第二章 隧道工程地质环境及围岩分级

1、第二章隧道工程地质环境及围岩分级,第一节 隧道工程地质调查与勘测,一、工程地质调查测绘,1.铁路工程地质技术规范的总要求 （1）查明隧道通过地段的地形、地貌、地层、 岩性、构造。 （2）查明隧道是否通过煤层、膨胀性地层及 有害矿体等。 （3）查明不良地质、特殊地质对隧道通过的 影响，特别是对洞口的位置及边坡、仰 坡的影响，提出工程措施意见。,（4）查明隧道附近井、泉的分布情况，并 分析隧道地区的水文地质条件，判断 地下水类型、水质及补给来源等内容。 （5）对于深埋隧道，应做隧道地温升温预测。 （6）综合分析岩性、构造、地下水等有关地 质测绘、勘测、测试结果，分段确定隧 道围岩级别。 （7）在隧

2、道洞口需要接长明洞的地段，应查 明明洞基地的工程地质条件。 （8）查明横洞、平行导坑、斜井、竖井等的 工程地质条件。,成昆铁路的“一线天”周围地形地貌,2.地形地貌调查 主要是查明隧道通过地段的山体自然情况。,沙河梁隧道平面图,3.地层、岩性调查 要查明隧道通过地段的地层时代、地 层程序、地层岩性及岩性变化，查明地层接触关系。 4.地质构造调查 调查的重点是褶皱、断层、节理、侵入体或岩脉等。,5.水文地质调查 隧道所在地段及其附近的井泉点分布、泉水类型及其与其他地质构造的关系，主要含水层隔水层的岩性分布，河流、小溪等的分布对地下水的影响；在岩溶发育区，还要调查岩溶漏斗，暗河的进口及其出口等。

3、6.滑坡、落石、岩堆、泥石流和岩溶地质调查 主要查明不良地质是否存在及其性质，存在的位置及其范围，以及其对隧道施工和隧道本身的影响。,高阳寨隧洞口道发生岩崩滑坡,西汉高速犄角岭隧道段山石滚落,7.地温测定 地温对隧道施工，特别是对深埋隧道施工有很大影响，所以隧道工程地质勘测要进行低温测试，为施工单位提供低温资料。,二、勘测、测试工作要求,（一）铁路工程地质技术规范对勘探测试工作总的要求 1.钻孔布置 钻孔数量不宜小于23个；长度大于3000m的隧道，有条件时，每500700m钻一孔，钻孔布置在隧道中线外68m处，必要时也可在中线上布孔。 2.钻探深度 钻探深度应达到路肩设计高程以下23m，遇到

4、溶洞、暗河及其他不良地质时，应适当加深。,3.钻探过程中遇到地下水，应做好水位记录和观测工作，探明含水层的位置和厚度，并取样做水质分析，判明对混凝土的侵蚀性。 4.为了解隧道通过的岩、土的力学性质，应取代表样品进行试验。 5.对有害矿体和气体，应取样做定性、定量分析。,（二）勘探的阶段及其工作要求 1.初测要求 长隧道、特长隧道、多线隧道、工程地质条件复杂的隧道以及需做代表性设计的隧道，应编制隧道路线方案工程地质纵断面图，分段提供隧道围岩分级。 水文地质、工程地质条件较复杂，长度超过2000m控制线路方案的越岭隧道，应充分利用卫片、航片判释，作大面积地质测绘。,2.定测要求 不论是一般隧道、长

5、大隧道或者地质复杂的隧道，均应进行单独的工程地质勘测工作，编制单独供点的图表资料。,第二节 施工地质超前预报,一、地质超前预报的内容,地质超前预报的内容包括： 1.隧道所在地区的地质分析与宏观地质预报； 主要是预报开挖面前方的围岩级别和稳定性；调整支护类型 2.隧道洞身不良地质及灾害地质预报； 主要是预报开挖面前方的岩性变化和不良地质体的情况（范 围、规模、性质及突水、突泥、坍塌、岩爆等） 3.重大施工地质灾害临警预报。 建立前方可能引发的大规模突水、突泥坍塌等重大地质灾害 临警预报系统,二、地质超前预报方法,（一）地质分析法 （二）超前平行导坑预报法 （三）超前水平钻孔法 （四）物理探测法

6、（五）特殊灾害地质的预测方法,下一页,（一）地质分析法,地质调查与推断是隧道地质超前预报的最基本方法。对地质资料进行调查分析与推断，观察洞内涌水量的变化。 特点：可随时进行，不干扰施工。,返回,（二）超前平行导坑预报法,在隧道内或附近开挖一平行的小断面导坑，对地质情况进行记录分析，根据地质理论预测工程地质及水文条件，以及可能发生地质灾害的位置、性质、规模，并提出防治措施意见。 特点：预报精度高，但成本较高，影响施工。,秦岭隧道的平行导坑（被封堵）,返回,（三）超前水平钻孔法,用钻探设备向前方钻孔，获取地址资料。 特点：钻孔有难度（方向、工艺），影响施工。,返回,（四）物理探测法,物理探测法是利

7、用物体物性差异进行地质判 断的间接方法。 1.TGP12隧道地质预报系统 2.TSP超前预报系统 3.负视速度法 4.水平声波反射法 5.地质雷达法 6.红外探水法 特点：快速，超前探测距离大，对施工干扰 相对小；但准确预测技术难度大，存在一定的 局限性。,返回,（五）特殊灾害地质的预测方法,特殊灾害地质的预报方法采用专门仪器进行。例如：通过煤系地层、储气构造用沼气、氧气两用报警仪器长期观测。,返回,三、地质超前预报方法的应用原则,1.地区的地质分析与宏观地质预报： 采用传统的地质分析方法，辅以必要的物探技术等手段，对隧道围岩的稳定性、水文地质情况进行宏观的地质预报。 2.不良地质及灾害地质预

8、报： 在传统地质分析方法的基础上，结合施工方法、施工工艺、工期等要求，以先进的物探技术为主要手段，并辅以必要的超前平行导坑预报法，对开挖面前方不良地质,体的情况及有可能产生的灾害地质进行预报，提出施工对策。 3.重大施工地质灾害临警预报： 在传统地质分析方法的基础上，结合施工方法、施工工艺、工期等要求，以超前平行导坑预报法、超前水平钻孔法为主，综合利用各种有效的物探手段，对开挖面前方有可能诱发的重大地质灾害建立临警预报系统，并判断其危害程度，提供施工预测方案对策。,第三节 岩体的基本施工性质,隧道是在岩体中开挖的空洞，再加以 一定的支护结构形成的。岩体的工程性质有 以下几方面： 一、岩体处于一

9、定的天然应力作用之下 二、岩体物理力学性质的不均匀性 三、岩体是由结构面分割的多裂隙体 四、岩体具有各向异性 五、岩体具有可变性 六、单向应力状态下岩石的变形特征 七、三轴压缩下岩石的强度及变形特征 八、裂隙岩体的强度性质,下一页,岩体中的结构面按成因类型可分为三类： （1）原生结构面； （2）构造结构面； （3）次生结构面。,返回,第四节 围 岩 分 级,一、概述,定义： 围岩：是指隧道开挖后其周围产生应力重分布范围内的岩体；或指隧道开挖后对其稳定性产生影响的那部分岩体。 围岩分级：围岩是十分复杂的，我们认为各种围岩的物理性质之间存在一定的内在联系和规律，依照这些联系和规律，可将围岩划分为若

10、干级。,围岩分级目的： （1）选择施工方法的依据； （2）科学管理及正确评价经济效益的依据； （3）确定结构上荷载； （4）给出衬砌结构的类型及尺寸； （5）制定劳动定额、材料消耗标准的基础。 围岩分级方法应满足： （1）准确客观，有定量指标； （2）便于操作使用； （3）开挖地层前得到结论。,二、围岩的分级方法,围岩分级不同的国家、不同的行业有不同的分级方法，现行的许多围岩分级方法中，作为分级的基本要素大致有以下三大类： 第类：与岩性有关的要素 （硬岩、软岩、膨胀岩）； 第类：与地质构造有关的要素（岩体完整性、结构状态）； 第类：与地下水有关的要素。,目前国内外常用的分级方法： （一）以岩石

11、强度或岩石的物理性指标为代表的分级方法: 1、以岩石强度为基础的分级方法 如：我国早期把岩石分为：坚石、次坚石、松石、土4类，并设计出4种隧道衬砌结构类型。 此认识不全面：陕北的老黄土 2、以岩石的物性指标为基础的分级方法 具有代表性的是f值分级法，或普氏分级法，把围岩分成10类，f=kf k为地质条件折减系数,（二）以岩体构造、岩性特征为代表的分级方法 1、泰沙基分级法 提出时间较早，把围岩分9类。 2、以岩体综合物性为指标的分级方法 我国在修建大量铁路隧道基础上总结出来的“岩体综合分级法”。 （三）与地质勘探手段相联系的分级方法 1、按弹性波速度的分级方法 1970年前后日本人提出的，把围

12、岩分成7类。 2、以岩石质量为指标的分级方法-RQD方法,（四）组合多种因素的分级方法 比较完善的是1974年挪威地质学家巴顿等人提出的“岩体质量-Q”的分级方法。 围岩的分级方法的发展趋势： （1）分级主要以岩体为对象； （2）分级宜与地质勘探手段有机联系起来； （3）分级要有明确的工程对象和工程目的； （4）分级宜逐渐定量化。,三、我国铁路隧道围岩分级方法,我国铁路隧道围岩分级方法以围岩稳定性为基础的分级方法。,（一）围岩分级的基本因素 1、岩石坚硬程度：划分为两大类即硬质岩和软质岩（考虑岩性、力学参数）；考虑单轴饱和极限抗压强度Rc，再分成5级,表2-4-1 岩石坚硬程度划分,2、岩体的完整程度,表2-4-2 岩体完整程度的划分,（二）围岩基本分级及其修正 1、基本分级：为6级,表2-4-3 铁路隧道围岩分级,2、围岩级别的修正 考虑两个方面：地下水和初始地应力 （1）地下水影响的修正 表2-4-4 地下水状态的分级表 表2-4-5 地下水影响的修正,（2）围岩初始地应力状态修正,表2-4-6 初始地应力状