工程地质评价一方面是隧道设计与施工的基础,另一方面也为隧道设计提供反馈信息,为施工提供指导(如超前预报等)。隧道工程是目前科技发展两大领域之一即地下空间的重要内容,笔者以秦岭某公路隧道为例,探讨岩质隧道工程地质评价的主要内容和一般方法,并藉此引起对隧道工程地质的重视。
基本地质环境基本地质环境是指隧道范围内的工程岩土体与周围(尤其是与隧道轴线两侧各约范围内)地质体的关系,主要包括自然地理环境、场地和生态环境、区域地质构造及施工环境等,反映了隧道与交通、气候、地形、地质等基本因素之间的关系,它预示了隧道可能存在的工程地质条件,在很大程度上决定着隧道定线及洞口位置选择,同时也是工程地质评价的基础。地质环境的好坏直接影响隧道的长度、隧道高程的选择、施工的难易、工期的长短、运营的安全和经济效益。该隧道位于秦岭腹地,海拔1 400~2 180 m,属中高山地貌,山岭谷坡25°~55°。隧道设计为双洞洞室净宽10.5 m,高7.85 m,呈板栗圆形,全长属特长隧道。隧道所在地区属大陆性季风气候,雨雪多、云雾多,湿度大、日照短,冰期最大冻结深度0.13 m。隧道介于两大断裂之间,区域构造上属秦岭褶皱系南秦岭印支褶皱带中一复向斜的南翼,NW、NE向次级断裂发育;地质历史上一直受到近SN向的挤压。地震活动性较弱,基本烈度Ⅵ度,地震加速度(0.10~0.15)×10-2m/s2。
工程地质条件工程地质条件是指直接或间接影响隧道规划、设计、施工和正常运用等工程活动的地质因素,是工程地质评价的直接依据,主要包括岩土性质、地质构造、水文条件和不良地质现象。其影响方式有:以一定作用影响隧道的稳定,以一定作用影响隧道运营安全,由于不良地质而提高隧道造价。地层岩性出露地层属中泥盆统池沟组和中、上泥盆统青石垭组,沉积环境为浅海-陆源相。岩性以变质砂岩、粉砂岩、板岩、片岩及大理岩为主,岩层一般走向东西,倾向北,倾角40°~80°;沿断层破裂带充填有石英岩脉、闪长岩脉及辉长岩脉;地表则主要是以粉质粘土及碎石土为主要成分的第四系冲洪残积物。隧道穿越的岩层有变质砂岩层、粉砂岩层、片岩层、大理岩层及碎石土层。地质构造小褶皱,大量发育,褶皱轴部向西倾伏,两翼倾角75°~82°,受区域构造挤压作用,呈韧性变形、后期剪切特征,对隧道安全稳定影响不大。
断层,以NE、NW为主,共计有22条,其中14条与隧道轴线相交并且基本与隧道轴线呈高角度斜交隧道总体方位为SW215°),产状90°~140°/ 180°°,倾角60°~80°,延伸几十米至几百米;断层破碎带宽度小的几十厘米,大的十几米,以碎裂岩和角砾岩为主,夹有断层泥。其影响以横切变形为主,隧道轴部断层切割较深断层可能产生崩塌,切河断层中还包含有导水断裂,有可能产生突水。
节理,以剪性节理为主,平直光滑闭合无充填走向以北向为主,延伸几厘米到几米,一般为断层的二级构造。水文条件地下水主要为松散岩类孔隙水、大理岩裂隙岩溶水和风化、基岩裂隙水3种均存在,其中以裂隙水水量最多,但总水量较少且表现随季节差异很大,受地形和裂隙构造影响分布极不均匀,以大气降水入渗补给为主,属淡水类型。不良地质现象发育有崩塌、岩溶、泥石流、岩体风化等不良地质现象,不同程度地影响了隧道的安全,尤其是在隧道进出口,崩塌对洞口的稳定性有相当的影响。在埋深超过200 m隧道有可能产生岩爆,在断层带较宽的地段还有可能产生突水。隧道工程地质评价的内容和方法大气降水天然补给量及涌水量评价地下水天然补给量的评价地下水是隧道涌水的主要来源之一,尤其是施工期间大面积的集中大气降水可导致突水。一般评价大气降水天然补给量有两种方法降水渗入系数法。地下水天然补给量α·F·式中:Q为地下水天然补给量(m3/a);α为降水入渗系数,一般可据区域水文资料获取;F为计算段径流面积;X为降水量,可据气象资料获得
