淺析工程地質條件在隧道勘察中的重要性

羅小松

(貴州省交通科學研究院股份有限公司)

1 工程地質條件對于隧道建設的重要性分析

對于隧道工程項目建設而言，最關鍵的目標就是要確保隧道工程項目建設安全、快速、經濟的完成建設，但是隧道工程項目建設隱蔽性較強，因此建設中存在著較多的復雜性與不可預見性。由于隧道設計方案不合理或者是施工技術方案選擇不當，造成一些工程項目在建設實施期間經常出現隧道塌方、隧道冒頂、突泥涌水、山體開裂或者是偏壓等工程地質災害，造成嚴重人員傷亡事故發生，同時也增加了隧道繼續施工作業的難度。針對由于復雜地質構造有可能造成的地質災害問題，做好隧道工程項目建設設計、施工方案優化與防范處理，已經成為隧道工程項目建設的關鍵內容，依靠對隧道工程進行實地的地質勘查、水文勘察與地質構造理論分析、數值模擬，已經成為隧道項目設計施工方案制定的主要依據，同時也是防范隧道工程項目建設地質災害問題的關鍵措施。

2 工程項目概況

(1)地理位置及交通條件。隧道位于桐梓縣婁山關，隧道進口位于婁山關林場，出口位于婁山關上灣村，交通較為方便。

(2)氣象、水文。隧道區屬亞熱帶季風性濕潤氣候，，年均氣溫14.72 ℃，極端最高氣溫為37.5 ℃，極端最低氣溫為－6.9 ℃，年活動積溫4 504.7 ℃，年平均無霜期265 d。年均降水量1 057.1 mm，多集中在五月至十月。

(3)地形地貌。隧址區屬構造剝蝕溶蝕中山溝谷地貌區，地形起伏較大，橫向沖溝、山洼深切等不良地貌發育，隧道進、出口地形相對較緩。

(4)地層巖性。隧道區上覆粘土及少量回填土，下覆基巖分別為強風化與中風化白云巖。

(5)地質構造。隧道地層穩定，隧道與斷層小角度相交，巖體呈單斜產出，巖層產狀進口75°∠13°，出口53°∠23°。

(6)地震情況。工程區地震動峰值加速度為0.05 g，反應譜特征周期為0.35 s。相當于地震基本烈度六度。

(7)水文地質。鉆孔中未見地下水，結合地形地貌，巖性和地質構造特征分析判斷，隧址地下水類型為覆蓋層孔隙水、碳酸鹽巖巖溶裂隙水，地下水補給來源為大氣降水。

3 巖土體工程地質特征及圍巖等級劃分

(1)土體的工程地質特征。主要為含碎石粘土與填筑土兩層，含碎石粘土呈褐、黃褐色，碎石以強風化白云巖為主，分布在進出口及隧道洞身表層，厚度總體較薄，鉆探揭示厚1.8 ～4.8 m;填筑土呈雜色，主要以白云巖碎塊石夾粘土為主，表層0.5 m 為混凝土地坪，分布在出口處，鉆探揭示厚5.6 m。

(2)巖體的工程地質特征。強風化白云巖節理裂隙極發育，節理裂隙粘土充填，巖體破碎，巖芯呈沙狀，鉆探揭露厚3.3 ～6.9 m，軟石Ⅳ級;中風化白云巖呈灰綠色塊狀，細至中粒結構，微節理裂隙發育，質硬，巖體較完整至較破碎，次堅石Ⅴ級。

(4)隧道圍巖分級。隧道圍巖分級采用現行《公路隧道設計規范》中的圍巖質量指標BQ 值判別法。計算公式如下所示

圍巖基本質量指標BQ=90 +3Rc+250Kv

圍巖基本質量指標修正值［BQ］=BQ－100(K1+K2+K3)

式中:K1、K2、K3分別為地下水，主要軟弱結構面，初始應力狀態修正系數;Kv為巖體完整性系數;Rc為巖石飽和單軸抗壓強度。經計算分析主要設計參數見表1 所示。

表1 圍巖級別劃分表

4 地質構造對隧道工程項目建設的影響分析

婁山關斷裂:位于桐(梓)遵(義)公路一線，南與新士溝斷裂相連(遵義幅)，斷裂經婁山關、南溪口、獅溪溝將紅花園斷裂切割，北端于彭家灣鐵路附近的寒武系婁山關群白云巖中消失，區內長約13 km。斷面傾向東或西，傾角80° ～85°，兩側地層均為寒武、奧陶、志留系。斷面微曲、平整光滑。東盤為細小的條帶狀角礫狀白云巖;近斷面處構造巖細膩，遠之則呈細小鮞粒狀到豆狀，再過度到具有一定球度的次棱角狀。破碎帶寬3 ～5 m，斷距50 ～100 m。斷裂與隧道軸線呈小角度(27°)交于K2 +517 處，為一條壓扭性斷裂，構造角礫巖密實、堅硬，為一區域穩定性斷裂，對隧道影響較小，施工開挖中需注意防范透頂、垮塌等。

5 隧道穩定性分析

5.1 隧道進、出口工程施工的影響

(1)進洞口邊坡穩定性評價。進口上覆含碎石粘土、強風化白云巖，巖體極破碎，隧道地表無水體，無拉裂、崩塌現象，坡形完整，自然狀態下邊坡穩定。結合地形、地質條件綜合分析判斷仰坡開挖為切向坡，無外傾結構面，巖體較破碎，完整性較差，易形成層面與裂隙組成的楔形體剪切與崩塌。

(2)出洞口邊坡穩定性評價。隧道出口上覆含碎石粘土、回填土，下覆強風化白云巖，巖體節理裂隙發育，巖體破碎，未見拉裂、滑塌等失穩現象，坡形完整，自然狀態下邊坡穩定。結合地形、地質條件綜合分析判斷仰坡開挖為切向坡，無外傾結構面，開挖邊坡為層狀斜向結構，易形成層面與節理組成的楔形體滑動成崩塌。

(3)洞口工程措施建議。進、出口上覆粘土，厚3.5 ～5.6 m，強風化白云巖厚3.6 m ，表層風化強烈，巖體破碎，建議采用1∶0.75 ～1.0 的坡率，采用框架錨桿防護。進、出洞口仰坡均應設置截、排水溝。

5.2 對于隧道洞身施工的影響

(1)K1 +610 ～K1 +840 段:該段為Ⅴ級圍巖，圍巖為松散覆蓋層、強至中風化白云巖，巖體節理裂隙極發育，巖質軟，物探顯示巖體破碎至極破碎。物探測試Vp= 500 ～2 400 m/s，Rc=8.0 MPa，Kv=0.18，BQ=159。點滴狀出水，圍巖自穩能力差，拱頂及側壁易坍塌。可采用雙側壁導坑法開挖，輔以管棚超前支護，采用整體式襯砌施工支護。

(2)K1 +840 ～K2 +030 段:該段為Ⅳ級圍巖，圍巖為中風化、微風化白云巖，巖體節理裂隙較發育，巖質堅硬，物探顯示巖體破碎至較破碎。物探測試Vp=2 400 ～3 000 m/s，Rc=63.51 MPa，Kv=0.25，BQ=343。點滴狀出水，開挖局部掉塊，圍巖級別為Ⅳ級，總體穩定性較差。可采用全斷面開挖，復合式襯砌施工支護。

(3)K2 +030 ～K2 +430 段:該段為Ⅲ級圍巖，巖性為中至微風化白云巖，巖體節理裂隙發育，巖質堅硬，巖體較破碎至較完整。物探測試Vp= 3 000 ～3 600 m/s，Rc=63.51 MPa，Kv=0.38，BQ =375.5。點滴狀出水，開挖偶掉塊，可采用全斷面開挖，復合式襯砌施工支護。

(4)K2 +430 ～K2 +730 段:該段為Ⅳ級圍巖，巖性為中風化白云巖及斷層破碎帶，巖體節理裂隙較發育，巖質堅硬，受斷層影響，巖體破碎至較破碎。物探測試Vp=2 300 ～3 000 m/s，Rc=63.51 MPa，Kv=0.24，BQ =340.5。點滴狀出水，斷層破碎帶易突水，形成股流狀，開挖局部掉塊。建議采用臺階法開挖，采用復合式襯砌施工支護。

(5)K2 +730 ～K2 +880 段:該段為Ⅴ級圍巖，圍巖為強至中風化白云巖，巖體節理裂隙極發育，巖質軟，物探顯示巖體破碎至極破碎。物探測試Vp= 500 ～2 000 m/s，Rc=8.0 MPa，Kv=0.17，BQ =156.5。點滴狀出水，圍巖自穩能力差，拱頂及側壁易坍塌。可采用雙側壁導坑法開挖，輔以管棚超前支護，采用整體式襯砌施工支護。由于該段為婁山關景區停車場，該段隧道埋深僅12 ～16 m，填筑土厚5 ～8 m，隧道開挖易冒頂，建議該段設置明洞通過。

6 結 語

地質條件對于隧道項目建設施工具有重要的影響作用，同時也是隧道工程設計施工的主要依據。為了確保隧道工程施工作業安全實施，避免各種隧道施工地質災害問題的發生，在隧道工程地質勘察設計階段，應該綜合采用多種勘探方法，重點對隧道施工區域的覆蓋層厚度、地層巖性、巖體風化程度、水文地質和工程地質特征等進行詳細勘察，進而對隧道施工區域的巖體完整性及場地穩定性進行評價分析，為隧道工程施工圖的設計優化提供有力的依據。

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