地下工程地质问题全解析

由于地下工程深埋于地下，在施工阶段遇到的工程地质问题最多。洞室开挖之前，围岩处于一定的应力平衡状态，洞室的开挖，使围岩应力重新分布。当围岩的强度能够适应变化后的应力状态，可不采取任何人力措施，以保持洞室的稳定；当围岩强度较低，或其中应力状态的变化大，以致围岩不能适应变化后的应力状态，洞室将失稳，需要加固处理，否则将会引起破坏事故，对施工、正常使用造成危害。国内外建筑史上因洞室失稳而造成的事故为数不少。澳大利亚悉尼输水压力隧洞使用混凝土砌筑，使用期间在300m的地段上，发现洞内有压水大量渗入围岩而达地表。检查发现，三叠纪砂岩中节理发育，岩石强度很低，在100m内水头作用下，不符合要求的衬砌破坏，洞顶出现裂缝，错距达1.0～2.0cm。我国西南某水电站地下厂房施工中，上游边墙失稳，向下滑移，及时采取了有效加固措施，保证了边墙的稳定。

地下工程围岩有岩体和土体之分，以下就简述这两类围岩常遇到的工程地质问题。

1.地下岩体工程的主要工程地质问题

地下岩体在没有进行开挖前，在自重应力和构造应力作用下，应力状态一般是处于平衡状态的。洞室开挖后，地下形成了自由空间，打破了初始应力平衡状态，发生应力重新分布，原来处于挤压状态的围岩，由于有自由空间而出现了垂直临空面的应力趋于零，因此岩石就向洞室空间变形，直到达到新的平衡状态。这种变形若超过了围岩本身所能承受的能力，便发生破坏，从母岩中分离、脱落，形成坍塌、滑移、底鼓和岩爆等。

当地下洞室或隧道穿过含水层时，将会有地下水涌进洞室，给施工带来困难和灾害。地下水是造成塌方和围岩失稳的重要原因。地下水对围岩的影响方式不同，主要表现为四个方面。

（1）以静水压力的荷载作用于隧道支护结构。

（2）使岩质软化，强度降低，造成岩体松动和滑动。(www.xing528.com)

（3）如果地下水的化学成分中含硫酸、硫化氢、亚硫酸等有害化合物，则对支护结构产生侵蚀作用。

（4）突发大量涌水，影响施工进度和造成工程事故。

在地下洞室掘进中，常会遇到各种易于燃烧、爆炸的对人体有害的气体，如沼气、二氧化碳和硫化氢等，特别是当洞室通过煤系、含油、含碳或沥青的地层时，遇到地下有害气体的机会更多。在地下工程的地质勘察中，应细心测定穿过洞室岩层的各种有害气体，提出通风安全防护措施和建议。

在坚硬岩体深部开挖洞室时，岩石突然飞出和剧烈破坏，这种现象称为岩爆。岩爆大多发生于区域性、压扭性大断裂带附近或埋藏较深的硅质硬脆性岩层中。这类岩层具有较高的弹性强度，经受过较强的地应力作用，应力产生集中，埋藏位置具有较严紧的围压条件，变形受到限制，造成巨大能量积蓄在岩体内，一旦围压解除，便发生岩爆。

2.地下土体工程的主要地质问题

在土体中开挖洞室时，遇到的主要工程地质问题包括上部土体的压力和涌水问题。在土体中，地下洞室围岩上部压力最大，例如在饱和细砂及淤泥质土层开挖隧道，几乎隧道顶部以上一直到地表的土层重量都是以围岩压力形式作用于支护结构。地下水也是地下土体洞室施工中所遇到的主要工程地质问题，如洞室穿过含水层时，石膏、岩盐及某些以蒙脱石为主的黏土时，在地下水的作用下发生剧烈的溶解和膨胀而产生附加的围岩压力。地下水大量涌出，将出现管涌、大面积流砂等渗透破坏。对于土体隧道而言，隧道开口地段的主要工程地质问题是土质边坡的变形问题。