浅析工程地质条件在隧道勘察中的重要性

罗小松

(贵州省交通科学研究院股份有限公司)

1 工程地质条件对于隧道建设的重要性分析

对于隧道工程项目建设而言，最关键的目标就是要确保隧道工程项目建设安全、快速、经济的完成建设，但是隧道工程项目建设隐蔽性较强，因此建设中存在着较多的复杂性与不可预见性。由于隧道设计方案不合理或者是施工技术方案选择不当，造成一些工程项目在建设实施期间经常出现隧道塌方、隧道冒顶、突泥涌水、山体开裂或者是偏压等工程地质灾害，造成严重人员伤亡事故发生，同时也增加了隧道继续施工作业的难度。针对由于复杂地质构造有可能造成的地质灾害问题，做好隧道工程项目建设设计、施工方案优化与防范处理，已经成为隧道工程项目建设的关键内容，依靠对隧道工程进行实地的地质勘查、水文勘察与地质构造理论分析、数值模拟，已经成为隧道项目设计施工方案制定的主要依据，同时也是防范隧道工程项目建设地质灾害问题的关键措施。

2 工程项目概况

(1)地理位置及交通条件。隧道位于桐梓县娄山关，隧道进口位于娄山关林场，出口位于娄山关上湾村，交通较为方便。

(2)气象、水文。隧道区属亚热带季风性湿润气候，，年均气温14.72 ℃，极端最高气温为37.5 ℃，极端最低气温为－6.9 ℃，年活动积温4 504.7 ℃，年平均无霜期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。隧址区属构造剥蚀溶蚀中山沟谷地貌区，地形起伏较大，横向冲沟、山洼深切等不良地貌发育，隧道进、出口地形相对较缓。

(4)地层岩性。隧道区上覆粘土及少量回填土，下覆基岩分别为强风化与中风化白云岩。

(5)地质构造。隧道地层稳定，隧道与断层小角度相交，岩体呈单斜产出，岩层产状进口75°∠13°，出口53°∠23°。

(6)地震情况。工程区地震动峰值加速度为0.05 g，反应谱特征周期为0.35 s。相当于地震基本烈度六度。

(7)水文地质。钻孔中未见地下水，结合地形地貌，岩性和地质构造特征分析判断，隧址地下水类型为覆盖层孔隙水、碳酸盐岩岩溶裂隙水，地下水补给来源为大气降水。

3 岩土体工程地质特征及围岩等级划分

(1)土体的工程地质特征。主要为含碎石粘土与填筑土两层，含碎石粘土呈褐、黄褐色，碎石以强风化白云岩为主，分布在进出口及隧道洞身表层，厚度总体较薄，钻探揭示厚1.8 ～4.8 m;填筑土呈杂色，主要以白云岩碎块石夹粘土为主，表层0.5 m 为混凝土地坪，分布在出口处，钻探揭示厚5.6 m。

(2)岩体的工程地质特征。强风化白云岩节理裂隙极发育，节理裂隙粘土充填，岩体破碎，岩芯呈沙状，钻探揭露厚3.3 ～6.9 m，软石Ⅳ级;中风化白云岩呈灰绿色块状，细至中粒结构，微节理裂隙发育，质硬，岩体较完整至较破碎，次坚石Ⅴ级。

(4)隧道围岩分级。隧道围岩分级采用现行《公路隧道设计规范》中的围岩质量指标BQ 值判别法。计算公式如下所示

围岩基本质量指标BQ=90 +3Rc+250Kv

围岩基本质量指标修正值［BQ］=BQ－100(K1+K2+K3)

式中:K1、K2、K3分别为地下水，主要软弱结构面，初始应力状态修正系数;Kv为岩体完整性系数;Rc为岩石饱和单轴抗压强度。经计算分析主要设计参数见表1 所示。

表1 围岩级别划分表

4 地质构造对隧道工程项目建设的影响分析

娄山关断裂:位于桐(梓)遵(义)公路一线，南与新士沟断裂相连(遵义幅)，断裂经娄山关、南溪口、狮溪沟将红花园断裂切割，北端于彭家湾铁路附近的寒武系娄山关群白云岩中消失，区内长约13 km。断面倾向东或西，倾角80° ～85°，两侧地层均为寒武、奥陶、志留系。断面微曲、平整光滑。东盘为细小的条带状角砾状白云岩;近断面处构造岩细腻，远之则呈细小鲕粒状到豆状，再过度到具有一定球度的次棱角状。破碎带宽3 ～5 m，断距50 ～100 m。断裂与隧道轴线呈小角度(27°)交于K2 +517 处，为一条压扭性断裂，构造角砾岩密实、坚硬，为一区域稳定性断裂，对隧道影响较小，施工开挖中需注意防范透顶、垮塌等。

5 隧道稳定性分析

5.1 隧道进、出口工程施工的影响

(1)进洞口边坡稳定性评价。进口上覆含碎石粘土、强风化白云岩，岩体极破碎，隧道地表无水体，无拉裂、崩塌现象，坡形完整，自然状态下边坡稳定。结合地形、地质条件综合分析判断仰坡开挖为切向坡，无外倾结构面，岩体较破碎，完整性较差，易形成层面与裂隙组成的楔形体剪切与崩塌。

(2)出洞口边坡稳定性评价。隧道出口上覆含碎石粘土、回填土，下覆强风化白云岩，岩体节理裂隙发育，岩体破碎，未见拉裂、滑塌等失稳现象，坡形完整，自然状态下边坡稳定。结合地形、地质条件综合分析判断仰坡开挖为切向坡，无外倾结构面，开挖边坡为层状斜向结构，易形成层面与节理组成的楔形体滑动成崩塌。

(3)洞口工程措施建议。进、出口上覆粘土，厚3.5 ～5.6 m，强风化白云岩厚3.6 m ，表层风化强烈，岩体破碎，建议采用1∶0.75 ～1.0 的坡率，采用框架锚杆防护。进、出洞口仰坡均应设置截、排水沟。

5.2 对于隧道洞身施工的影响

(1)K1 +610 ～K1 +840 段:该段为Ⅴ级围岩，围岩为松散覆盖层、强至中风化白云岩，岩体节理裂隙极发育，岩质软，物探显示岩体破碎至极破碎。物探测试Vp= 500 ～2 400 m/s，Rc=8.0 MPa，Kv=0.18，BQ=159。点滴状出水，围岩自稳能力差，拱顶及侧壁易坍塌。可采用双侧壁导坑法开挖，辅以管棚超前支护，采用整体式衬砌施工支护。

(2)K1 +840 ～K2 +030 段:该段为Ⅳ级围岩，围岩为中风化、微风化白云岩，岩体节理裂隙较发育，岩质坚硬，物探显示岩体破碎至较破碎。物探测试Vp=2 400 ～3 000 m/s，Rc=63.51 MPa，Kv=0.25，BQ=343。点滴状出水，开挖局部掉块，围岩级别为Ⅳ级，总体稳定性较差。可采用全断面开挖，复合式衬砌施工支护。

(3)K2 +030 ～K2 +430 段:该段为Ⅲ级围岩，岩性为中至微风化白云岩，岩体节理裂隙发育，岩质坚硬，岩体较破碎至较完整。物探测试Vp= 3 000 ～3 600 m/s，Rc=63.51 MPa，Kv=0.38，BQ =375.5。点滴状出水，开挖偶掉块，可采用全断面开挖，复合式衬砌施工支护。

(4)K2 +430 ～K2 +730 段:该段为Ⅳ级围岩，岩性为中风化白云岩及断层破碎带，岩体节理裂隙较发育，岩质坚硬，受断层影响，岩体破碎至较破碎。物探测试Vp=2 300 ～3 000 m/s，Rc=63.51 MPa，Kv=0.24，BQ =340.5。点滴状出水，断层破碎带易突水，形成股流状，开挖局部掉块。建议采用台阶法开挖，采用复合式衬砌施工支护。

(5)K2 +730 ～K2 +880 段:该段为Ⅴ级围岩，围岩为强至中风化白云岩，岩体节理裂隙极发育，岩质软，物探显示岩体破碎至极破碎。物探测试Vp= 500 ～2 000 m/s，Rc=8.0 MPa，Kv=0.17，BQ =156.5。点滴状出水，围岩自稳能力差，拱顶及侧壁易坍塌。可采用双侧壁导坑法开挖，辅以管棚超前支护，采用整体式衬砌施工支护。由于该段为娄山关景区停车场，该段隧道埋深仅12 ～16 m，填筑土厚5 ～8 m，隧道开挖易冒顶，建议该段设置明洞通过。

6 结 语

地质条件对于隧道项目建设施工具有重要的影响作用，同时也是隧道工程设计施工的主要依据。为了确保隧道工程施工作业安全实施，避免各种隧道施工地质灾害问题的发生，在隧道工程地质勘察设计阶段，应该综合采用多种勘探方法，重点对隧道施工区域的覆盖层厚度、地层岩性、岩体风化程度、水文地质和工程地质特征等进行详细勘察，进而对隧道施工区域的岩体完整性及场地稳定性进行评价分析，为隧道工程施工图的设计优化提供有力的依据。

［1］孙英勋.CSAMT 法在高速公路长大深埋隧道勘察中的应用研究［J］.地球物理学进展，2005，20(4):1184－1189.

［2］志清，张顶立.隧道病害地质雷达检测结果自动处理系统［J］.隧道建设，2005，(25):80－84.

［3］吕乔森，罗学东，任浩.综合超前地质预报技术在穿河隧道中的应用［J］.隧道建设，2009，29(2):189－193.