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隧洞选线工程地质条件与围岩分类-工程地质与水文地质

时间:2023-10-05 理论教育 版权反馈
【摘要】:(一)隧洞选线的工程地质条件1)洞口最好选基岩出露比较完整、地形下陡上缓的陡坡地段,并尽量垂直地形等高线。在高地应力地区,洞线应与最大水平地应力方向一致,以防止隧洞开挖后围岩的变形与破坏。隧洞围岩变形破坏的形式主要与地层岩性、地质构造和水文地质条件等有关。隧洞在选线或设计方案比较时,常用围岩分类方法。表5-3 是我国水工隧洞围岩工程地质分类方案,可供参考。

隧洞选线工程地质条件与围岩分类-工程地质与水文地质

(一)隧洞选线的工程地质条件

1)洞口最好选基岩出露比较完整、地形下陡上缓的陡坡地段,并尽量垂直地形等高线(交角不宜小于30°)。要避开滑坡、崩塌、冲沟、泥石流等不良地质现象发育地段,避开山麓残积、坡积、洪积物等第四纪松散沉积物。洞口高程要高于百年一遇的洪水位。

2)洞身宜布置在较完整坚硬的岩体中。尽量避开强透水层(包括断层带、溶蚀洞穴)和大的冲沟等危险地段,以防止发生大的坍方和涌水。洞身周围应有足够的山体厚度,无压隧洞不宜小于1~3 倍洞的跨度,有压隧洞上覆岩体厚度不得小于0.2~0.5 倍内水压力水头

3)洞线应与岩层走向与构造线走向垂直或大锐角相交(应大于35°)。在高地应力地区,洞线应与最大水平地应力方向一致,以防止隧洞开挖后围岩的变形与破坏。观测表明,垂直褶皱或断层走向的水平地应力,比沿走向的水平地应力大得多。

4)隧洞选线时要考虑避开影响围岩稳定和施工安全的不良地段,如可能产生地下水涌水、有害气体的冒出、高温及岩爆的地段。突发性涌水多出现在喀斯特发育地区、断层带及洞顶有大的河流经过的地方。洞线穿越煤系地层、石油地层及火山地层,有时会冒出沼气(CH4)、二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)和硫化氢(H2S)等有害气体。特别是沼气在空气中含量达5%~6%以上时就会发生“瓦斯爆炸”,其他气体超过一定含量(如H2S超过0.1%)就能使人中毒死亡。在高山地区的深埋隧洞(深度>300~1000m),易出现高温、岩爆现象。

5)隧洞选线时,线路应尽量采取直线,避免或减少曲线和弯道。如采用曲线布置,根据现行规范要求,洞线转弯角应大于60°,曲率半径不小于5 倍的洞径。

6)隧洞选线时还应注意充分利用沟谷地形,多开施工导洞,方便施工。如让洞线穿越多处山脊,除进出口两头有工作面外,还可沿沟谷打水平施工导洞,或在沟谷中打竖井作施工导洞,以增加工作面。

图5-14 隧洞围岩的松动圈和承载圈

Ⅰ—松动圈(应力降低区);Ⅱ—承载圈(应力升高区);Ⅲ—天然状态圈(原始应力区)σ—初始应力;σr—径向应力;σθ—一切向应力

(二)隧洞围岩分类

所谓的隧洞围岩,是指隧洞开挖后应力重新分布影响范围内的岩体,此范围一般为隧洞半径的5~6 倍(图5-14)。现代地质测量证实,隧洞开挖后围岩有一应力降低区(松动圈)和应力增高区(承载圈),其外就是原始应力区。靠近洞壁由于地应力集中或超过岩体强度,围岩便向洞内产生松胀变形、甚至破坏,如洞顶坍方、侧壁滑塌、洞底鼓胀、岩爆等。隧洞围岩变形破坏的形式主要与地层岩性、地质构造和水文地质条件等有关。

在生产实践中,通常选择几条洞线方案,经过工程地质勘察,比较不同方案的优缺点,最后选择一条最优方案供实施。隧洞在选线或设计方案比较时,常用围岩分类方法。表5-3 是我国水工隧洞围岩工程地质分类方案,可供参考。此分类方案以控制围岩稳定的岩石强度、岩体完整程度、结构面状态、地下水和主要结构面产状五项因素之和的总分为基本判据,围岩强度应力比为限定判据,其计算公式为

式中T——围岩总评分;

S——围岩强度应力比;(www.xing528.com)

A——岩石强度评分(见表5-4);

B——岩体完整程度评分(见表5-5);

C——岩体结构面状态评分(见表5-6);

D——地下水评分(见表5-7);

E——岩体主要结构面产状评分(见表5-8);

Rb——岩石饱和单轴抗压强度,MPa;

Kv——岩体完整性系数,Kv=(Vpm/Vpr2

σm——围岩的最大主应力,MPa。

表5-3 水工隧洞围岩工程地质分类

(引自《水利水电工程地质勘察规范》GB50287—99)

表5-4 岩石强度评分

表5-5 岩体完整程度评分

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