山嶺隧道工程地質(zhì)勘察的問題探析

杜紅巖

（大連公路集團有限公司金州分公司，遼寧 大連 116100）

山嶺隧道是為縮短距離和避免大坡道而從山嶺或丘陵下穿越的建筑物。它在地層中修建，無論是選擇位置，還是設計與施工都與地質(zhì)條件有著密不可分的關系。地質(zhì)條件主要包括地質(zhì)構造、巖層性質(zhì)與產(chǎn)狀、風化程度與裂隙發(fā)育程度等。隧道所處的深度受地層含水、地型起伏、地溫、有害氣體等情況的影響，所以在隧道的勘察工作中，要對多加重視，做好工程地質(zhì)調(diào)查、測繪工作。

1 隧道位置與洞口位置的選擇

1.1 隧道位置選擇

1.1.1 隧道位置選擇的一般原則

在修筑隧道時，出現(xiàn)斷層破碎帶或較大的斷層的地帶最好避開，如果無法避開時，最好與斷裂帶垂直或以一定的角度斜交。在新構造運動活躍地區(qū)，應避免通過主斷層或斷層交叉處；在傾斜巖層中，隧道應盡量垂直巖層走向通過；在褶曲巖層中，隧道位置應選在褶曲翼部；隧道應盡量避開含水地層、有害氣體地層、含鹽地層與巖溶發(fā)育地段。隧道一般不應在沖溝、山洼等負地形地段通過，因沖溝、山洼等存在，反映巖體較軟弱或破碎，并易于集水。

1.1.2 巖層產(chǎn)狀與隧道位置選擇

水平巖層：在緩傾或水平巖層中，垂直受壓嚴重，對洞頂不利，而側壓力小，對洞壁有利。若巖層薄，層間聯(lián)結差.洞頂常發(fā)生坍塌掉塊。因此隧道位置應選擇在巖石堅固，層厚較大、層間膠結好，裂隙不發(fā)育的巖層內(nèi)。傾斜巖層：當隧道軸線與巖層走向平行時，若隧道圍巖層厚度較薄時，層間聯(lián)結會較差，則隧道兩側邊墻所受側壓力不一致，會出現(xiàn)邊墻變形破壞的現(xiàn)象。因此隧道位置應選在巖石堅固、層厚大，層間聯(lián)結好的同一巖層內(nèi)。當隧道軸線與巖層走向垂直時，巖層在洞內(nèi)能形成穩(wěn)定性好的自然拱，這是隧道布置的理想方式。若巖層傾角小而裂隙又發(fā)育時，則在洞頂被開挖面切割而成的楔形巖塊易發(fā)生坍落。

1.1.3 地質(zhì)構造與隧道位置選擇

褶皺構造：當隧道軸線與褶皺軸平行時，沿背斜軸或向斜軸設置隧道都是不利的，因為褶皺地層在受到猛烈的擠壓和伸縮，會出現(xiàn)巖層破碎洞頂坍落，且在褶皺內(nèi)經(jīng)常會有大量的地下水，對隧道造成一定的危害，所以應選擇在褶皺兩翼的中部修建隧道。向斜地層呈倒拱狀，巖層被切割成上小下大的楔體，最易形成洞頂坍落，且常有大量的承壓地下水，因此應盡量避免橫穿向斜褶皺打隧道。斷層：當隧道通過斷層時，由于巖層破碎，地層壓力大，對穩(wěn)定極為不利，而且由于斷層常常是地下水的通道，對隧道的危害極大，故此，應當盡量避免。

1.2 洞口位置選擇

洞口位置選擇應保證隧道安全施工和正常運營，根據(jù)地形、地質(zhì)條件，著重考慮邊坡及仰坡的穩(wěn)定，并結合洞外工程及施工難易情況，分析確定。一般情況宜早進洞晚出洞。在穩(wěn)定的陡峻山坡地段，一般不宜破壞原有坡面，可貼坡腳進洞。在有落石時，則應延長洞口，預留落石的距離。隧道洞口應盡量避開褶曲軸部受擠壓破碎嚴重，為構造裂隙切割嚴重的地帶，以及較大的斷層破碎帶，因為這些地段容易造成崩塌、落石與滑坡等不良地質(zhì)現(xiàn)象。隧道洞口應盡量選擇巖石直接露出或坡積層較薄，巖體完整、強度較高的地段。

2 地下水、地溫及有害氣體

2.1 地下水

涌水和浸水是地下水對隧道的主要影響。隧道涌水隧道穿過含水層時，地下水涌進隧道，將會大大增加排水、掘進和襯砌工作的困難。在隧道穿過儲水構造、充水洞穴、斷層破碎帶時，會遇到突發(fā)性的大量涌水，危害最大。在土及未膠結的斷裂破碎帶中，涌水的水壓力和沖刷作用，可能導致隧道圍巖失去穩(wěn)定性。隧道涌水量取決于含水層的厚度、透水性、富水性、補給來源，以及隧道的長度和斷面大小。當預計地下水對隧道的影響較大時，應通過勘探、試驗，查明上述水文地質(zhì)要素，并計算隧道涌水量，作為排水設計的依據(jù)。隧道浸水地下水的活動會使巖石的物理力學性質(zhì)發(fā)生改變，例如會降低巖體強度，加速巖石風化和破壞。地下水在軟弱結構面中活動，可起軟化、潤滑作用，可能會造成巖塊坍塌。例如地層有粘土、無水石膏等，在水的作用下，體積膨脹，地層壓力大大增加。

2.2 地溫

在開挖深埋山嶺隧道時地溫是一個重要問題。一般工人在40℃下才能正常工作，而在潮濕的坑道中，當溫度達到40℃時就不能正常工作，必須采取降溫措施，因此對深埋隧道內(nèi)的溫度應進行預測是很有必要的。在常溫層以下，地溫則隨深度增加而增加。地溫增加l℃所需下降深度(以米計)稱為地溫梯度。地溫梯度受地形起伏、巖層導熱率和含水量、地下水溫度及火山活動等因素的影響，各地不完全相同。根據(jù)地溫梯度，利用下式可近似計算隧道內(nèi)的溫度。

2.3 有害氣體

在開挖隧道時，常會遇到各種對人體有害、易燃、易爆的氣體。在工程地質(zhì)勘探時應注意查明隧道所通過的地層中含有的各種有害氣體，并提出相應的防護措施。

常見的有害氣體：①易燃、易爆炸的氣體，如甲烷(CH4)；②無毒的窒息性氣體，如二氧化碳(CO2)、氮(N)；③易燃的有毒氣體，如硫化氫(H2S)。易燃的有毒氣體溶于水生成淡硫酸液，對隧道初砌的石灰漿、混凝土及金屬有腐蝕作用。

當隧道通過煤系，含油、碳和瀝青地層時，常有碳氫化合物的氣體溢出，特別是甲烷。在含碳地層中開挖隧道時，常會遇到二氧化碳氣體。在硫化礦床或其他含硫地層中，會遇到硫化氫氣體。

3 影響隧道圍巖穩(wěn)定性的主要因素

隧道圍巖是指隧道周圍一定范圍內(nèi)，對隧道穩(wěn)定性能產(chǎn)生影響的巖體。隧道穿越山嶺時，破壞了原有的應力平衡，在隧道圍巖中產(chǎn)生新的應力和變形，這種應力及松動巖層作用在初砌層上的壓力稱為山體壓力。山體壓力是評定隧道圍巖穩(wěn)定性的主要內(nèi)容，也是隧道襯砌設計的工要依據(jù)。下面就影響隧道圍巖穩(wěn)定性的主要因素進行分析。

3.1 地質(zhì)因素

地質(zhì)因素包括巖層產(chǎn)狀、地質(zhì)構造、地下水、地應力，以及地震烈度。地震烈度較高時，地層會出現(xiàn)滑動、斷裂等情況，損壞隧道。一般是破碎巖層比完整巖層影響大，軟弱巖層比堅硬巖層影響大，表層巖層比深層巖層影響大，非均質(zhì)巖層比均質(zhì)巖層影響大，含水巖層比不含水巖層影響大，洞口部位比洞體部位影響大。

3.2 工程因素

工程因素包括隧道的埋深、幾何形狀、跨度和長度，施工方法、圍巖暴露時間及襯砌類型等，這些因素影響圍巖應力的大小和性質(zhì)。例如在隧道施工前勘察工作沒做好，或各方面沒有協(xié)調(diào)好，選擇的施工方法不正確，會圍巖應力，如果做好預防及安全工作很可能導致嚴重的工程事故。

結語

在隧道的地質(zhì)勘察中，工作人員一定要注意工程地質(zhì)的勘察情況，實實在在的做好勘察工作，不放過任何一個點，本著認真負責的原則，確保工程地質(zhì)勘察真實準確，為施工的順利安全進行做好準備，為保證工程質(zhì)量打下良好的基礎。

[1]楊敬源.井壁穩(wěn)定性若干力學問題的研究[D].哈爾濱工程大學,2009.

[2]王勇剛.西南某鐵路隧道地質(zhì)勘察中的幾個問題[J].力學與實踐,2010,(06).

[3]師金鋒,張應龍.超大斷面隧道圍巖的穩(wěn)定性分析[J].地下空間與工程學報,2005,(02).

[4]熊景芷,楊立新.嚴寒地區(qū)山嶺隧道消火栓系統(tǒng)的設計與研究[J].鐵道工程學報,2007,(08).

[5]郭海滿,劉成禹,林瑚旺等.龍廈鐵路象山特長隧道主要工程地質(zhì)問題研究 [J].鐵道勘察,2009,(03).