地下洞室岩土工程勘察

地下洞室岩土工程勘察李守礼铁道第三勘察设计院地路处2003年121目录前言021.1地下洞室的分类031.2岩土工程勘察031．2．1勘察阶段的划分、目的和要求031．2。2交通隧道选线（址）原则051．2．3交通隧道勘察工作流程图：071.2.4工程地质调查与测绘081.2.5遥感图像地质解译081.2.6勘探与测试091.2.7各勘察阶段需提供的资料101．2．8围岩分类121.2.9围岩稳定性分析18参考文献：202前言为了便于广大技术人员进行地下工程和地下洞室的工程地质勘察设计，特将铁路、公路、水电、地下铁道、港口、工业民用建筑等有关地下洞室的勘察、文件资料整理以及围岩分类和围岩稳定性分析归纳在本文中，以供勘察设计时参考。3地下洞室岩土工程勘察地下洞室系指为了某种目的，修建在地面以下及山体内部的各类建筑物。具有隔热、恒温、密闭、防震、隐蔽、不占地面土地、不干扰城市基础设施等诸多优点。1.1地下洞室的分类（见表1.1-1、表1.1-2）表1.1-1按毛洞跨度分类类型小型中型大型跨度（B）(m)小跨度中跨度大跨度B≤55B≤1010B≤1515B≤2020B≤25B25表1.1-2按用途分类类型代表性地下洞室主要特点地下交通运输铁路隧道、公路隧道、地下铁道、水下隧道、地下通道（含车站地下通道及人行道）1.多数单洞,也有相距很近的平行的两个单线洞，铁路亦有双线洞。2.一般为中等跨度，铁路亦有大跨度。3.除地下通道外，一般都较长4.地下铁道、地下通道多属浅埋，且多位于土层中。水工隧洞输水洞、引水洞、泄洪洞1.为单洞和群洞2.一般为中、小跨度3.一般较长4.分为有压和无压两种矿山巷道煤矿巷道，各种金属矿巷道，非金属矿巷道，其它矿山巷道等（以上各巷道均含运输大巷和开采巷道）1.多属群洞2.多为小跨度3.多为深埋4.对地质条件基本上没有选择的余地地下工业用房地下工厂、地下电站（含水力发电厂房）、地下试验室、地下污水处理场、其它工业厂房等1.以主洞为主的洞群2.多为大型和巨型地下工程地下民用及公共建筑地下商店、地下街道、地下影剧院、地下医院、地下运动场、地下住宅、地下旅馆等;地下车库、地下油库、水封油库、地下冷库、地下物资仓库、地下水库、地下废料库等1.地下单洞或群洞2.大中小跨度都有，但以小跨度为主3.多为浅埋4.大部分利用人防工程，且地处城市地下军事工程飞机库、舰艇库、武器库、指挥所、掩蔽体、作战坑道、各类军事装备器材库、人防工程等1.单洞或群洞2.飞机库（跨度远大于高度）和舰艇库属大型地下工程；作战坑道一般为小跨度；人防工程大、中、小跨度均有，但以小跨度为主。3.除人防工程外选址取决于军事上考虑，工程地质条件选择余地小。由于地下洞室完全被包围在岩土体介质中，所以既要考虑如何防止周围介质对它的不良影响，如：围岩压力、地下水等，又要考虑如何利用周围介质的有利条件，如：把围岩改造成洞室本身的支护结构等。1.2岩土工程勘察1.2.1勘察阶段的划分、目的和要求1．2．1．1勘察阶段的划分（见表1.2.1.1）4表1.2.1.1勘察阶段的划分勘范勘察阶段岩土工程勘察规范可行性研究勘察初步勘察详细勘察施工勘察铁路工程地质勘察规范踏勘初测定测补充定测水力水电工程地质勘察规范规划阶段勘察可行性研究阶段勘察初步设计阶段勘察技施阶段勘察公路工程地质勘察规范可行性研究工程地质勘察初步工程地质勘察详细工程地质勘察地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范可行性研究勘察初步勘察详细勘察施工勘察港口工程地质勘察规范可行性研究阶段勘察初步设计阶段勘察施工图设计阶段勘察1.2.1.2各勘察阶段的目的和要求（见表1.2.1.2）表1.2.1.2各勘察阶段的目的和要求1.2.2交通隧道选线（址）原则1．2．2．1一般地区隧道位置的选择a.应选择地质构造简单、地层单一、岩性完整、工程地质条件较好的地段，在倾斜岩层中，以隧道勘察阶段范围目的方法和要求可行性研究勘察（踏勘、规划阶段勘察）包括若干个拟初步比选的洞址地区根据工程的用途、性质、规模和国家的规划布暑，为方案立项比选提供资料通过搜集区域地质资料、现场踏勘和调查，了解拟选方案的地形、地貌、地层岩性、地质构造、工程地质及水文地质条件。必要时进行少量勘探，做出可行性评价，选择合适的洞址和洞口；铁路越岭隧道，可充分利用卫片、航片进行室内解译，选择洞址和洞口的合理位置，地质复杂地段，宜在初测前开展子阶段地质工作。初步勘察（初测、初步设计阶段勘察）包括几个有定点价值的洞址及其周围地段为选出一个最佳洞址，并为初步设计、概算等提供资料。一般以工程地质测绘为主，特长交通隧道或多线隧道宜采用遥感图像，地质解译、地质测绘、综合物探的方法，必要时辅以少量的钻探和试验。初步查明选定方案的地质条件和环境条件；初步确定岩体围岩分类；对洞口和洞址的稳定性做出评价，为初步设计提供依据。详细勘察（定测、补充定测、施工图设计阶段勘察、技施阶段勘察）选定的洞址及洞室边界以外50~200m，以及有关地段为检验和加深初勘工作，为施工图设计和制定施工方案提供资料。采用钻探、物探和测试为主的综合勘探方法，必要时可结合施工导洞布置洞探详细查明洞址、洞口、洞室穿越线路的工程地质及水文地质条件，分段划分围岩类别（岩体质量分级），评价洞体和围岩的稳定性，为设计支护结构和确定施工方案提供资料。①物探：查明覆盖层厚度、构造破碎带分布及围岩分类等.②钻探：查明重要岩土工程问题或验证物探异常，钻孔宜综合利用.③洞探：用于上述各方法仍未查明岩土工程条件的大型重要工程。施工勘察洞室内及其有关的地段为在施工中验证和补充前阶段资料，预测和解决施工中新揭露的岩土工程问题，为调整围岩类别，修改设计和施工方法提供资料。配合施工应进行下列工作：1.配合施工前的准备工作（熟悉前阶段地质资料、文件、规程、规范等）2.施工地质编录及地质图件编制3.进行超前地质预报，利用掌子面位移量测法，掌子面地质素描法，超前导坑预报法；超前钻孔测试法及综合物探等方法，探明掌子面前方的地层构造、水量、水压以及有无地热、岩爆、膨胀岩等问题4.测定围岩的地应力，弹性波速度及岩石物理力学性质，修正围岩类别。5.进行围岩稳定性分析，测定开挖后围岩变形，松弛范围及随时间变化的速度。6.参加施工监测系统设计、监控分析和数值分析7.测定支护系统应力应变，对支护参数和施工方法，及时提出建议。5轴线垂直岩层走向为宜。b.应选择在山体稳定、山形较完整、山体无冲沟，山洼等次地形切割不大、无软弱夹层、岩层基本稳定的地段通过。c.应选择地下水影响小、无有害气体、无有用矿产和不含放射性元素的地层通过。1．2．2．2不良地质地区隧道位置的选择a.隧道顺褶曲构造布置时，一般避开褶曲轴部破碎带，选择两侧翼部地质较好的一侧通过。b.隧道尽量避开断层破碎带，特别是含水丰富的破碎带；如必须穿越时，隧道应与之垂直或大角度斜交通过。c.隧道洞身不应在滑坡、错落体内穿过；如必须通过此类地段时，应使洞身埋置在错落体或滑动面以下一定深度的稳固地层中。d.当陡岸斜坡严重张裂不稳或山坡有严重崩塌时，隧道位置宜往里靠，置于稳固地层中；如确有困难时，应选择其范围最小且相对稳定的地段通过，并提出保证施工和洞身安全的有效措施。当崩塌地段短，崩落石块小，情况不严重，可考虑明洞方案，或与路基防护工程作比较。e.隧道应避免通过严重不良地质、地下水极为发育的低洼垭口处。f.通过岩堆地段时，若经查明岩堆密实稳定，可修建隧道，但应避免洞身置于岩堆与基岩接触面处。如属不稳定的岩堆，隧道应内移置于基岩中，并留有足够的安全厚度。g.隧道穿过泥石流沟床下部时，应使洞身置于基岩中或稳定的地层内，并保证拱顶以上有一定的安全覆盖厚度。如采用明洞方案时，明洞基础应置于基岩或牢固可靠的地基上，明洞洞顶回填应考虑河床下切和上涨以及相互转化的可能性，并加不小于0.5m的安全覆盖厚度。h.隧道通过岩溶地区时，宜选择在难溶岩的地段和地下水不发育的地带。力求避免穿越岩溶严重发育的地下溶洞、地下水富集区、地层松软地带及地质构造破碎带等地段，尽量避开易溶岩与难溶岩的接触带；不能避开时，宜选择在较狭窄、影响范围最小处，以垂直或大角度穿过。i.隧道一般应尽量避开流砂地段；无法避开时，应选择其范围最小且相对稳定地段以短距离通过，并提出合理可行的工程处理措施，以确保施工和行车安全。第四纪堆积层一般松软易坍，对施工极为不利，一般应避开；当隧道部分洞身无法避开时，应选择影响范围最小的地段通过，并按其性质和地下水情况采取合理的工程措施。j.隧道尽量避开结构松散的冰碛层；必须通过冰碛层时，宜选择结构相对密实、影响范围最短的地段通过。k.隧道宜避免穿越煤系地层和瓦斯含量较高的地带；当必须通过煤系地层时，力求隧道有一定厚度的隔层，或以大角度横穿，尽量减少其影响长度。l.黄土地区隧道，应尽量避开有地下水活动、陷穴密集、冲沟发育、地层不稳和滑坡、泥石流等地段，宜选择在无地下水活动、密实稳定、远离陷穴群体的地段通过。m．多年冻土地区，由于受冻脹、融沉、热融滑坍等多种特殊物理地质现象影响，隧道洞身应避免穿过地下冰及地下水发育的地带，不能避开时，应采取综合治理措施。n．水库地区隧道位置，应避开受水库充水及消水影响易于发生坍塌病害的松散、破碎地带，选择在稳定的基岩或坍岸范围以外的稳固地层内。O．隧道通过地震动峰值加速度在0.10g以上的强震区时，必须避开发震断层带，选择对抗震有利的地段修建。p．对于地质构造复杂、岩体破碎、堆积厚度等工程地质条件较差的傍山偏压隧道，宜往里靠，增长隧道，避免短隧道群。q．对于沿河傍山隧道应避开山体失稳、严重滑坡、崩塌、错落、岩堆等不良地质，并须考虑河流冲刷变化，隧道位置一般宜往内靠。r．隧道宜避开高地应力区，不能避开时，洞轴宜平行最大主应力方向。1．2．2．3水下隧道位置的选择6a.应具有良好的工程地质和水文地质条件，尽量选在古老的岩浆岩或沉积岩等比较坚硬、连续沉积或岩相相对稳定的岩层中。在选定轴线时，应尽量避开大断裂破碎带、不整合接触带以及软弱夹层地带，严禁水下隧道轴线走向和断层走向一致，当避开有困难时可垂直通过大断层。隧道轴线尽量选在岩体完整、岩性坚硬、无溶洞、无断层破碎带以及河床冲刷后淤积的覆盖层较薄而又无大冲沟的地段。b.应尽量选择在厚层状隔水层或含水较少的不透水地层中通过，隧道应避免通过地下水中含有对混凝土有危害的盐类和腐蚀性物质。c.水下隧道宜选在河床顺直、河道较窄、河水较浅又无深槽的地段；若难满足上述条件，则应考虑河幅宽窄与河水深浅的相互关系，作多方案比较。d.隧道宜选在两岸山体整齐、河床段引道线形顺直、接线方便、河床水域相对稳定的地段，避免穿越支沟、小河和古河道。e.宜选择在水压小、易处理的水域下通过，避免通过地质条件复杂、涌水、涌泥、涌砂石的地层。f.水下隧道应避开地震区；当通过时，在隧道地段应采取加强措施。1．2．2．4洞口位置的选择a.接近主洞口的道路工程量要小，尽量少破坏地形地貌。b.平原地区隧道洞口不应选在河堤内，要设置在堤外，地形不允许时应构筑人工建筑物，采取防护措施。c.隧道洞口位置应隐蔽，两个主隧道口应不同朝向，一般应相距较远，主隧道口外有屏障、山体稳定、岩层完整、施工方便、与洞外接线合理，不留病害。d.洞口应尽量避开不良地质地段，选择在山坡稳定、覆盖层薄、无不良地质处通过；在地形、地质条件不利时宜早进洞、晚出洞、不留后患，具体要求如下：`a)隧道洞口应选择在山坡稳定、地质条件较好处，不应设在偏压很大及严重不良地质地段，宜避开排水困难的沟谷低洼处。b)位于悬岩陡壁下的洞口，一般不宜切削原山坡。当坡面及岩顶稳定，无落石或坍塌可能时，可贴壁进洞。避免在不稳定悬岩陡壁下进洞，否则应延伸洞口接以明洞，其长度宜延伸到坍落可能影响的范围以外3m~5m，或采取其他措施，保证运营安全。c)对于层面不稳定的岩层，开挖后容易引起顺层滑动或坍塌的地段，宜早进洞。否则，应采取有效的工程措施防止病害。d)在漫坡地段选择洞口位置时，应结合洞外路堑地质、弃渣处理、少占农田、填方利用、排水条件及有利施工