关村坝的隧道中钙质胶结岩石的爆烈度强。
4深埋隧道中的高压涌水难题
深埋地下隧道的施工过程中，除了高地温以外，涌水问题也成为隧道运营中亟待解决的又一难题。由于地质条件复杂，隧道通过的地段会挖掘出很多水流量大的地质单元，一般就会出现涌水量大或水头压力高的情况。地下水水压在深部岩体中极高时，就会导致岩体水力劈裂。这就说明在高水头压力的作用下，在岩体的突水点附近，岩体断续裂隙、裂缝是朝着某个方向的，受网状交织的构造裂隙影响，经过融合后发生扩展的裂隙、空隙最终张裂开来。随着隧道深部岩体涌水量越来越大，地下水水压越来越高，会导致深埋隧道工程围岩水力劈裂。一旦出现水力劈裂的情况，就会迅速连通裂隙，空隙的张裂程度就会越来越大，涌水的渗透力会越来越强。再加上动水压力的影响，裂隙会再扩展，而使在裂隙面上的充填物发生剪切变形和位移。不论是在深埋隧道工程中还是在浅埋隧道中，容易发生的地质灾害主要表现为断层破碎带，岩体不整合接触面和结构不利组合段造成的塌方、地震，还有瓦斯爆炸、有害气体以及溶岩塌陷、泥屑流等[3]。其中，瓦斯爆炸主要指甲烷CH4在相对封闭的煤系构造地层中，由冲击波的产生、剧烈的氧化作用而导致的爆破，其灾害性极强。
5基岩裂隙水
5.1基岩裂隙水的含义
只有储存在坚硬岩石裂隙中的非可溶性地下水，才被统一归纳在基岩裂隙水的传统范畴中，根据含水介质的基础特征，可以将地下水分为空隙、裂隙、岩溶3种，但并非在地下水、岩石以及岩石中的空隙这3者之中产生对应关系。贮水空隙系统具有双重空隙介质，在地下水勘探中，关于贮水空隙类型还探索到了新的领域。基岩裂隙水主要存在于受符合地质构造条件的属坚硬或半坚硬的岩石所控制的以裂隙为主的贮水空间，是具有运动、富集规律的地下水。不管是溶蚀裂隙地下水在可溶性岩石中的部分，还是孔隙裂隙水中的半坚硬岩石，都属于基岩裂隙水，而它与其他类型地下水的基本区别，关键在于是不是受地质构造因素的严格控制。岩石含水的裂隙有成岩裂、构造裂和风化裂，主要是依照它的成因来划分的。如果非要与风化裂隙水和成岩裂隙水作比较，那么水源集中、水量较大的必定是构造裂隙。
5.2基岩裂隙水的特点
由于主控因素作用，不同的蓄水构造中分布、富集基岩裂隙水的基本规律和决定主控的因素也基本相同，具有独特的分布和运动规律。我国基岩裂隙水富集的基本特色理论就是蓄水构造系统，其主要特点如下。（1）基岩裂隙水具有复杂多样的埋藏和分布形态。将储存、运移基岩裂隙水的空间和通道，叫做岩石裂隙。基岩裂隙的大小和基岩裂隙的形状，以及控制埋藏和分布裂隙发育带的产状，都是受地质构造、地层岩性、地貌条件等影响的。埋藏、分布不均匀的基岩裂隙水，大多具有不规则的含水层、多种多样形态、分布呈带状的特点[4]。比如用脆性和塑性这两种地层做比较，会产生较强的赋水性。若裂隙发育在褶皱构造中，像褶皱轴、转折、背斜倾伏等处，富水段的形成就会比较容易，而压性断裂破碎带中的赋水性是比较差的。（2）复杂的基岩裂隙水中，由于储存空间中不均匀的介质，埋深程度不同的同一含水层，其地下水的运动状态也各有不同。对于岩石中所要形成和分布的空隙，最基础的因素是地质构造，主要表现在：岩石裂隙的发育和裂隙水的储存都是受地质构造和地层岩性所影响，其中，基岩裂隙水的运动规律也被地质构造所牵制。由于地下水面的不同，即便是在基岩相同的裂缝水中，也是有时而出现无压水，时而出现承压水的情况[5]。层流、管道流、紊流、明渠流水是在岩石裂隙、溶洞的特殊形态作用下形成水运动的不同状态，因此，基岩裂隙水的不均一性以及强烈的方向感，是导致裂隙岩体的透水复杂多样、不具有规律性的根本原因。
6结论
在深埋地下隧道的工程中，比较突出的几大地质难题包括高地应力及岩爆问题、高压涌水突水问题、高地温问题等。此外，还有像地震震害、瓦斯有害气体爆炸以及涌水突泥、围岩塌方、岩溶塌陷、泥屑流等。于是，在这个复杂的、系统的深埋隧道工程中，关于灾害地质的研究，对隧道工程能否顺利开展是关键的一步，在隧道工程施工前应按照隧道工程的各方面具体情况，采取有效、有针对性的防御措施。
参考文献：
[1]重庆交通科研设计院.公路隧道设计规范：JTGD70—2004[S].北京：人民交通出版社，2004.
[2]上海市隧道工程轨道交通设计研究院，清华大学.隧道工程防水技术规范：CECS370—2014[S].北京：中国计划出版社，2014
[3]孙赤.锦屏二级深埋隧道大理岩段突水破坏机理研究[D].成都：成都理工大学，2014.
[4]王洪新.土压平衡盾构刀盘开口率选型及其对地层适应性研究[J].土木工程学报，2010（3）：88-92．
