隧道工程：地质条件对位置的影响

在选择隧道位置时，应力求选择在地质构造简单、岩性较好的稳固地层中。对岩性差的地层、含水层等工程地质和水文地质极为复杂的严重不良地质地段，应避免穿越。若不能绕避而必须通过时，应有充分的理由，并应减短其穿越的长度，采取可靠的工程处理措施。

1．地质构造的影响

（1）单斜构造与隧道位置的选择。

隧道穿过水平或缓倾角岩层，宜选择坚硬不透水厚岩层作为顶板，以防止在薄岩层施工时顶部产生掉块现象。

隧道穿过陡倾角单斜构造时，常见的工程地质问题为不均匀的地层压力、偏压、顺层滑动等现象，如图3-2-8（a）所示。当隧道中线可能沿两种不同岩性的岩层走向通过时，应避免将隧道置于两种岩性不同的岩层软弱构造（破碎）带中［图3-2-8（b）中B］，而宜将隧道置于岩性较好的单一岩层中［图3-2-8（b）中A］。隧道轴线以垂直于岩层走向穿越最为有利，不要把隧道轴线设计成与层理面平行，特别不要与软弱结构面的走向一致，至少要形成一定的交角，如图3-2-9（a）所示。如果隧道有某一段位于软弱地段中，当地层产生顺层滑动时，可能压迫该段发生相对于隧道主体的错动，而与相邻段断开，如图3-2-9（b）所示，后期隧道衬砌设计时应予以加强。

图3-2-8　隧道位置与陡倾岩层的关系

图3-2-9　隧道位置与结构面的关系

隧道通过直立岩层时，其中线宜垂直于岩层的走向穿过，如图3-2-10（a）所示。如隧道中线与岩层走向一致，如前所述，仍应避开不同岩层接触带。尤应注意的是：当层状岩层较薄，并有软弱夹层，伴有微量地下水活动时，亦可产生不对称压力，在隧道开挖过程中，易产生坍塌［图3-2-10（b）］，甚至会导致大的坍力，致使地面形成“天窗”，在选择隧道位置时应予重视。

图3-2-10　直立岩层中的隧道位置选择

（2）褶皱构造与隧道位置的选择。

在褶皱构造地区，岩层一部分向上弯曲翘起成为背斜，另一部分向下弯曲成为向斜。当隧道通过褶皱构造时，因褶皱核部岩体破碎，应尽量避免将隧道置于向斜或背斜的轴部（图3-2-11中A、C处），而应将隧道置于翼部（图3-2-11中B处），则隧道所处的地质条件类似于单斜构造，受到偏侧压力，加强结构即可。

图3-2-11　褶皱构造处隧道位置选择

当对隧道通过向斜和背斜轴部作比较时，则背斜较向斜略好。原因是背斜的岩层受弯，在上面出现开裂，切割岩体成为上大下小的楔块，楔块受到两侧邻块的挟持，使得楔块的重量由邻块分担，因而只产生小于原重的压力。与此相反，向斜地层受弯而在下面开裂，切割岩体成为上小下大的楔块。这种楔块在重力作用下，极易脱离母岩而坠落，于是产生较大的压力，也就是给结构物以较大的荷载，而且在施工时，极易发生掉块或坍方，对工程产生不利影响；此外，若向斜轴部处于含水层中，地下水积聚凹底，也将增加施工的困难。对于向斜构造，要设法避开；若必须通过时，则以垂直或大角度穿越构造轴部为宜。为避免地下水危害的可能，宜将隧道置于不透水层中，或争取隧道顶板为隔水层。

（3）断层构造与隧道位置的选择。

在断层构造的地区，断层带中的岩体呈破碎状态，称为断层碎裂体。断层带的强度很低，而且往往是地下水的通道。施工时，遇到这种地质条件将十分困难。在选择隧道位置时，应尽可能避开。不得已时，也要与断层带隔开足够的安全距离，隧道中线与断层方向一致。万不得已时，应尽量垂直通过，同时应避开严重破碎带，并应使通过断层的地段最短。施工时，还应做好各种支护及防水措施。

2．不良地质对隧道位置的影响

按地质条件进行隧道位置选择时，最重要的影响因素是不良地质。不良地质是指滑坡、崩塌、岩堆、泥石流、溶洞和含瓦斯地区等。它们各有其特点，也各有其影响。(www.xing528.com)

（1）滑坡、错落地区。隧道通过滑坡、错落地区时，必须查明滑坡类型、范围、深度、滑动方向、发生发展原因和规律、地下水情况等。一般应避开滑坡体或错动体。如果对滑坡面的位置已经了解清楚，可以把隧道置于滑坡面以下一定厚度的稳定岩体中（图3-2-12中A）。如果确知滑坡是多年静止了的滑坡或古滑坡，则在不得已时，也可以把隧道置于滑坡体之内（图3-2-12中B），但要在上部减载、下部支挡，设置抗滑桩，地表及地下加强排水。

（2）岩堆、崩坍、松散堆积层以及危岩落石地区。

这类地段一般多呈松散状态，隧道开挖后容易引起坍塌，对隧道施工威胁很大。选择隧道位置时，应查明工程地质及水文地质情况，原则上应避免从不稳定的岩堆、崩坍堆积层地区中通过，应将洞身置于岩堆以下的稳定岩体之中，并具有足够的安全厚度，如图3-2-13中甲位置所示。在堆积体紧密稳定，且不得已时，隧道也可以穿过堆积体，如图3-2-13中丙所示，但首先应分析并确认其具有稳定性，且一定要采取有效可靠的工程措施，注意应避开堆积层中的软弱层面和堆积体与基岩的接触处（图3-2-13中乙）通过。另外，在运营期间，危岩、落石常常危害行车安全，甚至引起断道，也需认真对待。为此，当新建线路在充分掌握地形、地质，确认危岩、落石危害范围的情况下，不宜采用短隧道群、高边坡防护方案；如为已成路堑，若采用“支、顶、锚、拦”等措施把握性不大，采用内侧隧道方案（图3-2-14中A方案）工程量又较大时，可采用外侧明洞方案（图3-2-14中B方案）确保安全。

图3-2-12　滑坡地区隧道位置的选择

图3-2-13　隧道通过堆积体时位置的选择

图3-2-14　危岩落石地段隧道位置选择

（3）泥石流地区。

泥石流破坏力极大，有时可能摧毁路基，甚至掩埋堵塞隧道。因此，在选择隧道位置时，务必躲开泥石流泛滥区，如躲避不开，也应选在泥石流最大下切深度以下的基岩中。要查明泥石流洪积扇范围，不可把洞口放在洪积扇范围以内。

（4）岩溶地区。

选择隧道位置时，应尽可能避开岩溶地区。如无法避开时，应探明溶洞的规模、性质和与隧道的位置关系，隧道位置优先选择岩溶及岩溶水发育相对较弱的区域，应尽量选择高线位通过，隧道与溶洞应有足够的安全距离。线路纵坡应优先选用人字坡，隧道内宜加大纵坡。

（5）煤系地层。

当隧道通过煤系地层时，要注意有害气体、煤窑采空区以及地层膨胀等影响隧道安全的问题。特别是含瓦斯地区，易引起燃烧和爆炸事故，小煤窑采空区如果塌陷则直接影响隧道洞身的稳定和运营安全。因此，在选择隧道位置时，应设法避开有害气体含量较高和煤窑采空密集地段，当不可避免时，应选择影响最小的方案通过，同时保证底部隔层有足够厚度或预留煤柱，以减少其对隧道工程的威胁，确保施工安全和结构稳定。

3．特殊地质地区隧道位置的选择

特殊地质地区是指膨胀岩土、含盐地层、黄土、多年冻土以及水库坍岸区等，选择隧道位置时一般应尽量绕避。若难以绕避或绕避有损于线路的总体性时，首先应掌握该地层的特点及其对隧道工程可能的危害程度，在技术条件许可和经济合理的条件下，选择隧道长度最短、影响最小的位置通过，也可因地制宜地采取加强衬砌结构等相应工程措施通过。

另外，选择隧道位置时，还要注意两点：一是最好不从富水区中经过，不得已时，也要尽可能地把隧道置于地下水位以上的地方，或在不透水层中穿过；二是也应尽可能不把隧道放在山体太深处，遇到部分地区埋深太大或高地温时，则应优化平纵线形，以高线位、短距离方式通过，并做好通风降温措施。

总之，要选择好隧道线路位置，应对沿线的地形、地质作详尽的了解，充分掌握这两方面的资料，认识它们之间的内在联系，分清主次，统筹研究，处理好近期与远期、隧道工程与其他工程的关系，选择出较为理想的隧道线路位置和恰当的隧道进出口位置。

对于城市隧道，要考虑行人和非机动车交通，还要注意空气污染、噪声污染和排水污染引起的环境问题，按环境保护要求设置隧道及其进出口位置，达不到环境保护要求时，应采取相应措施妥善解决，并注意隧道建筑与周围环境相协调。至于城市水底隧道，其设置位置及进出路，通常与城市整体规划、交通规划、名胜古迹、工业布局、旅游设施及郊区旅游点分布等有直接关系。选择位置时应注意，引道短、用地少、洞外展线容易、视距有保障、远离大居民区及公共场所等是设置城市隧道的特点。