浅谈围岩工程地质对隧道勘测设计的重要性

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摘要：公路隧道的围岩稳定性是影响隧道选址、结构、施工方法及衬砌形式的重要因素，其稳定性与围岩工程地质条件密不可分。同时为了保证隧道开挖过程中的安全性、运营的顺畅性及支护结构的长期稳定，从规划设计初期开始，就应该将地质调查工作摆在头等重要位置上，做好详细的工程地质调查。

关键词：隧道勘测；围岩工程地质；围岩稳定性；

中图分类号： K826.16文献标识码：A 文章编号：

引言

隧道勘测的目的是为确定隧道位置、施工方法和支护、衬砌类型等技术方案，对隧道地处范围内的地形、地质状况，以及对地下水的分布和水量等水文情况要进行勘测，查明隧道施工地点的工程地质条件，分析围岩稳定性，为公路路线必选和工程预算提供科学依据。公路隧道的特点是断面大、隧道长、地质条件复杂，隧道掘进面前方和洞口的不良地层条件极易引起隧道塌方、涌水。隧道地下工程围岩地层的复杂性和不可见性，增加了勘探人员工作的难度。因此，在隧道勘探设计过程中对围岩工程地质的调查和分析，并积累隧道工程资料和经验，为将来公路隧道的设计和施工铺平了道路。

1、公路隧道勘测设计工作重点

进行公路隧道规划、设计、施工和维护管理，应预先获得各种资料，因此需要进行调查。包括地形调查、地质调查、气象调查、环境调查、施工条件调查以及与工程有关的法令法规调查等。这些调查越广泛、深入细致、准确，所起的作用就越大。

（1）文献资料的收集：包括地形地貌资料、工程地质与水文地质资料、工程资料、气象资料、灾害及预算资料等。

（2）地形地质调查：地形调查是为路线服务的，目的是在现有地形条件下使路线满足规范要求，并尽可能的得到优化，这是设计的需要；地质调查是核对在实际地质条件上是否可能，是否可以得到一个稳定的结构物。包括：地质调查、资料整编、地质详查、涌水调查、气象调查等工作。

2、围岩工程地质条件对隧道勘测的重要性

2.1 围岩工程地质对隧道的重要性

工程地质条件会随着区域的不同而发生变化，这样的条件直接影响到隧道施工及后期运营、养护。本节主要从隧道选址、施工条件和衬砌支护三个方面讨论围岩工程地质条件对隧道的重要性。

2.1.1 围岩工程地质对隧道选址的重要性

1）岩体结构及种类

花岗岩、玢岩、斑岩、蛇纹岩、温泉变质作用的安山岩和凝灰岩、泥岩、片岩类、千枚岩和岩堆等，都应给予特别注意。例如花岗岩往往有深部风化，有的变为花岗岩风化土，沿断层易风化，花岗岩中的断层难以发现，风化带和变质带的宽度不同。这些岩石的种类及发生的物理化学风化对于隧道选址和施工将会产生重大影响。基本岩体或特殊地质体调查不细致对于施工、养护将会造成额外经济损失。

2）地质构造

重点研究大型断裂构造是否为活动断裂。如为活动断裂应避开。隧道还应尽量避开断层破带，特别是含水丰富的破碎带，必须穿越时，隧道应与之垂直或大角度斜交通过，并应提醒设计施工方做好支护及排截水措施，预防出现坍塌、避免富水破碎带出现突水涌泥现象造成安全事故。

3）初始地应力

岩体初始应力对隧道围岩的稳定性有较大影响，特别是高初始应力的存在。高初始应力会导致隧道洞壁岩体在开挖过程中时有饼化、岩爆等不良现象的发生，造成隧道成洞性差。高初始应力主要存在于埋深大、构造作用强烈的隧道。因此，对于深埋隧道应通过地应力测试结果按公路隧道设计规范判定是否存在高初始应力地段。

2.1.2 围岩工程地质对隧道施工的影响

随着隧道施工工艺和施工机械的不断更新，原本单一施工的技术早已经被多样化、复合型施工工艺所代替，这样对隧道工程质量、安全性、环保的要求也就更高。

传统的钻爆法施工现在已经发展的非常成熟，相比TBM技术有其自身的优势，例如：钻爆法适用范围广，不受隧道断面尺寸和形状的限制，且对各类围岩均能适用，对不良地质条件的适应能力较强；当地质条件变化时，可对设计方案及时进行调整，施工工艺可随之机动灵活变化；施工设备便于运输、组装和转移，重复利用率高；多年来已积累了丰富宝贵的施工经验，形成了科学完整的工艺，技术相对比较成熟；造价低，在中国国情下有明显的经济优势。当然，钻爆法也有着缺点与不足，如：施工工序多，施工过程中各工序干扰大，开挖速度慢；对地层扰动大，超欠挖现象严重，容易诱发岩爆等围岩稳定性问题；施工安全性差，工作环境恶劣，工人劳动强度大；开挖工作面，提高了工程造价；工程质量控制难度大，施工质量不如TBM掘进技术。

2.1.3 围岩工程地质对隧道衬砌类型及材料选择的重要性

隧道是埋藏在地层深处的工程建筑物。通过长期观测，发现围岩不仅对衬砌产生压力，同时还约束衬砌变形。洞身衬砌的断面形式、厚度和材料往往由围堰工程地质情况通过衬砌计算决定的。

1）衬砌材料

混凝土、钢筋砼：优势是整体性好，既可以现场浇筑，也可以加工预制，而且可以机械化施工。其本身密实性较好，具有一定的抗渗性，能够有效的防止因为围岩松动产生的透水现象。

喷射混凝土：将混凝土干拌合料、速凝剂和水，用混凝土喷射机高速喷射到洁净的岩石表面凝结而成，密实性高且能快速封闭围岩裂隙。密贴与岩石表面，早期强度高能很快起到封闭岩石缝隙的作用。

锚杆与锚杆支护：锚杆是用机械方法加固围岩的一种材料。围岩不够稳定时，还可以张挂金属网。对于松散体围岩有较好的防护能力。

2）衬砌类型

①直墙式衬砌：通常用于垂直围岩压力为主要计算荷载、水平围岩压力很小的情况。一般适用于Ⅱ、Ⅲ级围岩。对于公路隧道，直墙式衬砌结构的拱部可采用圆割拱、坦三心圆拱等。

曲墙式衬砌：通常在Ⅳ级以下的围岩中，水平压力比较大，为了抵抗较大的水平压力把边墙也做成曲线形状。当地基条件较差时，为防止衬砌沉陷，可设置仰拱，使衬砌形成环状封闭结构。

复合式衬砌：这种衬砌与上述传统的衬砌方法有本质上的区别，如果以喷砼、锚杆或构件支撑的一种或几种组合作为初期支护，对围岩进行加固，维护围岩稳定。待初期支护的变形基本稳定以后，进行现浇混凝土二次衬砌，二者合称复合式衬砌。

圆形断面隧道：为了抵御膨胀性围岩压力，隧道可以采用圆形或近似圆形的断面。这种断面可以使用掘进机进行开挖。

矩形断面隧道：采用沉管法施工时，其断面形式为矩形。一般在软土地区，不能抵御较大的水平推力的地方采用矩形断面隧道。而且矩形断面隧道的利用率也非常高，城市隧道使用较多。

结语

隧道围岩工程地质条件对隧道勘测设计十分重要。尤其对隧道选址、施工、运营方面起着决定性的作用，对隧道周围环境也产生了较大的影响。在倡导绿色施工、绿色运营的今天，隧道的施工正是充分展现可持续发展战略的平台。这其中，围岩工程地质决定了隧道勘测设计的好坏。

参考文献

[1] 徐伟军．工程地质勘察与水文地质．城市建设．2010(18)．

[2] 尹俊涛，尚彦军，傅冰骏，曲永新．TMB掘进技术发展及有关工程地质问题分析．

和对策．工程地质学报，2005(待刊)．

[3] 董庆．工程地质勘察中水文地质问题的影响．科技创新导报，2009(10)．

作者简介：王赫 性别：男 出生年月：1992年11月 籍贯：内蒙古通辽市；长安大学公路学院本科生；专业：公路工程。