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浅谈围岩工程地质条件对隧道设计及施工的影响
一 、围岩工程地质条件对隧道设计的重要性
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
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