隧道穿越复杂岩体的水文工程地质原因分析

隧道穿越复杂岩体的水文工程地质原因分析

熊祚勇

江西省地质环境监测总站330095

摘要：复杂岩体结构精细描述，是在充分掌握第一手资料的基础之上，结合现代化数理分析的手段，立足于服务的岩体结构的精细描述，提出适用于工程的复杂岩体结构层面描述体系的方法。对于隧道穿越复杂岩体的水文工程地质原因的分析，是迎合了我国目前交通工程事业快速发展、隧道工程建设越来越多的情况，在施工过程中尽可能的杜绝岩体以免对于工程产生不利影响，尤其是如果遇到涌水或者突水的问题，对于地质问题的防治可能会带来错综复杂的影响。

关键词：隧道穿越；复杂岩体；水文工程；地质原因

前言：低地应力在地下工程比如说隧道穿越的工程里容易被忽略，但是事实上，低地应力反而对于地下工程的稳定性有非常重要的影响，随着国内外经济和交通建设事业的发展，在工程地质特征复杂岩体的水文工程地质勘探过程中，也就必然需要考虑将隧道工程和复杂岩体相伴，会伴随一系列影响工程安全的因素，比如说，对于工程稳定的颜体、瓦斯异常情况、地应力异常情况、地下水异常情况、围岩性质异常情况等。

1常见隧道区域地质特征

1.1隧道所在区域以断裂构造为主

隧道所在区域位于南方省份境内，隧道所在区域的结构图可能会以断裂结构为主，隧道所在区域可能会存在多个断裂面，在多组不同方向的断裂面向不同方向不同程度断裂和偏移的过程中，需要了解山区地表所揭示的节理分布规律，对于成组成带的山区节理，通常在隧道所在区域内人们发现，地表风化情况往往较为严重。隧道所在区域地层在断裂地层的地质状况下，有的部分可能会面临火山凝灰岩、在熔结凝灰岩和沉凝灰岩，这些地层地貌可能是早期火山运动的产物，也有可能是山地、地质变化的断裂成果。这种断层和裂痕可能会出现很深的断裂或者很大的断裂，在断裂层和火山喷发活动的影响下，在基底断裂的地层运动情况下，断裂层可能会经历多次的构造作用，同时，在断裂性质多次变化和火山动荡时期的强烈活动作用下，对于隧道总体走向处于150度-160度的范围内，从地下隧道的总体走向和断裂层的变化之下，势必会对于隧道开挖区域产生破碎性影响。

1.2厚黄土层新旧黄土及黏土更迭

另外一种比较常见的隧道地质结构，可能是在地质老黄土以及粉质黏土的地层表面进行开挖和建设，尤其是对于第四系上更新统风积层开发，在新黄土和中更新统洪积层老黄土的积累土段，不过由于隧道的地质结构的特点往往是比较复杂的，不同的地质路段可能存在不同的黄土地质，无论是在段边墙及基底粉质黏土的洞顶地层和老黄土的路段，还是新黄土地质、土段，就需要考虑实际的隧道开挖和夯实手法，同时，需要对于隧道穿越和复杂岩体结构进行细致的分析和检测。对于隧道穿越和复杂岩体的分析，需要考虑到水文工程和地质原因的综合因素，对于特殊土隧道所处山体表层分布新黄土和老黄土的地质、土质进行检测和勘探。

2.穿越复杂岩体的水文工程地质情况

2.1隧道集中涌水段和涌水点

地下隧道在穿越复杂岩体的工程决断的时候，在集中涌水的评价过程中，如果大于20L每分钟的涌水，在对于最大涌水量，就可以成为富水程度中等。如果是对于复杂岩体的长大隧道开挖的时候，在反坡施工时候如果发生集中涌水的危害，就在伴随涌水和涌砂、涌泥时候，可能会淤塞住隧道洞，可能会造成洞顶塌方事故，在涌水大的时候，会造成机器的损坏和人员伤亡。因此，对于隧道集中涌水段和涌水点，会造成由于技术开发和围岩的配合不利，造成集中涌水段的事故发生。

2.2在复杂岩体和工程地质围岩条件

在隧道开挖的过程中，将会经历多次的围岩条件和反复变化，对于深埋硬质凝灰岩地区的常见塌方掉块现象，对于层状沉凝灰岩的挤压变形和岩体的开裂，可能会出现类似岩体爆剥落的情况，对于溃屈剥离的情况，对于断层发育和地下水丰富的地段和区域，如果出现了滴水情况，在埋深约400米左右的时候，开挖滴水如果越来越多，就可能会出现比较大的隧道渗水。一般这种情况下是大面积淋水的前奏，在围岩工程的地质条件和施工条件大大降低的情况下，可能会因为水文条件的湿润度升高，会带来施工成本的大大提升，同时会带来危险性的提高。两外，在开挖隧道的过程中，在隧道的边墙侧可能会出现直立的断层，在沿途挖掘的断裂面，如果是黄土层或者黏土层比较丰富的土质土层，就会出现大量的夹黄泥水流的喷涌事故。在以往的隧道案例数据和事故的细节中，这种喷涌的情况伸直会达到水流量的150平方米每小时的速度，只有流淌了几天以后，才可能有造成水质逐渐清澈。

3.影响穿越复杂岩体的水文工程地质原因

3.1地应力分布的原因和影响

在勘探和施工人员对于深埋式隧道的大应力观测的时候，考虑到在地下几百米伸出的地应力水平应力可能是小于垂直应力的，因此，要计算低地应力在工程岩体中的测算核对中的取值范围。在低地应力的发展和利用过程中，人们已经意识到了，应该按埋深线性的增加，而且结合国内外典型的应力模型来释放压力。举例来说，对于三带模型的时机应用和应力释放带的模拟，可以结合传统数据的基础，将应力集中带和应力平稳带相对平衡，尤其是在应力释放带的范围确定方面，人们将会确定在几米到数百米之间。因此，在多次地质构造和长期地质历史作用的地应力复杂变化的环境下，利用软件进行数值模拟，将地应力的边界条件取值做到更加具有衔接性和参考性，使用数值模拟技术在面对地应力边界条件的时候，解决地应力分布和协调难题。

3.2地质构造的影响分析和重力因素

我国的地壳变动本身是一部丰富的地壳构造史，是地壳构造和堆积、剥蚀的结果，在河流下切作用改变地质体的自重应力时，如果反复的加载卸荷，复杂岩体的岩性差异必然会引起地应力的分布差异，尤其是在水平向的地壳构造运动时，在地质体的改造过程中更加明显，在断层和派生的地质构造中，其水稳工程地质变化是非常显著的。在单一的构造动力作用下，伴随和产生其它组次生的动力作用，能够在压性的构造运动下产生次生压剪断层面，张性构造面和隧道位置的平行并靠，会导致隧道开挖的横断面表现出低横向水平应力的表现。根据工程地质条件的分析，结合隧道在复杂地质环境尤其是复杂的岩石断层派生构造的开发过程，对于山地地区切割强烈的地方，在地表下中地埋深段地应力，了解山体内部卸荷带和深度，就可以对重力形成地应力造成改变。

3.3不同岩性接触带的整合接触和断层接触

对于不同岩性接触带，整合结束和断层接触的情况，需要考虑碳酸盐岩和非碳酸盐岩接触带的把握，可以在勘探和考察地下水溶蚀作用的强烈场所时，对于地下水的通道，通过勘探发现。如果岩石层倾斜度相对较陡时，与地下水的水力联系会更加紧密，隧道坡和隧道开挖时非常容易出现集中涌水的情况。这种地下水涌水的形式，可以以股状或者片状为主，在大多数用水点经常会以排泄静储量的方式将几个集中的涌水点开挖，，在初期用水量特别大的情况下就会很快的衰减，这种快速的衰减之后就可能会达到比较稳定的用水点枯竭后现象。

地质条件比较复杂的断层带也是集中涌水部位，比如说在复杂岩体的水文工程预报和涌水量预报的工作中，坚硬的岩体断裂水和裂隙水，如果在初期用水量非常大，而且用水很猛，那么在后期的延续水量趋于稳定和变小的时候，隧道贯通的出口稳定涌水量单位约为1200-1500。

4.巧妙运用复杂岩体的水文工程技能举例

在隧道工程的建筑建设情况不明朗的时候，希望结合实际情况，才能实事求是地砌施工控制要求、跟踪检测要求以及养护维修按相关规范标准执行。

辅助工程措施淤大管棚超前支护。隧道进、出口暗洞进洞地段DK29+390—DK29+420、DK29+820~DK29+850、DK29+876—DK29+906、DK32+435~DK32+465拱部140毅范围内施作覫108毫米大管棚超前支护，环向间距为3根/米，长度为30米。于超前小导管支护。隧道郁级、郁级加强、吁级、吁级加强地段，拱部140毅范围施作超前小导管支护，采用外径覫42毫米热轧无缝钢管，t=3.5毫米，环向间距为30根/米，纵向每两榀格栅施作一环。

结束语：隧道穿越复杂岩体的时候，有可能会接触到富水带，这种富水带除了不同的沿线接触带和断裂带，在岩石断层区域的节理和裂隙密集带，可能会存在岩溶发育带。因此，在开挖隧道，研究复杂岩体水文地质环境的勘探过程中，一定要查明裂隙性质和类型容量，在脉装或者网络状的施工基础地质上，对于隧道穿越的容积储存量在一定时间段内的涌水量补给情况，判别其原因，判断内涵的性质和类型，测定结构面的几何参数，倾斜角和裂痕宽度的间距和类比分析更好的管理。这样才可以详细查明隧道通过地段的水文地质条件，通过试验获得水文地质参数，据此选择适合的公式，采用隧道开发地质环境中的水文工程知识，使用复杂岩体的改造和利用，满足隧道穿越工程对于地质岩体的改造要求。

参考文献

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