第二章_隧道工程地质环境及围岩分级1

第2章隧道的地质环境概述2.1隧道工程的特点2.1.1、目前对地下工程结构体系的认识⑴、在地下结构体系中，地层既是承载结构的基本组成部分，又是造成荷载的主要来源，这种合二为一的作用机理与地面结构是完全不同的。⑵、地下工程地质环境：地层特征、地下水状况、原始地应力、地热、地温等。3、地层被挖成地下工程后的稳定程度称为地下工程围岩的稳定性，这是一个反映地质环境的综合指标，研究地下工程地质环境问题，归根到底就是研究围岩的稳定性。4、在某种程度上，在地下工程建设中，最重要的不是衬砌结构，而是地下工程围岩的稳定性。2.1.2、了解地下工程地质环境是进行地下工程结构体系设计的基础。地下工程地质环境是个复杂的概念：1、地层特征；2、地下水状况；3、原始地应力；4、地温；5、含煤地层（瓦斯）；2.1.3、研究地下工程地质环境问题，归根到底是研究地下工程围岩稳定性。它包括：1、围岩破坏或稳定的规律；2、影响围岩稳定的主要因素；3、标志围岩稳定性的指标和判断准则；4、分析围岩稳定性的方法；5、以及为围岩稳定而必须采取的工程措施（施工程序和方法、支护结构的类型、支护结构的布置、架设时间等）。2.1.4、用围岩为主的观点来制定施工程序和支护结构设计长期以来，人们对隧道工程地质环境的认识主要依赖于工程经验，没有很好地考虑到围岩的合二为一的作用机理。科学的研究方法应该是从围岩变形的根本作用力——围岩原始地应力出发，结合围岩的工程性质、施工对地层原始状态破坏和干扰的程度等进行综合研究，并根据围岩与支护结构共同作用的原理，用围岩为主的观点来制定施工程序和支护结构设计。2.2隧道地质工程的勘测隧道勘察的目的，是在于查明隧道所处位置的工程地质条件和水文地质条件以及隧道施工和运营对环境保护的影响。为规划、设计、施工提供所需的勘察资料，并对存在的岩土工程问题、环境问题进行分析评价提出合理的设计方案和施工措施，从而使隧道工程经济合理和安全可靠。2.2.1隧道勘察的几个阶段隧道勘察阶段的划分应与公路设计阶段相适应，一般分为（1）可行性研究勘察（2）初步勘察（3）详细勘察2.2.1.1可行性研究勘察公路可行性研究按其工作深度，分为（1）预可行性研究（2）工程可行性研究可行性研究中的勘察主要侧重于是收集与研究已有的文献资料；而在工程可行性研究中，需在分析已有资料的基础上，通过踏勘，对各个可能方案作实地调查，并对不良地质地段等重要工点进行必要的勘探，大致查明地质情况。2.2.1.2初步勘察初勘是在批准的工程可行性研究报告推荐建设方案的基础上，在初步选定的路线内进行勘察，其任务是满足初步设计对资料要求。根据工程地质条件，优选路线方案，在路线基本走向范围内，对可能作为隧道线位的区间进行初勘，重点勘察不良地质地段，以明确隧道能否通过或如何通过。提供编制初步设计所需全部工程地质资料。初勘工作步骤：可按收集资料、工程地质选定隧道线位、工程地质调绘、勘探、试验、资料整理等顺序进行。（1）收集资料：初勘也应收集已有资料，包括可行性研究报告，取得隧道所在位置的初步总平面布置地形图及有关工程性质，规模的文件。（2）工程地质选定隧道线位：初勘工作的任务是选择经济合理、技术可行的最优隧道位置方案。当测区内的工程地质条件比较复杂，如区域地质的稳定条件差，有不良地质现象，尤其应注意工程地质选线工作。首先应从工程地质观点来选定隧道线位的概略位置，然后充分研究并掌握沿线的工程地质条件，尽可能提出有比较价值的方案进行比较，将隧道选定在地质情况比较好的区间内，以避免在详测时因工程地质问题发生大的方案变动。（3）初勘资料整理：工程地质勘察的原始资料，包括调查、测绘、勘探、试验等资料，并按有关规定填写，并进行复核与检查。提交的资料包括图件、文字等资料，要求清晰正确，并符合有关规定和设计文件编制办法的规定。2.2.1.3详细勘察（1）详勘的目的：是根据已批准的初步设计文件中所确定的修建原则、设计方案、技术指标等设计资料，通过详细工程地质勘察，为线位布设和编制施工图设计提供完整的工程地质资料。（2）详勘的任务：是在初勘的基础上，进行补充校对，进一步查明沿线的工程地质条件，以及重点工程与不良地质区段的工程地质特征，并取得必需的工程地质的数据，为确定隧道位置的施工图设计提供详细的工程地质资料。（3）详勘工作步骤：可按准备工作、沿线工程地质调绘勘探、试验、资料整理等顺序进行。由于详勘工作需在初勘的基础上进一步查明隧道中线两侧的工程地质条件和不良地质区段的主要工程地质问题，因此详勘工作更为详细|深入。最后提交的资料深度应满足施工图设计的需要。2.2.2隧道勘察的主要方法隧道勘察的方法，主要有收集与研究既有资料，调查与测绘、勘探，试验与长期观测等几种。随着科学技术的进步，越来越多的新技术在隧道勘察工作中得到发展和应用。2.2.2.1收集研究即有资料隧道工程地质勘察各阶段的准备工作，是根据勘测任务的要求，配备必要的专业人员，收集及研究有关资料，了解现场情况，并做好勘察仪器等的准备。其中，收集和研究隧道所处地区的既有的有关资料，不仅是外业工作之前准备工作的重要内容，也是隧道勘察的一个主要方法。收集的资料一般应包括以下几个方面的内容：（1）地域地质资料，如地层、地质构造、岩性、土质等；（2）地形、地貌资料，如区域地貌类型及主要特征，不同地貌单元与不同地貌部位的工程地质评价等；（3）区域水文地质资料，如地下水的类型、分带及分布情况，埋藏深度、变化规律等；（4）各种特殊地质地段及不良地质现象的分布情况，发育程度与活动特点等；（5）地震资料，如沿线及其附近地区的历史地质情况，地震烈度、地震破坏情况及其与地貌、岩性、地质构造的关系等；（6）气象资料：如气温、降水、蒸发、温度、积雪、冻积深度及风速、风向等；（7）其它有关资料，如气候、水文、植被、土壤等；（8）工程经验、区内已有公路、铁路等其它土建工程的工程地质问题及其防治措施等。2.2.2.2调查与测绘调查与测绘是工程地质勘察的主要方法。通过观察和访问，对隧道通过地区的工程地质条件进行综合性的全面研究，将查明的地质现象和获得的资料，填绘于有关的图表与记录本中，这种工作统称为调查测绘（调绘）。隧道工程地质测绘，一般可在沿线两侧带状范围内进行，通常采用沿线调查的方法，对不良地质地段及地质条件复杂的路段，应扩大调绘范围，以提出完整可靠的地质资料。（1）工程地质调查1）直接观察直接观察是工程地质调查最重要最基本的方法。它主要利用自然迹象和露头，进行由此及彼，由表及里的观察分析工作，以达到认识路线隧道通过地带工程地质条件的目的。在隧道工程地质调查中，常采用地貌学和地植物学的方法观察分析有关自然现象。前者根据地貌的形态特征，推断其形成原因和条件，并评价其工程地质条件；后者根据植物群落的种属、分布及其生态特征，推断当地的气候，土质及水文地质等条件。2）访问群众访问当地群众是工程地质调查常用的方法。为使调查访问获得较好的结果，一般应注意以下几点：（a）选择合适的对象。通常应是年纪老的，对所调查的问题有切身经历的人，要多找几个，以避免错误；（b）进行仔细的询问，认真听取各处意见。需要对应到现场边看边问；（c）对所提供的情况，应进行核对、分析和判断。（2）工程地质测绘测绘的比例尺可在以下范围内选用：可行性研究阶段1:5000—1:50000，初勘阶段1:2000—1:10000，详勘阶段1:200—1:2000。下面分两种情况说明。1)无航测资料时：工程地质测绘主要依靠野外工作，为此需要讲究测绘方法与量测精度，以求用较少的工作获得符合要求的结果。（a）标测方法：根据不同比例尺的精度要求，对观察点、地质构造及种地质界线等的标测方法有以下三种：①目测法。根据地形、地物目估或步测距离。目测法适用于小比例尺的工程地质测绘。②半仪器法。用简单的仪器（如罗盘、仪器、气压计等）测定方位和高程，用徒步式测绳量距离。此方法适用于中比例尺的工程地质测绘。③仪器法。仪器法是用测量仪器测定方位和高程的方法，此方法适用于大比例尺的工程地质测绘以及重要地质点。测绘精度的要求：相当于测绘底图上宽度不小于2MM的地质现象应尽量标绘在图上；具有重要工程意义的地质体，即使小于图上2MM的宽度也应扩大比例尺的方法标绘在图上；相反，对于工程意义不大的且相近的几种地质体可合并标绘。（b）工程地质测绘的基本方法：①路线法。沿着一些选择的路线穿越测绘场地，并把观测路线和沿线查明的地质现象，地质界线填绘在地形图上。路线形式有直线形式与“S”线型等。一般用于各类的比例尺测绘。②布点法。根据地质条件复杂程度和不同的比例尺，预先在地形图上布置一定数量的观测点及观测路线。布点适用于大、中比例尺测绘。③追索法。沿地层、构造和其它地质单元界线布点追索，以便查明某些局部的复杂构造。追索法多用于中、小比例尺测绘。（c）隧道工程地质测绘的路线法：采用路线法测绘的两个关键点的环节，是观测路线的布置和观测点的选择。①观测路线的布置除应沿隧道中线进行调查测绘外，尚应在路线及两侧布置观测路线，以求在需要测绘的范围内获得足够的资料绘制工程地质图。②观察点的选择应根据观察的目的和要求进行选择。例如，为了研究地貌、地质界线、不良地质现象等不同的目的，考虑分别设置观察点。2）有航摄资料时遥感技术是根据电磁波辐射（发射、吸收、反射）的理论，应用各种光学、电子学探测器，对远距离目标进行探测和识别综合技术，可用于工程地质调查测绘。地质体不但在光照条件下能反辐射能，而且由于自身具有一定的温度，也能不断发射出辐射能。地质体在不同波长处，反射或发射电磁辐射的本领是不同的。这种辐射能够随波长改变而改变的特性称为地质体的波谱特性。对这种辐射能以波长为参数记录下来就得到该地质体的波谱分布，不同地质体有其特定的波谱分布，这是遥感技术识别目标的根据。遥感技术对地质体进行探测和识别就是以各种地质体对电磁波辐射的反射或发射的不同波谱分布作为理论基础的。下面概要介绍航摄资料用于绘制工程地质图的方法。（a）主体镜判释：立体镜是航空像片立体观察仪器。利用判断标志，结合所需掌握的区域地质资料，将判明的地层、构造、岩性、地貌、水文地质条件，不良地质现象等，调绘在单张像片上，并据以确定需要调查的地点和路线。（b）实地调查测绘：对判释的内容，通过实地调查测绘进行核对，修改与补充。重要的地质点应剌点纪录。（c）绘制工程地质图：根据地形、地貌、地物的相对位置，将测绘在像片上的地质资料，利用转绘仪器绘制于等高线图上，并进行野外核对。（3）调查测绘内容基本内容不外以下几个方面。1)地形、地貌地形、地貌的类型、成因、特征与发展过程：地形、地貌与岩性、构造等地质因素的关系；地形、地貌与工程地质条件的关系。2)地层、岩性地层的层序、厚度、时代、成因及分布情况；岩性、风化程度及风化层厚度；3)地质构造断裂、褶曲的位置、构造线走向，产状等形态特征和地质力学特征；岩层的产状和接触关系，软弱结构面的发育情况及其与路线的关系，对路基的稳定影响等。4)第四纪地质第四纪沉积物的成因类型，土的工程分类及其在水平与垂直方向上的变化规律；土的物理、水理、化学、力学性质；特殊土及地区性土的研究和评价。5)地表水及地下水河、溪的水位、流量、流速、冲刷、淤积、洪水位与淹沿情况；地下水的类型、化学成份与分布情况，地下水的补给与排泄条件，地下水的埋藏深度，水位变化规律与变化辐度，地面水及地下水对隧道工程的影响。6)特殊地质、不良地层各种不良地质现象及特殊地质问题的分布范围、形成条件、发育程度、分布规律及其对隧道工程的影响。7)地震根据沿线地震基本烈度的区域资料，结合岩性、构造、水文地质等条件，通过访问、确定≥7度的地震烈度界线。8)工程经验对所在地区既有地下工程及其它建筑物的稳定情况和工程措施进行调查访问，以便借鉴。2.2.3隧道勘察的主要手段在隧道工程勘察中，当需查明岩土的性质和分布，从地下采取岩土样供室内试验测定岩土的物理力学性质可采用挖探、钻探、地球物理勘探等勘探方法进行。下面介绍几种常用方法。2.2.3.1挖探1)坑探——用机械或人力垂直向下掘进的