12.3.2.1 地质条件的超前预报
由于地下工程的设计和施工受围岩条件的制约,因此,地质条件是施工地质超前预报的首要内容和任务。预报内容包括地层岩性及其工程地质特性、地质构造及岩体结构特征、水文地质条件、地应力状态等。
(1)地层岩性及其工程地质性质。地层岩性是地质超前预报必须包含的内容,其中尤应注意对软岩及具有泥化、膨胀、崩解、易溶和含瓦斯等特殊岩土体及风化破碎岩体的预报,如灰岩、煤系地层、含油层、石膏、岩盐、芒硝、蒙脱石等。它们常导致岩溶、塌方、膨胀塑流及腐蚀等事故。
(2)断层破碎带与岩性接触带。断层不同程度地破坏了岩体的完整性和连续性,降低了围岩的强度,增强了导水和富水性。施工实践表明,严重的塌方、突水和涌泥(硐内泥石流)多与断层及其破碎带有关。如达开水库输水隧道,断层引起的塌方占总塌方量的70%;南梗河三级水电站引水隧道和南非Orange-Fish引水隧道等硐内突水和碎屑流都与断层有关。断层往往是地应力易于集中的部位,从而围岩发生大变形,并使支护受力增大和不均匀,往往引起衬砌破坏,对施工和运营安全构成很大威胁。如国道212线木寨岭隧道,受断裂F2影响,围岩发生强烈变形,曾4次换拱加强支护仍不能稳定(每次变形约达1.0m)。因此,断层及其破碎带的规模、位置、力学性质、新构造活动性、产状、构造岩类别、胶结程度和水文地质条件等是主要预报内容。
岩性接触带包括接触破碎变质带和岩脉侵入形成的挤压破碎带、冷凝节理、接触变质带等。它们易软化,工程地质条件差,并常常被后期构造利用而进一步恶化。岩脉本身易风化,强度低,是隧道易于变形破坏的重要部位。如军都山隧道、陆浑水库泄洪洞和瑞士弗卡隧道等,遇到煌斑岩脉时都发生了大塌方。
(3)岩体结构。实践表明,贯穿性节理是地下工程塌方和漏水的重要原因之一。受多组结构面切割,当其产状与隧道轴向组合不利时,易产生塌方、顺层滑动和偏压。因此,必须准确预报掌子面前方岩体结构面的部位、产状、密度、延展性、宽度及充填特征,通过赤平极射投影、实体比例投影和块体理论,预报可能发生塌方的位置、规模以及隧道漏水情况。
向斜轴部的次生张裂隙向上汇聚,形成上小、下大的楔形体,对围岩稳定十分不利。如达开水库输水隧道的9处塌方,都发生在较缓的向斜轴部。
(4)水文地质条件。大量工程实践表明,地下水是隧道地质灾害的最主要祸首之一,水文地质条件是地下工程地质超前预报的重要内容。工作要点是:①向斜盆地形成的储水构造;②断层破碎带、不整合面和侵入岩接触带;③岩溶水;④强透水和相对隔水层形成的层状含水体。(www.daowen.com)
(5)地应力状态。地应力是隧道稳定性评价和支护设计的重要条件,高地应力和低地应力对围岩稳定性不利。然而隧道工程很少进行地应力量测,因此,在施工过程中,应注意高、低地应力有关的地质现象,据此对地应力场状态作出粗略的评价,并预报相应的工程地质问题,如高地应力区的岩爆和围岩大变形,低地应力区塌方、渗漏水甚至涌水等。
12.3.2.2 围岩类别的预报
围岩分类是通过对已掘硐段或导硐工程地质条件的综合分析,包括软硬岩划分、受地质构造影响程度、节理发育状况、有无软弱夹层和夹层的地质状态、围岩结构及完整状态、地下水和地应力等情况,结合围岩稳定状态以及中长期预报成果,依据隧道工程类型的划分标准,准确预报掌子面前方的围岩类别。
12.3.2.3 地质灾害的监测、判断与防治
各类不良地质现象的准确识别以及各类地质灾害的监测、判断和防治是地下工程施工地质工作最重要的内容。
隧道施工中,塌方、涌水突泥、瓦斯突出、岩爆和大变形等地质灾害的发生,是多种因素综合作用的结果,既有地质因素,也有人为因素。人为因素可以避免,但其前提是在充分和正确认识围岩地质条件的基础上。为此,在掌握围岩地质条件特征和规律的基础上,预报可能存在的不良地质体和可能发生地质灾害的类型、位置、规模和危害程度,并提出相应的施工方案或抢险措施,从而最大限度地避免各类地质灾害的发生,为进一步开挖施工和事故处理提供科学依据。
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