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第二章隧道工程调查与围岩分级1、掌握隧道工程调查的主要内容与目的2、掌握公路隧道勘察设计的三个阶段3、了解公路隧道勘察的主要方法及内容4、了解公路隧道地质、水文地质勘察主要手段及内容5、围岩分级方法应根据隧道不同设计阶段的任务、目的和要求，针对公路等级、隧道的特点和规模，确定搜集、调查资料的内容和范围，并认真进行调查、测绘、勘探和试验。调查的资料应齐全、准确，满足设计要求。踏勘踏勘(1)全面搜集隧道地区的下列既有资料：①地形地貌资料、图片资料，以及有关的遥感与遥测资料；②工程地质、水文地质特别是自然地质灾害的种类、性质、规模、危害程度等资料，并分析各种灾害与隧道工程的关系；③地质测绘、勘探资料和各类图件，并对资料的准确性和可能存在的问题进行分析，同时提出调查计划；④隧道地区的气温、降水、风速和风向等气象资料；⑤地震历史、地震动峰值加速度系数等资料；⑥沿线地区交通量及其车辆构成情况、矿产资源等；⑦有关的法令、法规。(2)搜集社会环境、施工条件和邻近既有工程等资料。地形调查一般的情况是从国家测绘系统取得一定比例尺的地形图，目的是进行路线的规划（1/50000～1/25000）或者用于隧道不同方案（1/50000～1/10000）之间的比选，也可以搜集控制比较严格的航空照片（搜集比较困难），主要是用于一些重要的长大隧道。地形资料的调查比较重要，它是进行线路选择、线形确定、用地以及自然环境、地形地质判读的基本资料，一般都需要在现场进行实地核查。尤其现在随着国家建设事业的发展，地形地貌的实际情况与地形图显示有所出入，所以在进行选用地形图规划设计是应选用恰当，最新的地形图。隧道的工程调查内容具体包括哪些方面：阶段目标内容和方法范围施工前踏勘为路线走向比选提供区域地形、地质、环境等基本资料搜集、分析既有资料及沿路线进行地面踏勘大于路线可能方案的范围初勘获取路线所需地形、地质、其它环境资料，为方案比较及下阶段调查提供基础资料搜集、分析既有资料，现场踏勘、测绘和必要的勘探工作大于比选方案的范围详勘获取技术设计、施工计划、预算等所需的地质、环境等资料详细进行地形、地质、环境等调查；按要求进行钻探、物探、测试等隧道路线两侧及周围地区特长、长隧道和岩溶隧道范围应适当扩大施工中预报和确认施工中出现的工程地质、水文地质问题；验证或变更设计、调整施工方法等地形、地质、环境补充调查；洞内观测、量测、超前探测预报，地质灾害及防治措施隧道内及地面受施工影响的范围各阶段调查的目标、内容及范围三、地形与地质调查大瑶山地区地形及可能线路3维软件结合卫星遥感图生成的实际地形地貌。从沟壑纵横中，我们就可以看出这条号称“全国施工难度最大”的高速路式中：vpm――岩体的纵波速度（km/s）vpr――岩块的纵波速度（km/s）这些围岩物理力学指标应当根据勘探和试验手段得到，当无试验资料时，应根据《公路隧道设计规范》JTGD70-2004的有关规定进行取值。岩体的物理、力学性质指标主要包括岩石的强度指标的确定：抗拉强度，抗压强度，抗剪强度等，还有岩石一些指标的确定：容重（γ），弹性模量（E），泊松比（µ），完整性系数（I）。完整性系数：22pmvprvKv火成岩是由岩浆或熔岩冷却固化形成的。有些岩浆在地壳内即固化，就是所谓的深成岩；有些岩浆喷出地表而形成火山岩。固体地球的地壳及上部地函就是由火成岩组成的，包含大家所熟知的岩石圈及软流圈。岩石可分成三大类：火成岩、沉积岩、变质岩。变质岩（火山岩）则是由已有的岩石，在深埋地底的高温、高压环境下，使得它虽然仍然在固态的情况，岩石的成分及组织构造都发生了变化，生成特殊的矿物以及特殊的变质构造。沉积岩是由各种自然应力（如河流、冰川、风）搬运而来的沉积物，经压密、胶结等作用而形成的。是覆盖在地表上最普遍的岩石，属于地表或地表附近较接近常温、常压条件下的聚积体。工程岩体弹性纵波速度的测试方法由于声波测试设备及工作条件的不同，岩体弹性纵波速度（vpm）的测试方法在国内各部门间不尽相同，主要有跨孔测试法、单孔测井法、锤击法等几种。由于条件限制目前还不能规定统一的方法。不同测试方法结果略有差异，由它们计算得到的kv值，彼此相关约为±10％，但仍可用来定量地评价岩体的完整程度。所以本附录未明确规定vpm的测试以何种方法为主。今后通过深入的分析研究，可以确立由不同方法获得的KV值之间的关系。为此，各工程的勘察试验报告中，应当说明测试方法。跨孔测试方法所得的vpm值，能较好地反映岩体的不完整性，在可能的条件下，宜首先考虑采用此测试方法。若在洞室内进行测试，应注意避开爆破影响。用地震波测速仪测量岩石的纵向波速（vpm）,通过对波速的分析确定岩体的一些物理、力学性质以及岩层的产状，节理裂隙发育，以及完整的状态的综合指标。既可以反映岩体的软硬，又可以标明岩体结构的破碎程度。地震波测速仪1、施工前各阶段的地形与地质调查应包括自然地理概况以及工程地质和水文地质等，并按阶段要求重点调查和分析以下内容：a地层、岩性及地质构造变动的性质、类型和规模；b断层、节理、软弱结构面特征及其与隧道的组合关系，围岩的基本物理力学性质；c水文地质条件：包括地下水类型及地下水位、含水层的分布范围及相应的渗透系数、水量和补给关系、水质及其对混凝土的侵蚀性，有无异常涌水、突水；e隧道通过含有害气体或有害矿体的地层时，应查明其分布范围、有害成分和含量，并预测和评价其对施工、营运的影响，提出防治措施。d特殊的地质问题：崩塌、错落、岩堆、滑坡、岩溶、自然或人工坑洞、采空区、泥石流、流沙、湿陷性黄土、盐渍土、盐岩、地热、多年冻土、冰川等不良地质和特殊地质现象，及其发生、发展的原因、类型、规模和发展趋势，分析其对隧道洞口和洞身稳定的影响程度。f地震动：按《中国地震动参数区划图》(CBl8306)的规定或经地震部门鉴定，确定隧道所处地区的地震动峰值加速度系数。2、地形、地质调查应注意做好以下工作：a当隧道地区存在区域性断裂构造时，特别是存在全新活动的断裂和发震断层时，应调查新构造活动的痕迹、特点和与地震活动的关系，并查明其对隧道工程的影响程度。b当隧址区存在影响隧道方案的重大不良地质、特殊地质情况时，应进一步搜集调查地质资料，综合分析，预测隧道开挖后可能出现塌方、滑动、挤压、岩爆、突然涌水、流沙及瓦斯溢出等的地段，并提出相应的工程措施，为方案比选和隧道设计提供依据。c水文地质条件复杂的隧道(含岩溶隧道)除按一般隧道进行调查、勘探、试验外，必要时还应进行水文地质动态观测或进行专题研究。f濒临水库地区的隧道，应查明岸坡的稳定性，水库库容及水位(含浪高和壅水高)等。当隧道穿过岩溶洼地或坡立谷间的峰丛斜坡底部时，应查明洼地或坡立谷的季节性壅水的最高水位高程。d路线越岭的隧道，应查明不同的越岭高程的地质条件，进行全面的技术、经济比较，选择工程地质条件较好的位置穿越。e沿河傍山地段的隧道，应调查分析斜坡地质结构特征及其稳定性和水流冲刷对山体和洞身稳定的影响。3、施工中的地质调查，宜采取地面补充调查，开挖工作面直接观察、素描、摄像、量测。对于工程地质、水文地质复杂的隧道，可采用超前地震波反射、声波反射、地质雷达等地球物理手段，或采用超前钻孔、平行导坑、试验坑道等进行超前探测，及时预报可能发生地质灾害的位置、性质。施工中工程地质调查应完成以下任务：a根据对围岩性质的直接观察、量测和试验资料，核定岩性、地质构造、地下水等情况，分析判定实际揭露的围岩级别；b及时预报和解决施工中遇到的工程地质和水文地质问题；c为验证和修改(变更)设计及调整施工方案提供依据。地质分析法是利用常规地质理论和地质作图法，根据隧道已有勘察资料、地表补充地质调查资料、洞内开挖揭示地质资料等，通过地层层序对比、地层分界线及构造线地下和地表相关性分析、断层要素与隧道几何参数的相关性分析等，推测开挖工作面前方可能揭示的地质情况，如地层岩性，地质构造、不良地质类型、规模等。（1）地质理论知识：地层岩石：岩浆岩力学强度高，工程条件好，但存在易风化的问题，特别是花岗岩的球状风化问题；岩浆岩中岩脉问题；部分岩体可能存在放射性的问题。沉积岩中灰岩的岩溶问题；泥、页岩等软岩的变形问题（部分存在膨胀性问题）；含煤地层的煤层、瓦斯问题。变质岩中片岩、千枚岩等片理岩层沿片理方向的稳定性问题；特殊土中，软土的沉降量大、承载力低问题；湿陷性黄土的湿陷性问题；盐渍土的溶陷性、盐胀性和腐蚀性问题；冻土的冻融问题；膨胀土的膨胀性问题；饱和粉土、砂土的地震液化问题等。地质构造：褶皱、断层带岩体破碎；向斜核部富水，正断层较逆断层富水；褶皱、断层发育部位岩溶往往较发育；不同岩性接触带，如岩浆岩与沉积岩接触带，岩体一般破碎、富水；缓倾或水平岩层的拱部稳定问题；隧道与倾斜岩层小角度相交引起的顺层偏压导致的边墙不稳问题；岩溶形态石芽石林溶洞暗河出口地质规律：岩溶发育规律：质纯层厚的灰岩岩溶发育；可溶岩与非可溶岩接触带岩溶发育；褶皱核部、断层破碎带附近岩溶发育；倾角较陡的可溶岩地段，沿层面岩溶发育；地面塌陷、地表水消失的地下相应地段，岩溶发育。大型溶洞水体或暗河出现时的前兆：岩体裂隙、溶隙间出现较多的铁染锈或粘土；岩层明显湿化、软化，或出现淋水现象；小溶洞出现的频率增加且多有水流、河沙或水流痕迹；钻孔中的涌水量剧增，且夹有泥沙或小砾石；有哗哗的流水声；钻孔中有凉风冒出。断层破碎带出现时的前兆：岩体节理组数急剧增加；岩层产状变化大，出现揉皱等；岩石强度明显降低；压碎岩、碎裂岩、断层角砾岩等的出现；泥岩、页岩等明显湿化、软化，或出现淋水和其他涌突水现象。人为坑洞积水出现时的前兆：岩层明显湿化、软化，或出现淋水现象；岩层裂隙有涌水现象；开挖工作面空气变冷或发生雾气；有嘶嘶的水声；临近煤层老窑积水的前兆是岩层中出现暗红色水锈或渗水中挂红。大规模塌方的前兆：拱顶岩石开裂，裂缝旁有岩粉喷出或洞内无故尘土飞扬；支撑拱架变形或发生声响；拱顶岩石掉快或裂缝逐渐扩大；干燥围岩突然涌水等。煤与瓦斯突出的前兆：开挖工作面岩层发生鼓裂；瓦斯含量突然增大或忽高忽低；工作面有移动感；工作面发出瓦斯强涌出的嘶嘶声，同时带有粉尘；工作面附近，时常听到沉雷声或闷雷声。(5)施工中的地质调查，宜采取地面补充调查，开挖工作面直接观察、素描、摄像、量测。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。1挖探1)坑探——用机械或人力垂直向下掘进的土坑，或者称为试坑，深者称为探井。坑探断面根据开口形状可分为圆形、椭圆形、方形、长方形等。其断面积有1m×1m，1.5m×1.5m等不同的尺寸。它的选用是根据土层性质，用途及深度而定。坑探深一般为2—3M2)槽探——挖掘成狭长的槽形，其宽度一般为0.6—1.0米，长度视需要而定，深度通常小于2M，槽探适用于基岩覆盖层不厚的地方，常用来追索构造线，查明坡积层、残积层的厚度和性质，揭露地层层序等。槽探一般应垂直于岩层走向或构造线布置。2简易钻探简易钻探是工程地质勘探中经常采用的方法。其优点是工具轻、体积小、操作方便，进尺较快，劳动强度较小。缺点是不能采取原状土样或不能取样，在密实或坚硬的地层内不易钻进。常用的简易钻探工具有小镙纹钻、钎探、洛阳铲等。1)小镙纹钻勘探小镙纹钻的钻具结构包括螺纹钻头和钻杆等，用人工加压回转钻进，适用于粘性土及亚砂土地层，可以取得扰动土样。钻探深度小于6米。2)钎探钎探又称锥探，是用钎具向下冲入土中，凭感觉探查疏松覆盖层的厚度或基岩的埋藏深度。探深一般可达10米左右。常用来查明黄土陷穴、沼泽、软土的厚度及其基底的坡度等。3)洛阳铲勘探洛阳铲勘探是借助洛阳铲的重力冲入土中，钻成直径小而深度较大的圆孔，可采取扰动土样。冲进深度一般为10米，在黄土层中可达30余米。3钻探在工程地质勘察工作中，钻探是广泛采用的一种最重要的勘探手段，它可以获得深部地层