地质编录在隧道施工中的应用

摘要：文章中的隧道工程主要应用一般地质编录和综合地质编录进TBM施工中的地质编录工作。根据现场实际施工，结合某工程地质工作相关要求，介绍了在TBM施工中地质编录的步骤及所得出的一些结论，希望对TBM施工中地质工作提供相关经验。

关键词：地质编录；TBM施工；碴体分析；隧道施工

中图分类号：P534

文献标识码：A

文章编号：1009-2374(2009)17-0164-02

某隧道工程主要为太古代及中生代地层，岩性主要为太古代混合岩，节理裂隙发育，洞室部位岩体的完整程度受地形地貌、岩性、风化程度、地质构造、埋深、地应力等影响较大，不同部位岩体的完整程度有很大差异。区内存在一大型压扭性断层，主要岩性为太古代混合岩，破碎带由断层泥、构造角砾岩、构造片岩、碎裂岩、压碎岩等组成，对洞室稳定影响较大。因此，在隧道施工中必须做好施工地质编录，进而充分预测不利地质条件，才能采取有效的预防措施，防止塌方、卡机、隧洞变形和TBM下沉等不良后果，以免造成工期延误和费用增加。

一、施工地质编录

(一)施工地质编录的内容

地质编录是编录施工揭露的各种地质现象，为评价已开挖围岩特性提供参考并为TBM掘进提供建议。隧道施工中地质编录主要包括下列内容：

1、地层时代、岩石名称、单层厚度、产状、岩性变化及分界线；软弱夹层的产状、厚度及其性状等特征；岩脉名称、产状、厚度、充填、泥化程度和破碎情况。

2、断层的出露位置、产状、性质、宽度(或厚度)、断距、延伸情况，断层带物质组成及性状，影响带情况；层间错动的出露位置、产状、性质、宽度(或厚度)，错动带物质组成及性状等特征。

3、主要节理裂隙的产状、长度、宽度、充填物质、裂面起伏粗糙程度、相互割切组合关系，尤其是对岩体稳定有影响的节理裂隙。

4、岩体风化程度、深度、类型、特性及风化分带，特别是沿软弱夹层和节理裂隙密集带的风化深度与性状。

5、岩体透水性，地下水出露位置、活动情况、出露形态、压力水头、流量、水温、携出物、化学溶蚀和沉淀情况、补排关系等。

6、因施工开挖引起的岩体卸荷回弹、张开、地基岩体变形及破碎现象等。

(二)采用TBM施工的隧道地质编录

根据TBM施工特征和编录内容，可将地质编录划分为以下三种类型：

1、—般编录：在TBM掘进过程中，根据皮带机上的渣料和掘进参数鉴定围岩，此时对围等类别和地质特征鉴定的准确性要差些。

2、综合编录：通过掌子面直接观察围岩和对已开挖洞段的围岩特征进行分析，结合渣料和TBM掘进参数特征，对围岩进行综合编录。

3、专项编录：即超前钻探地质编录。

(三)地质编录的步骤

1、现场资料收集。结合某工程所经洞段的区域地质特征和所选TBM自身的特点，选用合适的地质编录方法，并分析地质编录资料，为施工提供必要的指导建议是本工程地质工作的主要任务。本工程主要应用一般地质编录和综合地质编录进行TBM施工中的地质编录工作。(1)熟悉工程区域地质概况，了解本标段所处的地层特性，重点根据区域地质资料掌握TBM掘进过程中所可能遇到的不良地质地段；(2)配备专业的地质工程师，在编录过程中详细掌握已开挖出露的围岩特性及结构面之间的关系；(3)进入TBM工作面，首先辨别所开挖出露的围岩中所含矿物，并判断其岩性，并速描出揭露洞段的结构面的产状、结构，不良地质体的影响范围及各结构面和不良地质体之间的关系，并详细描绘出各组结构面之间的间距、延伸性、粗糙度和张开度。按要求选取典型洞段，统计其中结构面组数，计算其体积节理数。判断围岩中所侵入的岩脉名称、产状、厚度、充填、泥化程度和破碎情况，以及岩脉侵入过程中对围岩稳定造成的影响；(4)在编录过程中，重点标出洞室围岩的各个出水点，并统计其水量及分析其对洞室产生的影响；(5)总体观察已开挖洞段，描绘出整段洞室的优势结构面，重点描绘洞室所揭露的贯穿性大的节理、断层性质及断层间充填的物质、风化程度、张开度和渗露度等；(6)分析碴体情况，一般按薄片状碴体、次块状碴体、块状碴体和大块状碴体分类，并大致统计其各自所占的百分率。选择一定数量大小的碴体，送至中心实验室进行点荷载实验，得出其强度。

2、室内资料编录。(1)现场资料收集完成后，在室内根据经验公式及相关规范和标准要求对资料进行整理。确定所开挖出露围岩岩性，分析岩石强度对围岩的影响程度；(2)通过统计现场的体积节理数并结合后期通过声波物探测试所得到的围岩的完整性系数，结合围岩强度得出岩石完整性对围岩稳定性的影响程度；(3)对现场已开挖洞段的结构面进行详细统计，并以线状图的形式做出速描；局部发育对洞室稳定有较大影响或认为比较典型的洞段以投影图的形式进行速描。在室内通过归纳整理，用CAD画图程序转换成电子格式并标上序号。在统计洞段的各组结构面中，选择典型的能体现出该洞段特征的结构面作为主节理；利用该条结构面的产状和性质分析该段洞室的围岩稳定性。在对现场所出现的对围岩稳定性影响较大的结构面产状统计得出结论：走向近平行洞线，高倾角的结构面与走向近垂直洞线，高倾角的结构面的组合在拱腰部位对围岩稳定影响较大；走向近平行于洞线，高倾角的结构面与走向近垂直洞线，缓倾角的结构面组合，在拱部或拱腰部位对围岩稳定影响较大；(4)根据现场统计的地下水出水点和地下水流量判断地下水的活动状态得出地下水活动对洞室稳定的影响；(5)对于出现断层的洞段还需附对断层性质及断层对洞室影响程度评价的断层卡片，以便详细体现洞室整体的特征；(6)将各个因素综合分析，判断洞室围岩类别，对施工提出施工指导和支护建议；(7)做出书面的地质预报，下发至施工现场指导施工。将所有包括地质预报、节理裂隙统计表、隧洞施工地质编录、围岩工程地质分类、围岩强度试验数据等汇编成册，得出最终的地质编录资料存档。

(四)TBM掘进碴体分析

在施工过程中，还可以通过对TBM开挖过程中所输出的碴体进行简单的地质分析，以作为对以上地质编录的补充和支持。

碴体所提供的地质信息也是非常丰富和详细，通过对碴体的详细观察和描述可以得出开挖洞室的岩性及其特征、节理的发育程度及其张开程度和充填物质的性质以及前方有无断层等信息。本文仅对开挖I～V类围岩时所输出的碴体进行统计归类，得出如下结论：

1、I、Ⅱ类围岩碴体主要为粉末状和均匀的小片状，极少或偶见块状。岩粉成分及粒度均匀，通常为细粒级至粉粒级。但当围岩强度高时，渣料中岩石含量较低，岩粉增多。

2、Ⅲa、Ⅲb类围岩碴体以片状为主，片径较小(一般小于20cm)且厚度不大，但较I、Ⅱ类围岩碴体大小及厚度有所增加；块状碴体仍然较少。岩粉粒径均匀程度较1、Ⅱ类围岩差，且有少量风化物及充填物。

3、Ⅳ类围岩碴体中岩石含量变化范围较大，且受节理密度和风化程度影响较大。该类围岩块状碴体所占比例明显增高，且粒径不均匀，片状碴体厚度增大；岩粉和细粒物质含量低，且其中明显可见风化物。

二、结语

TBM掘进过程中的施工地质编录工作是一项复杂而又系统的工作。TBM的施工特点对现场地质工作有一定影响：首先是TBM刀盘有一个长度为4m的护盾，这就使地质人员无法观察了解掌子面的地质现象或信息；其次是TBM正常掘进时，渣体一般为碎块及粉末状，寻找合适的点荷载试件不易，且试件已受到滚刀和刮板的剧烈扰动后，强度会有所降低，造成与实际值的偏差。所以TBM施工中的地质工作还需要一定的时间来进行完善，通过现场实践来更好的进行施工地质工作。

参考文献

[1]许建业，梁晋平，靳永久，王万斌，隧洞TBM施工过程中的地质编录[J]，水文地质工程地质，2006，(16)

[2]邓争荣，龚文慈，尹春明，水利水电工程施工地质中编录测绘成图方法综述，长江工程职业技术学院学报，2006，23(1)

作者简介：李占平(1984一)，男，河南开封人，河南煤业化工集团栾川龙宇钼业有限公司助理工程师，研究方向：有色金属地质。