安徽績溪至長安段隧道工程地質(zhì)條件與問題解析及應對策略一、緒論1.1研究背景與意義隨著我國交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的持續(xù)推進，隧道工程在山區(qū)公路建設(shè)中扮演著愈發(fā)關(guān)鍵的角色?？兿灵L安段隧道作為S217省道改造工程的重要組成部分，在區(qū)域交通網(wǎng)絡(luò)中占據(jù)著舉足輕重的地位。S217省道不僅是連接績溪縣境內(nèi)4A級景區(qū)龍川景區(qū)與胡適故里上莊景區(qū)的主要通道，承擔著績溪至旌德、涇縣等縣間的重要區(qū)域交通任務，還屬于全國30條重要紅色旅游線路范圍，在皖南旅游區(qū)域公路網(wǎng)中發(fā)揮著不可或缺的作用。然而，績溪縣城至長安段公路由于始建于上世紀六十年代，雖經(jīng)九十年代改建，但標準提升有限，受地形地貌制約，存在坡陡彎多、等級低的問題，沿線地質(zhì)災害頻發(fā)，行車安全系數(shù)低，成為制約全縣旅游通行能力的關(guān)鍵“瓶頸”，嚴重阻礙了上莊景區(qū)的發(fā)展以及全縣旅游資源的整合優(yōu)化，限制了省道旅游干線公路服務功能的發(fā)揮和區(qū)域旅游經(jīng)濟的進一步發(fā)展?？兿灵L安段隧道工程的建設(shè)，對于改善區(qū)域交通條件、促進旅游資源開發(fā)、推動區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展具有重要意義。而隧道工程的地質(zhì)條件是影響工程安全、質(zhì)量、進度和成本的關(guān)鍵因素。該區(qū)域復雜的地質(zhì)條件，如地層巖性多樣、地質(zhì)構(gòu)造復雜、水文地質(zhì)條件多變等，給隧道工程建設(shè)帶來了諸多挑戰(zhàn)。在隧道建設(shè)過程中，可能會遭遇諸如圍巖變形破壞、涌水突泥、地面塌陷等地質(zhì)災害，這些災害不僅會影響工程進度和施工安全，還可能導致工程成本大幅增加，甚至對周邊生態(tài)環(huán)境造成破壞。例如，圍巖變形破壞可能導致隧道坍塌，威脅施工人員生命安全；涌水突泥可能引發(fā)泥石流等次生災害，破壞周邊生態(tài)環(huán)境；地面塌陷則可能影響周邊建筑物的穩(wěn)定性，引發(fā)社會問題。因此，深入研究績溪至長安段隧道工程的地質(zhì)問題，具有極其重要的現(xiàn)實意義。準確掌握隧道工程區(qū)域的地質(zhì)條件，能夠為隧道的設(shè)計和施工提供科學依據(jù)，確保工程的安全與穩(wěn)定。通過對地質(zhì)問題的研究，可以合理選擇隧道的線路走向、支護方式和施工方法，有效避免或減少地質(zhì)災害的發(fā)生，降低工程風險。同時，還能優(yōu)化工程設(shè)計，減少不必要的工程措施，從而控制工程成本，提高工程的經(jīng)濟效益。對隧道工程地質(zhì)問題的研究，有助于采取有效的環(huán)境保護措施，減少工程建設(shè)對周邊生態(tài)環(huán)境的影響，實現(xiàn)工程建設(shè)與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。1.2國內(nèi)外隧道工程地質(zhì)研究現(xiàn)狀隧道工程地質(zhì)研究一直是土木工程領(lǐng)域的重要課題，隨著隧道建設(shè)規(guī)模和復雜程度的不斷增加，該領(lǐng)域的研究也取得了豐碩的成果。國外在隧道工程地質(zhì)研究方面起步較早，積累了豐富的經(jīng)驗和先進的技術(shù)。在地質(zhì)勘察方面，采用了多種先進的地球物理勘探方法，如地震勘探、電磁法勘探、地質(zhì)雷達等，能夠高精度地探測地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)和地質(zhì)異常體。在隧道圍巖穩(wěn)定性分析方面，建立了完善的理論體系和數(shù)值分析方法，如有限元法、邊界元法、離散元法等，能夠準確預測隧道施工過程中圍巖的變形和破壞情況。在隧道涌水預測和防治方面，研發(fā)了一系列先進的技術(shù)和設(shè)備，如地下水監(jiān)測系統(tǒng)、注漿堵水技術(shù)等，有效地保障了隧道施工的安全。例如，日本在隧道建設(shè)中，廣泛應用了地質(zhì)雷達和TSP（隧道地震超前預報系統(tǒng)）等技術(shù)，對隧道前方的地質(zhì)情況進行準確探測，提前采取相應的措施，減少了地質(zhì)災害的發(fā)生。德國則在隧道支護設(shè)計和施工技術(shù)方面處于世界領(lǐng)先水平，其研發(fā)的新型支護材料和施工工藝，大大提高了隧道的穩(wěn)定性和安全性。國內(nèi)隧道工程地質(zhì)研究雖然起步相對較晚，但近年來發(fā)展迅速，取得了顯著的成果。在地質(zhì)勘察方面，不斷引進和創(chuàng)新勘探技術(shù)，提高了勘察的精度和效率。例如，采用了綜合地質(zhì)勘察方法，將地質(zhì)調(diào)查、地球物理勘探、鉆探等多種方法相結(jié)合，全面獲取隧道工程區(qū)域的地質(zhì)信息。在隧道圍巖穩(wěn)定性分析方面，結(jié)合國內(nèi)隧道建設(shè)的實際情況，開展了大量的理論研究和工程實踐，提出了一系列適合我國國情的分析方法和評價指標。在隧道涌水預測和防治方面，通過對大量工程案例的研究和總結(jié)，形成了一套較為完善的技術(shù)體系。例如，在錦屏二級水電站引水隧洞的建設(shè)中，針對復雜的地質(zhì)條件和高壓涌水問題，開展了深入的研究，采用了超前地質(zhì)預報、注漿堵水、排水降壓等綜合措施，成功解決了涌水難題，確保了工程的順利進行。盡管國內(nèi)外在隧道工程地質(zhì)研究方面取得了諸多成果，但仍存在一些不足之處。一方面，對于復雜地質(zhì)條件下的隧道工程，如深埋隧道、巖溶隧道、高地應力隧道等，現(xiàn)有的研究成果還不能完全滿足工程建設(shè)的需求，對一些地質(zhì)災害的發(fā)生機理和演化規(guī)律認識還不夠深入，預測和防治技術(shù)還不夠成熟。另一方面，隧道工程地質(zhì)研究涉及多個學科領(lǐng)域，目前各學科之間的交叉融合還不夠充分，缺乏系統(tǒng)性和綜合性的研究方法。隨著隧道工程建設(shè)向更深、更長、更復雜的方向發(fā)展，未來隧道工程地質(zhì)研究將呈現(xiàn)以下趨勢：一是多學科交叉融合，綜合運用地質(zhì)學、地球物理學、巖土力學、工程力學等多學科知識，開展系統(tǒng)性的研究；二是智能化技術(shù)的應用，利用大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，實現(xiàn)對隧道工程地質(zhì)信息的實時監(jiān)測、分析和預測，提高工程決策的科學性和準確性；三是綠色環(huán)保理念的貫徹，在隧道工程建設(shè)中，更加注重對生態(tài)環(huán)境的保護，研究開發(fā)環(huán)保型的工程技術(shù)和材料。1.3研究內(nèi)容與方法1.3.1研究內(nèi)容本文主要圍繞績溪至長安段隧道工程的地質(zhì)問題展開深入研究，具體內(nèi)容包括以下幾個方面：區(qū)域地質(zhì)條件研究：詳細分析隧道工程區(qū)域的地層巖性，明確各巖層的分布、厚度、巖性特征及其物理力學性質(zhì)，如花崗巖的硬度、砂巖的顆粒結(jié)構(gòu)等，這些性質(zhì)對于判斷圍巖的穩(wěn)定性至關(guān)重要。研究區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造，包括褶皺、斷層、節(jié)理等的分布、規(guī)模、產(chǎn)狀及其相互關(guān)系，探討地質(zhì)構(gòu)造對隧道工程的影響，如斷層可能導致巖體破碎，增加施工難度和安全風險。分析區(qū)域的水文地質(zhì)條件，包括地下水的類型、水位、水量、流向以及含水層和隔水層的分布情況，評估地下水對隧道施工和運營的影響，如涌水可能引發(fā)的地質(zhì)災害。隧道工程場地工程地質(zhì)研究：對擬建場地各巖土層的分布及其性質(zhì)進行詳細勘察，包括巖土的類別、密度、含水量、壓縮性等指標，為隧道基礎(chǔ)設(shè)計和施工提供依據(jù)。測定場地巖石的物理性質(zhì)及力學性質(zhì)，如巖石的抗壓強度、抗拉強度、彈性模量等，評估巖石的承載能力和變形特性。隧道主要工程地質(zhì)問題分析：研究褶皺對隧道穩(wěn)定性的影響，分析褶皺的形態(tài)、軸部和翼部的巖體特征，以及褶皺對隧道圍巖壓力分布的影響，確定合理的支護措施。分析節(jié)理與裂隙對隧道穩(wěn)定性的影響，研究節(jié)理和裂隙的發(fā)育程度、間距、連通性及其與隧道軸線的關(guān)系，評估其對巖體完整性和強度的削弱作用，預測可能出現(xiàn)的坍塌、掉塊等問題。探討斷層對隧道穩(wěn)定性的影響，研究斷層的性質(zhì)、破碎帶寬度、填充物性質(zhì)等，分析斷層在隧道施工過程中可能引發(fā)的涌水、突泥、巖體失穩(wěn)等災害，提出相應的防治措施。進行構(gòu)造控水地質(zhì)調(diào)查和評價，分析地質(zhì)構(gòu)造與地下水的相互作用關(guān)系，預測隧道施工過程中可能出現(xiàn)的涌水部位和涌水量，制定有效的排水和堵水方案。隧道物探研究：采用多種物探方法對隧道路線和洞口進行物探調(diào)查，如地震勘探、地質(zhì)雷達、電法勘探等，探測地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地質(zhì)異常體和不良地質(zhì)體的分布情況，如斷層破碎帶、巖溶洞穴等。對物探數(shù)據(jù)進行地質(zhì)解譯，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料和工程經(jīng)驗，推斷地下地質(zhì)構(gòu)造和巖土體性質(zhì)，為隧道設(shè)計和施工提供直觀的地質(zhì)信息。對擬建場地的抗震性能進行初步評價，分析場地的地震地質(zhì)條件，如地震動參數(shù)、場地土類型等，評估隧道在地震作用下的穩(wěn)定性，提出抗震設(shè)計建議。隧道鉆探研究：通過鉆探獲取隧道圍巖的巖芯樣本，進行詳細的巖芯描述和分析，包括巖石的巖性、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、節(jié)理裂隙發(fā)育情況等，為隧道圍巖質(zhì)量評價提供直接依據(jù)。運用相關(guān)標準和方法對隧道圍巖質(zhì)量進行評價，如采用BQ分級法、Q系統(tǒng)分級法等，確定圍巖的級別，為隧道支護設(shè)計和施工方法選擇提供科學依據(jù)。隧道工程的分析和評價：綜合考慮地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)等因素，對隧道工程的可行性和安全性進行全面分析和評價，提出優(yōu)化設(shè)計和施工的建議。研究不同地質(zhì)條件下隧道施工可能出現(xiàn)的問題及應對措施，如針對軟弱圍巖采用超前支護、加強襯砌等措施，針對涌水地段采用注漿堵水、排水降壓等方法。評估隧道工程對周邊環(huán)境的影響，如對地下水水位、地表植被、建筑物等的影響，提出相應的環(huán)境保護措施。隧道工程最優(yōu)方案的確定：在對隧道工程地質(zhì)問題進行深入研究和分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程的技術(shù)要求、經(jīng)濟指標和環(huán)境影響等因素，對不同的隧道設(shè)計和施工方案進行比選和優(yōu)化，確定最優(yōu)方案，以確保隧道工程的安全、經(jīng)濟、環(huán)保和高效建設(shè)。1.3.2研究方法為了全面、深入地研究績溪至長安段隧道工程的地質(zhì)問題，本文將綜合運用以下研究方法：地質(zhì)調(diào)查法：通過野外實地調(diào)查，詳細觀察和記錄隧道工程區(qū)域的地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)等地質(zhì)現(xiàn)象，收集相關(guān)地質(zhì)資料，繪制地質(zhì)圖件，為后續(xù)研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在調(diào)查過程中，采用地質(zhì)羅盤測量巖層產(chǎn)狀，使用地質(zhì)錘采集巖石標本，對典型地質(zhì)現(xiàn)象進行拍照和素描記錄。物探方法：運用地震勘探、地質(zhì)雷達、電法勘探等地球物理勘探方法，探測地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地質(zhì)異常體和不良地質(zhì)體的分布情況。地震勘探通過人工激發(fā)地震波，根據(jù)地震波在地下介質(zhì)中的傳播速度和反射、折射特征，推斷地層巖性和地質(zhì)構(gòu)造；地質(zhì)雷達利用高頻電磁波在地下介質(zhì)中的傳播和反射特性，探測淺部地層結(jié)構(gòu)和地質(zhì)異常；電法勘探則通過測量地下介質(zhì)的電學性質(zhì)差異，確定地質(zhì)構(gòu)造和含水層的分布。鉆探方法：在隧道工程場地布置鉆孔，進行鉆探取芯，獲取地下巖芯樣本。通過對巖芯樣本的分析，了解地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、節(jié)理裂隙發(fā)育情況等信息，為隧道圍巖質(zhì)量評價和工程設(shè)計提供直接依據(jù)。在鉆探過程中，嚴格控制鉆孔的垂直度和取芯率，確保巖芯的完整性和代表性。室內(nèi)試驗法：對采集的巖石和土樣進行室內(nèi)物理力學性質(zhì)試驗，測定巖石的抗壓強度、抗拉強度、彈性模量、泊松比等力學參數(shù)，以及土的密度、含水量、壓縮性、抗剪強度等指標。通過室內(nèi)試驗，準確掌握巖土體的物理力學性質(zhì)，為隧道工程設(shè)計提供數(shù)據(jù)支持。理論分析方法：運用巖土力學、工程地質(zhì)學等相關(guān)理論，對隧道工程的地質(zhì)問題進行分析和評價。如利用巖體力學理論分析隧道圍巖的穩(wěn)定性，采用滲流理論研究地下水對隧道的影響，依據(jù)地質(zhì)構(gòu)造理論探討地質(zhì)構(gòu)造對隧道工程的作用機制。數(shù)值模擬方法：借助有限元軟件、離散元軟件等數(shù)值模擬工具，建立隧道工程地質(zhì)模型，模擬隧道施工過程中圍巖的應力、應變分布和變形破壞情況，預測隧道施工可能出現(xiàn)的地質(zhì)問題，為工程設(shè)計和施工提供科學參考。通過數(shù)值模擬，可以直觀地了解隧道在不同施工階段和地質(zhì)條件下的力學響應，優(yōu)化施工方案和支護參數(shù)。二、安徽績溪至長安段區(qū)域地質(zhì)背景2.1地理位置與地形地貌績溪至長安段位于安徽省宣城市績溪縣境內(nèi)，地處皖南山區(qū)?？兿h地理位置獨特，介于北緯29°57′～30°20′、東經(jīng)118°20′～118°55′之間，是連接皖南山區(qū)與外界的重要交通節(jié)點。S217省道績溪至長安段改造工程，其起點位于績溪縣長安鎮(zhèn)五里棚，順接現(xiàn)狀S217，終點位置則根據(jù)具體規(guī)劃與周邊交通網(wǎng)絡(luò)相銜接，在區(qū)域交通中承擔著連接績溪至旌德、涇縣等縣間的重要區(qū)域交通任務，同時也是績溪溝通兩條高速的重要通道，對區(qū)域交通格局有著重要影響。該區(qū)域地形地貌復雜，總體屬于中低山地貌類型，地勢起伏較大，山巒連綿，溝谷縱橫。山脈走向主要呈北東-南西向，與區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造方向基本一致。山體坡度一般在25°-45°之間，局部地段坡度可達60°以上，地形切割深度較大，相對高差多在200-500米之間。在隧道工程沿線，地形地貌主要表現(xiàn)為以下幾種類型：山嶺區(qū)：隧道穿越的大部分區(qū)域為山嶺，山體巖石裸露，植被較為發(fā)育，主要為松樹、杉樹等針葉林以及一些灌木。山嶺區(qū)的地形特點是地勢高聳，坡度陡峭，給隧道施工帶來了較大的難度。在施工過程中，需要進行大量的土石方開挖，對山體的穩(wěn)定性影響較大。同時，由于地勢較高，施工材料和設(shè)備的運輸也較為困難，增加了施工成本和施工風險。溝谷區(qū)：工程區(qū)域內(nèi)分布著多條溝谷，溝谷走向與山脈走向大致垂直，溝谷內(nèi)水流季節(jié)性變化明顯，雨季時水流較大，旱季時則可能干涸。溝谷區(qū)的地形特點是地勢低洼，地下水位相對較高，地質(zhì)條件較為復雜。在隧道施工過程中，溝谷區(qū)容易出現(xiàn)涌水、突泥等地質(zhì)災害，對施工安全構(gòu)成威脅。此外，溝谷區(qū)的地基承載力較低，需要對隧道基礎(chǔ)進行特殊處理，以確保隧道的穩(wěn)定性。山間盆地區(qū)：在部分區(qū)域，存在一些山間盆地，盆地地勢相對平坦，是當?shù)鼐用竦闹饕劬拥睾娃r(nóng)田分布區(qū)。山間盆地區(qū)的地形特點是地形開闊，土層較厚，地下水水位較淺。在隧道施工過程中，需要考慮對盆地內(nèi)居民生活和農(nóng)田灌溉的影響，采取相應的環(huán)境保護措施。同時，由于盆地內(nèi)建筑物較多，隧道施工還需要注意對周邊建筑物的保護，避免因施工引起的地面沉降等問題對建筑物造成損壞。地形地貌對隧道工程的影響是多方面的。首先，地形起伏和坡度會影響隧道的選址和線路走向。在選擇隧道線路時，需要盡量避開地形陡峭、高差過大的區(qū)域，以減少施工難度和工程成本。同時，要考慮隧道進出口的位置，確保進出口的地形條件有利于施工和運營。其次，復雜的地形地貌增加了隧道施工的難度和風險。在山嶺區(qū)進行隧道施工時，需要采用先進的施工技術(shù)和設(shè)備，如盾構(gòu)機、TBM等，以應對復雜的地質(zhì)條件和陡峭的地形。此外，地形地貌還會影響隧道施工過程中的排水和通風問題。在溝谷區(qū)施工時，需要加強排水措施，防止涌水對施工造成影響。在山嶺區(qū)施工時，由于隧道埋深較大，通風問題較為突出，需要合理設(shè)計通風系統(tǒng)，確保施工人員的安全和施工進度。2.2地層巖性績溪至長安段隧道工程區(qū)域出露的地層較為復雜，主要有青白口系、南華系、震旦系、寒武系以及第四系，各時代地層的巖性特征及工程特性如下：青白口系（Qb）：在工程區(qū)域內(nèi)廣泛出露，巖性主要為變質(zhì)砂巖、板巖及千枚巖。其中，變質(zhì)砂巖呈灰白色、灰黃色，具變余砂狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖石礦物顆粒定向排列明顯，石英含量較高，一般在70%-80%之間，長石含量相對較少。其巖石強度較高，單軸抗壓強度可達60-80MPa，巖體完整性較好，但受變質(zhì)作用影響，片理發(fā)育，在節(jié)理裂隙切割下，易形成不穩(wěn)定塊體，影響隧道圍巖的穩(wěn)定性。板巖呈灰黑色、深灰色，具板狀構(gòu)造，礦物顆粒細小，主要由黏土礦物和石英組成，巖石的抗風化能力較弱，遇水易軟化，單軸抗壓強度一般在20-40MPa之間，屬于軟巖類。在隧道施工過程中，板巖易發(fā)生坍塌、掉塊等現(xiàn)象，需加強支護措施。千枚巖呈黃綠色、灰綠色，具千枚狀構(gòu)造，巖石中絹云母含量較高，光澤較強，礦物顆粒定向排列明顯。其強度較低，單軸抗壓強度在15-30MPa之間，遇水后力學性質(zhì)變化較大，易產(chǎn)生較大的變形，對隧道的穩(wěn)定性構(gòu)成較大威脅。南華系（Nh）：區(qū)內(nèi)出露的南華系地層巖性主要為凝灰?guī)r、含礫凝灰?guī)r。凝灰?guī)r呈灰綠色、紫紅色，具凝灰結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖石由火山灰和火山碎屑組成，膠結(jié)程度相對較差。其單軸抗壓強度一般在30-50MPa之間，巖體完整性較差，節(jié)理裂隙發(fā)育，透水性較強，在隧道施工中容易引發(fā)涌水問題，增加施工難度和安全風險。含礫凝灰?guī)r呈灰黃色、灰白色，具含礫凝灰結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，礫石成分主要為火山巖，含量一般在10%-20%之間，粒徑大小不一。其強度相對較高，單軸抗壓強度可達40-60MPa，但由于礫石與膠結(jié)物之間的結(jié)合力較弱，在動荷載作用下，容易出現(xiàn)礫石脫落現(xiàn)象，導致巖體強度降低，影響隧道圍巖的穩(wěn)定性。震旦系（Z）：該區(qū)域震旦系地層巖性主要為硅質(zhì)巖、泥質(zhì)巖和砂巖互層。硅質(zhì)巖呈灰白色、灰黑色，質(zhì)地堅硬，具隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，SiO2含量較高，一般在90%以上。其單軸抗壓強度較高，可達80-100MPa，巖體完整性好，是良好的隧道圍巖。但硅質(zhì)巖性脆，在受到強烈的構(gòu)造應力作用時，容易產(chǎn)生脆性破裂，形成大量的節(jié)理裂隙，增加巖體的透水性。泥質(zhì)巖呈灰綠色、黑色，具泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，層理構(gòu)造明顯，主要由黏土礦物組成，遇水易膨脹、軟化，強度降低明顯。單軸抗壓強度一般在10-20MPa之間，屬于極軟巖，在隧道施工中極易發(fā)生坍塌變形，需要采取特殊的支護和加固措施。砂巖與泥質(zhì)巖互層時，由于兩種巖石的力學性質(zhì)差異較大，在隧道開挖過程中，容易產(chǎn)生不均勻變形，導致圍巖失穩(wěn)，增加施工風險。寒武系（∈）：工程區(qū)域內(nèi)寒武系地層出露較少，巖性主要為石灰?guī)r、頁巖。石灰?guī)r呈灰白色、淺灰色，具微晶結(jié)構(gòu)、生物碎屑結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物成分為方解石。其巖石強度較高，單軸抗壓強度可達50-70MPa，巖體完整性較好，但石灰?guī)r易被地下水溶蝕，形成巖溶洞穴、溶溝、溶槽等巖溶現(xiàn)象。在隧道施工過程中，遇到巖溶發(fā)育地段，可能會引發(fā)涌水、突泥、坍塌等地質(zhì)災害，嚴重影響施工安全和工程進度。頁巖呈黑色、灰黑色，具頁理構(gòu)造，主要由黏土礦物組成，含有機質(zhì)較多。其抗風化能力弱，遇水易軟化、崩解，強度低，單軸抗壓強度一般在15-35MPa之間。在隧道施工中，頁巖段容易出現(xiàn)圍巖變形、坍塌等問題，需要加強支護和防水措施。第四系（Q）：主要分布在溝谷、山間盆地及河流階地等地形低洼處，成因類型主要有坡積、沖積、洪積等。巖性主要為粉質(zhì)黏土、砂土、碎石土等。粉質(zhì)黏土呈黃褐色、灰褐色，可塑-硬塑狀態(tài)，具黏性，含少量粉粒和砂粒，干強度中等，韌性中等。其壓縮性中等，承載力特征值一般在120-180kPa之間，在隧道洞口及淺埋段，粉質(zhì)黏土作為隧道圍巖時，自穩(wěn)能力較差，需要進行適當?shù)募庸烫幚?。砂土主要為粉砂、細砂，呈淺黃色、灰白色，松散-稍密狀態(tài)，顆粒間黏聚力小，透水性強。其承載力特征值一般在80-120kPa之間，在飽水狀態(tài)下，砂土容易發(fā)生液化現(xiàn)象，對隧道施工和運營安全造成威脅。碎石土由碎石和黏性土組成，碎石含量一般在50%以上，粒徑大小不一，呈棱角狀-次棱角狀，母巖成分主要為花崗巖、砂巖等。其承載力特征值較高，一般在200-300kPa之間，但由于碎石土的顆粒級配不均勻，在隧道施工過程中，容易出現(xiàn)局部坍塌和不均勻沉降等問題。不同巖性的地層在隧道工程中表現(xiàn)出不同的工程特性，對隧道的設(shè)計、施工和運營產(chǎn)生重要影響。在隧道設(shè)計和施工過程中，需要充分考慮地層巖性的特點，采取相應的工程措施，確保隧道工程的安全和穩(wěn)定。2.3地質(zhì)構(gòu)造績溪至長安段隧道工程區(qū)域位于華南褶皺系的北東邊緣，處于江南造山帶與揚子板塊的交接部位，地質(zhì)構(gòu)造復雜，經(jīng)歷了多期構(gòu)造運動的疊加改造，褶皺、斷層、節(jié)理等構(gòu)造發(fā)育，對隧道工程的影響顯著。2.3.1褶皺構(gòu)造區(qū)域內(nèi)褶皺構(gòu)造較為發(fā)育，主要為緊閉褶皺和倒轉(zhuǎn)褶皺，軸向以北東-南西向為主，與區(qū)域構(gòu)造線方向基本一致。褶皺核部地層主要為青白口系和南華系的變質(zhì)巖和火山巖，翼部地層為震旦系和寒武系的沉積巖。褶皺的形態(tài)和規(guī)模變化較大，褶皺幅度一般在幾十米至幾百米之間，褶皺波長在幾百米至數(shù)千米之間。以隧道穿越的某褶皺構(gòu)造為例，該褶皺為緊閉褶皺，軸向為北東45°，核部出露青白口系千枚巖，翼部為南華系凝灰?guī)r。褶皺核部巖石破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體完整性差，力學強度低。在隧道施工過程中，若穿越褶皺核部，圍巖穩(wěn)定性較差，容易發(fā)生坍塌、掉塊等現(xiàn)象，增加施工難度和安全風險。此外，褶皺的存在還會導致地層產(chǎn)狀發(fā)生變化，使隧道圍巖壓力分布不均勻，對隧道支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計提出了更高的要求。2.3.2斷層構(gòu)造區(qū)域內(nèi)斷層構(gòu)造較為發(fā)育，主要有北東向、北西向和近東西向三組斷層。北東向斷層規(guī)模較大，延伸長度可達數(shù)千米至數(shù)十千米，斷層面傾角較陡，一般在60°-80°之間，多為正斷層或逆斷層。北西向和近東西向斷層規(guī)模相對較小，延伸長度一般在數(shù)百米至數(shù)千米之間，斷層面傾角較緩，多為平移斷層。斷層破碎帶的寬度和性質(zhì)對隧道工程影響較大。破碎帶寬度一般在數(shù)米至數(shù)十米之間，帶內(nèi)巖石破碎，多為斷層角礫巖、碎裂巖和斷層泥，巖體完整性差，強度低，透水性強。當隧道穿越斷層破碎帶時，容易引發(fā)涌水、突泥、坍塌等地質(zhì)災害。例如，某隧道在施工過程中穿越一條北東向的斷層破碎帶，破碎帶寬度約20米，帶內(nèi)巖石極為破碎，富含地下水。施工時，突然發(fā)生涌水突泥事故，涌水量瞬間達到數(shù)千立方米，導致隧道掌子面被淹沒，施工設(shè)備被損壞，工程被迫停工數(shù)月，造成了巨大的經(jīng)濟損失。此外，斷層還會使巖體的應力狀態(tài)發(fā)生改變，導致應力集中現(xiàn)象，增加隧道圍巖失穩(wěn)的風險。在隧道設(shè)計和施工過程中，需要對斷層進行詳細勘察，準確掌握斷層的位置、產(chǎn)狀、性質(zhì)和破碎帶寬度等信息，采取有效的工程措施，如加強支護、注漿加固、超前地質(zhì)預報等，確保隧道施工的安全和順利進行。2.3.3節(jié)理構(gòu)造區(qū)域內(nèi)巖石節(jié)理較為發(fā)育，主要有垂直節(jié)理、水平節(jié)理和斜交節(jié)理三組。節(jié)理的密度和間距在不同巖性和構(gòu)造部位存在差異，一般在變質(zhì)巖和火山巖中節(jié)理密度較大，間距較??；在沉積巖中節(jié)理密度相對較小，間距較大。節(jié)理的存在會削弱巖體的完整性和強度，增加巖體的透水性。當隧道開挖后，節(jié)理會使圍巖的應力分布發(fā)生變化，導致圍巖出現(xiàn)松動、坍塌等現(xiàn)象。尤其是當節(jié)理與隧道軸線夾角較小時，節(jié)理面容易成為巖體滑動的控制面，對隧道穩(wěn)定性影響更為嚴重。為了評估節(jié)理對隧道穩(wěn)定性的影響，可采用節(jié)理巖體質(zhì)量評價方法，如RMR（巖體地質(zhì)力學分類）法、Q系統(tǒng)分類法等。通過對節(jié)理的產(chǎn)狀、密度、連通性、粗糙度以及巖石的抗壓強度等參數(shù)進行測定和分析，確定節(jié)理巖體的質(zhì)量等級，為隧道支護設(shè)計提供依據(jù)。在隧道施工過程中，對于節(jié)理發(fā)育的地段，可采取錨桿支護、噴射混凝土支護、鋼支撐支護等措施，增強圍巖的穩(wěn)定性。2.4水文地質(zhì)條件績溪至長安段隧道工程區(qū)域的水文地質(zhì)條件較為復雜，對隧道施工和運營有著重要影響。2.4.1地下水類型根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料和現(xiàn)場勘察，該區(qū)域地下水類型主要有第四系松散巖類孔隙水、基巖裂隙水和巖溶水。第四系松散巖類孔隙水：主要賦存于第四系粉質(zhì)黏土、砂土、碎石土等松散堆積物中，分布于溝谷、山間盆地及河流階地等地形低洼處?？紫端母凰耘c含水層的巖性、厚度、顆粒級配以及補給條件密切相關(guān)。在砂土層中，孔隙水的富水性相對較好，而在粉質(zhì)黏土中，富水性較差。該類型地下水主要接受大氣降水和地表水的補給，以蒸發(fā)和側(cè)向徑流的方式排泄?；鶐r裂隙水：廣泛分布于青白口系、南華系、震旦系、寒武系等基巖地層中，賦存于巖石的節(jié)理、裂隙和風化裂隙中?；鶐r裂隙水的富水性和透水性主要受巖石的裂隙發(fā)育程度、連通性以及構(gòu)造控制。在構(gòu)造破碎帶和節(jié)理密集區(qū)，基巖裂隙水的富水性較強，透水性較好；而在巖體完整、裂隙不發(fā)育的地段，富水性和透水性較弱?；鶐r裂隙水的補給來源主要為大氣降水和上覆第四系孔隙水的下滲補給，排泄方式主要為側(cè)向徑流和向下游排泄。巖溶水：主要發(fā)育于寒武系石灰?guī)r地層中，由于石灰?guī)r易被地下水溶蝕，形成了巖溶洞穴、溶溝、溶槽等巖溶形態(tài)，巖溶水賦存于這些巖溶空間中。巖溶水的分布極不均勻，具有強烈的各向異性和隨機性，其富水性和徑流條件與巖溶發(fā)育程度、巖溶管道的連通性密切相關(guān)。巖溶水的補給來源主要為大氣降水和地表水的入滲補給，排泄方式主要為通過巖溶管道向深部排泄或向地表河流排泄。2.4.2水位、水量水位：區(qū)域內(nèi)地下水位受地形、降水、含水層性質(zhì)等因素影響，變化較大。在溝谷和山間盆地等低洼地區(qū)，地下水位相對較高，一般埋深在1-5米之間；在山嶺區(qū)，地下水位埋深較大，一般在10-30米之間。地下水位隨季節(jié)變化明顯，雨季時，受大氣降水補給影響，水位上升；旱季時，由于蒸發(fā)和排泄作用，水位下降。水量：第四系松散巖類孔隙水的水量相對較小，單井涌水量一般在10-100立方米/日之間?；鶐r裂隙水的水量大小不一，在裂隙發(fā)育的地段，單井涌水量可達100-500立方米/日，而在裂隙不發(fā)育的地段，單井涌水量則小于100立方米/日。巖溶水的水量變化極大，在巖溶發(fā)育強烈、巖溶管道連通性好的地段，涌水量可高達數(shù)千立方米/日，甚至更大；而在巖溶發(fā)育較弱的地段，水量則相對較小。2.4.3地下水對隧道工程的影響涌水：隧道施工過程中，遇到富水的地層，如基巖裂隙水豐富的地段或巖溶發(fā)育的石灰?guī)r地層，容易發(fā)生涌水現(xiàn)象。涌水不僅會增加施工難度，影響施工進度，還可能引發(fā)突泥、坍塌等地質(zhì)災害，威脅施工人員的生命安全。例如，在某隧道施工中，當掘進至寒武系石灰?guī)r地層時，突然遭遇巖溶涌水，涌水量瞬間達到5000立方米/小時，導致隧道內(nèi)大量積水，施工設(shè)備被淹沒，施工被迫中斷，經(jīng)過長時間的排水和堵水處理后，才恢復施工。突泥：在隧道穿越斷層破碎帶、巖溶洞穴充填物或軟弱地層時，由于地下水的作用，這些松軟物質(zhì)可能會被攜帶涌出，形成突泥災害。突泥會堵塞隧道，破壞施工設(shè)施，增加清理和修復的難度，嚴重影響工程進度和成本。圍巖穩(wěn)定性降低：地下水的長期浸泡會使巖石和土體的力學性質(zhì)發(fā)生變化，如巖石軟化、土體強度降低等，從而降低隧道圍巖的穩(wěn)定性，增加隧道坍塌的風險。例如，對于泥質(zhì)巖等軟巖地層，遇水后強度會大幅下降，在隧道開挖后，容易發(fā)生變形和坍塌。腐蝕作用：地下水中的化學成分，如硫酸根離子、氯離子等，可能會對隧道襯砌結(jié)構(gòu)和施工設(shè)備產(chǎn)生腐蝕作用，縮短隧道的使用壽命，增加維護成本。為了減少地下水對隧道工程的不利影響，在隧道設(shè)計和施工過程中，需要采取有效的排水和堵水措施，如設(shè)置排水盲管、排水管，進行超前注漿堵水等。同時，要加強對地下水的監(jiān)測，及時掌握地下水的動態(tài)變化，以便采取相應的應對措施。三、績溪至長安段隧道工程地質(zhì)勘察3.1勘察方法與技術(shù)為全面、準確地掌握績溪至長安段隧道工程區(qū)域的地質(zhì)條件，本次勘察綜合運用了地質(zhì)調(diào)查、物探、鉆探等多種方法和技術(shù)。3.1.1地質(zhì)調(diào)查地質(zhì)調(diào)查是隧道工程地質(zhì)勘察的基礎(chǔ)工作，通過野外實地調(diào)查，對隧道工程區(qū)域的地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)等地質(zhì)條件進行詳細觀察和記錄。在調(diào)查過程中，采用地質(zhì)羅盤測量巖層產(chǎn)狀，使用地質(zhì)錘采集巖石標本，對典型地質(zhì)現(xiàn)象進行拍照和素描記錄。同時，收集區(qū)域地質(zhì)資料，包括地質(zhì)圖、地質(zhì)報告等，與現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果相互印證，繪制地質(zhì)圖件，如工程地質(zhì)平面圖、地質(zhì)剖面圖等，為后續(xù)的勘察和分析提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。3.1.2物探物探方法具有快速、高效、非侵入性等特點，能夠在不破壞地質(zhì)體的情況下，獲取地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)和地質(zhì)異常體的信息。本次勘察采用了地震勘探、地質(zhì)雷達、電法勘探等多種物探方法。地震勘探：地震勘探是利用人工激發(fā)的地震波在地下介質(zhì)中的傳播特性，來推斷地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造等地質(zhì)條件的一種物探方法。在隧道勘察中，主要采用反射波法和折射波法。反射波法是利用地震波在不同波阻抗界面上的反射來探測地下地質(zhì)構(gòu)造，能夠清晰地反映地層的分層情況和地質(zhì)構(gòu)造的形態(tài)。折射波法是利用地震波在不同速度地層界面上的折射來確定地層的厚度和速度，適用于探測基巖面起伏、風化帶劃分和確定斷層破碎帶位置等。在實際工作中，根據(jù)隧道工程區(qū)域的地質(zhì)條件和勘察目的，合理選擇地震勘探方法和參數(shù)，如震源類型、檢波器布置方式、采樣間隔等。例如，在地形起伏較大的區(qū)域，采用輕便的可控震源，以適應復雜的地形條件；在探測深部地質(zhì)構(gòu)造時，適當加大偏移距和采樣間隔，提高勘探深度和分辨率。通過地震勘探，獲取了隧道沿線地層的縱波速度、橫波速度等參數(shù)，為地質(zhì)構(gòu)造分析和圍巖分類提供了重要依據(jù)。地質(zhì)雷達：地質(zhì)雷達是利用高頻電磁波在地下介質(zhì)中的傳播和反射特性，來探測淺部地層結(jié)構(gòu)和地質(zhì)異常的一種物探方法。其工作原理是通過發(fā)射天線向地下發(fā)射高頻電磁波，電磁波在地下介質(zhì)中傳播時，遇到不同電性差異的界面會發(fā)生反射和折射，反射波被接收天線接收，通過對反射波的分析和處理，可推斷地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)和地質(zhì)異常體的分布情況。地質(zhì)雷達具有分辨率高、探測速度快、操作簡便等優(yōu)點，適用于探測隧道洞口、淺埋段的地層結(jié)構(gòu)、巖溶洞穴、斷層破碎帶等地質(zhì)異常。在隧道洞口勘察中，采用地質(zhì)雷達對洞口附近的地層進行掃描，發(fā)現(xiàn)了一處巖溶洞穴，洞穴直徑約3米，深度約5米，為隧道洞口的設(shè)計和施工提供了重要信息。電法勘探：電法勘探是根據(jù)地殼中各類巖石或礦體的電磁學性質(zhì)差異，通過對人工或天然電場、電磁場或電化學場的空間分布規(guī)律和時間特性的觀測和研究，來尋找不同類型有用礦床和查明地質(zhì)構(gòu)造及解決地質(zhì)問題的一種物探方法。在隧道勘察中，常用的電法勘探方法有電阻率法、激發(fā)極化法等。電阻率法是通過測量地下介質(zhì)的電阻率差異，來確定地質(zhì)構(gòu)造和含水層的分布。激發(fā)極化法是利用巖石和礦石在充電和放電過程中產(chǎn)生的激發(fā)極化效應，來區(qū)分不同的地質(zhì)體。例如，在探測隧道沿線的斷層破碎帶時，采用電阻率法進行測量，發(fā)現(xiàn)斷層破碎帶處的電阻率明顯低于周圍巖體，據(jù)此確定了斷層破碎帶的位置和范圍。3.1.3鉆探鉆探是獲取地下巖芯樣本，直接了解地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、節(jié)理裂隙發(fā)育情況等信息的重要手段。在隧道工程場地布置鉆孔，進行鉆探取芯，鉆孔的布置根據(jù)隧道的設(shè)計方案、地質(zhì)條件和物探結(jié)果綜合確定，確保鉆孔能夠覆蓋隧道穿越的主要地層和地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域。鉆孔深度一般根據(jù)隧道的埋深和地質(zhì)條件確定，以能夠獲取完整的地質(zhì)信息為準。在鉆探過程中，嚴格控制鉆孔的垂直度和取芯率，確保巖芯的完整性和代表性。采用先進的鉆探設(shè)備和技術(shù)，如金剛石鉆進、繩索取芯等，提高鉆探效率和巖芯質(zhì)量。對取出的巖芯進行詳細的描述和分析，包括巖石的巖性、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、節(jié)理裂隙發(fā)育情況、風化程度等，繪制巖芯柱狀圖。同時，對巖芯樣本進行物理力學性質(zhì)試驗，測定巖石的抗壓強度、抗拉強度、彈性模量、泊松比等力學參數(shù)，為隧道圍巖質(zhì)量評價和工程設(shè)計提供直接依據(jù)。3.2勘察成果分析通過對地質(zhì)調(diào)查、物探和鉆探等勘察資料的綜合分析，對績溪至長安段隧道工程區(qū)域的地質(zhì)條件有了較為全面和深入的認識。3.2.1地層分布根據(jù)鉆探和物探成果，隧道工程區(qū)域內(nèi)地層分布較為復雜，自上而下依次為第四系松散堆積物、寒武系、震旦系、南華系和青白口系地層。第四系主要分布在溝谷和山間盆地等地形低洼處，厚度變化較大，一般在0-20米之間，巖性主要為粉質(zhì)黏土、砂土、碎石土等。寒武系地層出露較少，主要分布在隧道線路的局部地段，巖性為石灰?guī)r和頁巖，與震旦系地層呈整合接觸。震旦系地層巖性為硅質(zhì)巖、泥質(zhì)巖和砂巖互層，厚度較大，是隧道穿越的主要地層之一。南華系地層巖性主要為凝灰?guī)r、含礫凝灰?guī)r，分布于震旦系地層之下，與震旦系呈不整合接觸。青白口系地層在區(qū)域內(nèi)廣泛出露，巖性為變質(zhì)砂巖、板巖及千枚巖，是隧道工程區(qū)域內(nèi)最古老的地層。不同地層的巖性和工程特性差異較大，對隧道工程的影響也各不相同。例如，第四系松散堆積物的力學強度較低，穩(wěn)定性較差，在隧道洞口和淺埋段容易出現(xiàn)坍塌、滑坡等地質(zhì)災害，需要進行特殊的地基處理和支護措施。寒武系石灰?guī)r中的巖溶發(fā)育，可能導致隧道涌水、突泥等問題，增加施工難度和風險。震旦系的泥質(zhì)巖遇水易軟化，會降低圍巖的穩(wěn)定性，需要加強防水和支護措施。3.2.2巖體結(jié)構(gòu)隧道工程區(qū)域內(nèi)巖體結(jié)構(gòu)受地質(zhì)構(gòu)造和巖石風化作用的影響較為明顯。在褶皺核部和斷層破碎帶等構(gòu)造復雜區(qū)域，巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體完整性差，多呈碎裂結(jié)構(gòu)或散體結(jié)構(gòu)。例如，在某褶皺核部，巖石被多條節(jié)理和裂隙切割，形成大小不一的碎塊，巖體結(jié)構(gòu)極為破碎，自穩(wěn)能力極差。在遠離構(gòu)造帶的區(qū)域，巖體完整性相對較好，多呈塊狀結(jié)構(gòu)或?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)。如在青白口系變質(zhì)砂巖分布區(qū)，巖體較為完整，節(jié)理裂隙不發(fā)育，呈塊狀結(jié)構(gòu)，巖石強度較高，圍巖穩(wěn)定性較好。巖體結(jié)構(gòu)對隧道穩(wěn)定性有著重要影響。碎裂結(jié)構(gòu)和散體結(jié)構(gòu)的巖體，由于其完整性被破壞，力學強度降低，在隧道開挖過程中容易發(fā)生坍塌、掉塊等現(xiàn)象，需要加強支護和加固措施。塊狀結(jié)構(gòu)和層狀結(jié)構(gòu)的巖體，穩(wěn)定性相對較好，但在節(jié)理裂隙發(fā)育的情況下，也可能出現(xiàn)局部失穩(wěn)的問題，需要根據(jù)具體情況采取相應的支護措施。3.2.3地下水情況根據(jù)水文地質(zhì)勘察結(jié)果，隧道工程區(qū)域內(nèi)地下水類型主要有第四系松散巖類孔隙水、基巖裂隙水和巖溶水。第四系孔隙水主要賦存于第四系松散堆積物中，水位受地形和降水影響較大，水量較小?；鶐r裂隙水廣泛分布于基巖地層中，富水性和透水性受巖石裂隙發(fā)育程度和構(gòu)造控制，在構(gòu)造破碎帶和節(jié)理密集區(qū)，基巖裂隙水較為豐富，透水性較強。巖溶水主要發(fā)育于寒武系石灰?guī)r地層中，巖溶水的分布極不均勻，具有強烈的各向異性和隨機性，在巖溶發(fā)育強烈的地段，涌水量較大。地下水對隧道工程的影響主要體現(xiàn)在涌水、突泥、圍巖穩(wěn)定性降低和腐蝕作用等方面。在隧道施工過程中，遇到富水的地層，如基巖裂隙水豐富的地段或巖溶發(fā)育的石灰?guī)r地層，容易發(fā)生涌水現(xiàn)象，增加施工難度和安全風險。例如，在某隧道施工中，當掘進至寒武系石灰?guī)r地層時，遇到一處巖溶洞穴，洞穴內(nèi)充滿了大量的巖溶水，導致涌水事故的發(fā)生，涌水量瞬間達到數(shù)千立方米，施工被迫中斷。地下水的長期浸泡還會使巖石和土體的力學性質(zhì)發(fā)生變化，降低隧道圍巖的穩(wěn)定性，增加隧道坍塌的風險。此外，地下水中的化學成分可能會對隧道襯砌結(jié)構(gòu)和施工設(shè)備產(chǎn)生腐蝕作用，縮短隧道的使用壽命。四、隧道主要工程地質(zhì)問題4.1褶皺與節(jié)理裂隙4.1.1褶皺發(fā)育特征績溪至長安段隧道工程區(qū)域內(nèi)褶皺構(gòu)造較為發(fā)育，軸向主要呈北東-南西向，與區(qū)域構(gòu)造線方向一致。褶皺類型以緊閉褶皺和倒轉(zhuǎn)褶皺為主，褶皺核部地層多為青白口系和南華系的變質(zhì)巖和火山巖，翼部地層為震旦系和寒武系的沉積巖。褶皺的規(guī)模大小不一，褶皺幅度一般在幾十米至幾百米之間，褶皺波長在幾百米至數(shù)千米之間。例如，某褶皺的核部出露青白口系千枚巖，翼部為南華系凝灰?guī)r，褶皺幅度約為150米，波長約為1000米。褶皺核部由于受到強烈的擠壓作用，巖石破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體完整性差，力學強度低。而褶皺翼部的巖體完整性相對較好，但在靠近核部的區(qū)域，由于受到褶皺作用的影響，節(jié)理裂隙也較為發(fā)育，巖體強度有所降低。此外，褶皺的存在還會導致地層產(chǎn)狀發(fā)生變化，使隧道圍巖壓力分布不均勻。在褶皺軸部，圍巖壓力相對較大，而在翼部，圍巖壓力相對較小。這種圍巖壓力的不均勻分布，對隧道支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計提出了更高的要求，需要根據(jù)不同部位的圍巖壓力情況，合理選擇支護方式和支護參數(shù)，以確保隧道的穩(wěn)定性。4.1.2節(jié)理裂隙發(fā)育特征區(qū)域內(nèi)巖石節(jié)理裂隙較為發(fā)育，主要有垂直節(jié)理、水平節(jié)理和斜交節(jié)理三組。節(jié)理的發(fā)育程度在不同巖性和構(gòu)造部位存在明顯差異。在變質(zhì)巖和火山巖中，如青白口系的變質(zhì)砂巖、板巖及南華系的凝灰?guī)r等，節(jié)理密度較大，間距較小，一般每米節(jié)理條數(shù)在5-10條之間，節(jié)理間距在0.1-0.2米之間。在沉積巖中，如震旦系的砂巖、泥質(zhì)巖和寒武系的石灰?guī)r、頁巖等，節(jié)理密度相對較小，間距較大，每米節(jié)理條數(shù)一般在2-5條之間，節(jié)理間距在0.2-0.5米之間。節(jié)理的連通性對巖體的力學性質(zhì)和透水性影響較大。在節(jié)理密集區(qū)，節(jié)理的連通性較好，巖體被切割成大小不一的塊體，完整性遭到嚴重破壞，力學強度顯著降低，透水性增強。而在節(jié)理稀疏區(qū)，節(jié)理的連通性較差，巖體的完整性相對較好，力學強度較高，透水性較弱。4.1.3對隧道圍巖穩(wěn)定性的影響巖體破碎：褶皺核部和節(jié)理密集區(qū)的巖體破碎，完整性差，在隧道開挖過程中，容易發(fā)生坍塌、掉塊等現(xiàn)象。例如，在某隧道施工中，當開挖至褶皺核部時，由于巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，發(fā)生了大規(guī)模的坍塌事故，坍塌長度達30米，造成了嚴重的經(jīng)濟損失和人員傷亡。此外，巖體破碎還會導致圍巖的自穩(wěn)能力降低，增加了隧道支護的難度和成本。變形：褶皺和節(jié)理的存在會使巖體的力學性質(zhì)發(fā)生變化，導致隧道圍巖在開挖后產(chǎn)生較大的變形。在褶皺軸部，由于圍巖壓力較大，巖體變形更為明顯，可能會出現(xiàn)拱頂下沉、邊墻內(nèi)鼓等現(xiàn)象。節(jié)理的存在會削弱巖體的強度和剛度，使巖體在受力時更容易發(fā)生變形。當節(jié)理與隧道軸線夾角較小時，節(jié)理面容易成為巖體滑動的控制面，導致圍巖發(fā)生滑動變形，嚴重影響隧道的穩(wěn)定性。地下水滲漏：節(jié)理裂隙的發(fā)育為地下水的運移提供了通道，使得隧道施工過程中容易出現(xiàn)地下水滲漏現(xiàn)象。地下水的滲漏不僅會影響施工環(huán)境，增加施工難度，還會對隧道圍巖的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。地下水的長期浸泡會使巖石軟化，強度降低，進一步加劇圍巖的變形和破壞。此外，地下水的滲漏還可能引發(fā)涌水、突泥等地質(zhì)災害，威脅施工人員的生命安全。為了降低褶皺和節(jié)理裂隙對隧道圍巖穩(wěn)定性的影響，在隧道設(shè)計和施工過程中，應采取相應的工程措施。例如，對于褶皺核部和節(jié)理密集區(qū)，可采用加強支護、注漿加固等措施，提高巖體的完整性和強度；對于節(jié)理發(fā)育的地段，可根據(jù)節(jié)理的產(chǎn)狀和連通性，合理布置錨桿、錨索等支護結(jié)構(gòu)，增強巖體的穩(wěn)定性；同時，要加強對地下水的治理，采取有效的排水和堵水措施，減少地下水對隧道的影響。4.2斷層破碎帶4.2.1斷層破碎帶特征績溪至長安段隧道工程區(qū)域內(nèi)斷層破碎帶發(fā)育，主要受北東向、北西向和近東西向三組斷層控制。斷層破碎帶寬度不一，一般在數(shù)米至數(shù)十米之間，部分規(guī)模較大的斷層破碎帶寬度可達上百米。破碎帶內(nèi)巖石破碎，多為斷層角礫巖、碎裂巖和斷層泥。斷層角礫巖呈棱角狀，粒徑大小不一，一般在幾厘米至幾十厘米之間，膠結(jié)程度較差；碎裂巖由巖石碎塊和粉末組成，結(jié)構(gòu)松散；斷層泥呈軟塑-流塑狀態(tài)，含水量高，強度極低。以某斷層破碎帶為例，該破碎帶寬度約30米，走向北東30°，傾向南東，傾角70°。帶內(nèi)巖石破碎嚴重，主要由斷層角礫巖和斷層泥組成，斷層角礫巖的含量約占60%，斷層泥充填于角礫之間。在鉆探過程中，發(fā)現(xiàn)鉆孔內(nèi)有大量涌水現(xiàn)象，涌水量達50立方米/小時，表明破碎帶透水性較強。通過地質(zhì)雷達探測和現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)破碎帶內(nèi)節(jié)理裂隙極為發(fā)育，巖體完整性遭到嚴重破壞，巖體質(zhì)量等級為V級，屬于極不穩(wěn)定巖體。4.2.2對隧道工程的影響涌水：斷層破碎帶往往是地下水的富集通道和儲存場所，當隧道穿越斷層破碎帶時，地下水容易涌入隧道，導致涌水事故的發(fā)生。涌水不僅會增加施工難度，影響施工進度，還可能引發(fā)突泥、坍塌等次生災害，威脅施工人員的生命安全。如某隧道在施工過程中穿越一條斷層破碎帶，由于對地下水情況估計不足，未采取有效的超前止水措施，導致施工時突然發(fā)生涌水，涌水量瞬間達到1000立方米/小時，隧道內(nèi)大量積水，施工設(shè)備被淹沒，施工被迫中斷，經(jīng)過長時間的排水和堵水處理后才恢復施工。坍塌：斷層破碎帶內(nèi)巖體破碎，強度低，自穩(wěn)能力差，在隧道開挖過程中，容易發(fā)生坍塌事故。坍塌會造成隧道施工延誤、工程成本增加，甚至可能導致人員傷亡。例如，某隧道在穿越斷層破碎帶時，由于未及時進行支護，巖體失去支撐后發(fā)生坍塌，坍塌長度達50米，造成了嚴重的經(jīng)濟損失和人員傷亡。圍巖變形：斷層破碎帶的存在會改變巖體的應力狀態(tài)，導致圍巖在隧道開挖后產(chǎn)生較大的變形。圍巖變形過大可能會導致隧道襯砌結(jié)構(gòu)開裂、破壞，影響隧道的正常使用。在某隧道穿越斷層破碎帶的施工中，監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，隧道拱頂下沉量達到了15厘米，邊墻收斂量達到了10厘米，超出了設(shè)計允許范圍，對隧道的穩(wěn)定性構(gòu)成了嚴重威脅。地震影響：在地震作用下，斷層破碎帶的巖體更容易發(fā)生破壞和變形，從而增加隧道在地震中的破壞風險。如果隧道在斷層破碎帶處的抗震設(shè)計不合理，可能會在地震中發(fā)生坍塌、開裂等嚴重破壞，影響隧道的運營安全和周邊地區(qū)的交通暢通。4.2.3應對措施超前地質(zhì)預報：在隧道施工前，采用TSP（隧道地震超前預報系統(tǒng)）、地質(zhì)雷達、超前鉆探等多種方法，對斷層破碎帶的位置、規(guī)模、性質(zhì)和含水情況進行詳細探測，提前掌握斷層破碎帶的地質(zhì)信息，為施工方案的制定提供依據(jù)。超前支護：對于斷層破碎帶等軟弱圍巖地段，采用超前管棚、超前小導管注漿等超前支護措施，對圍巖進行預加固，提高圍巖的自穩(wěn)能力，防止隧道開挖過程中發(fā)生坍塌。超前管棚一般采用直徑較大的鋼管，長度根據(jù)斷層破碎帶的寬度確定，通常為10-30米，鋼管內(nèi)注入水泥漿或化學漿液，增強管棚與圍巖的粘結(jié)力。超前小導管注漿則是采用直徑較小的鋼管，長度一般為3-5米，通過小導管向圍巖內(nèi)注入漿液，填充圍巖的裂隙和孔隙，提高圍巖的強度和穩(wěn)定性。加強支護：在隧道開挖后，及時進行初期支護，采用噴射混凝土、錨桿、鋼筋網(wǎng)和鋼支撐等聯(lián)合支護方式，增強圍巖的支護強度。噴射混凝土可以及時封閉圍巖表面，防止圍巖風化和松動；錨桿可以將圍巖與穩(wěn)定的巖體連接在一起，提高圍巖的整體性；鋼筋網(wǎng)可以增強噴射混凝土的抗拉強度，防止噴射混凝土開裂；鋼支撐可以提供強大的支撐力，承受圍巖的壓力。根據(jù)斷層破碎帶的具體情況，合理調(diào)整支護參數(shù)，如增加錨桿的長度和密度、加大鋼支撐的型號等，確保支護效果。堵水與排水：對于涌水較為嚴重的斷層破碎帶，采取注漿堵水措施，在隧道周邊形成止水帷幕，阻止地下水涌入隧道。注漿材料可根據(jù)實際情況選擇水泥漿、水泥-水玻璃雙液漿、化學漿液等。同時，合理設(shè)置排水系統(tǒng)，在隧道內(nèi)設(shè)置排水盲管、排水管等，將少量的滲水及時排出洞外，降低地下水對隧道的影響。監(jiān)控量測：在隧道施工過程中，加強對斷層破碎帶地段的監(jiān)控量測，包括圍巖變形監(jiān)測、支護結(jié)構(gòu)內(nèi)力監(jiān)測、地下水水位監(jiān)測等。通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，及時掌握圍巖和支護結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)，如發(fā)現(xiàn)異常情況，及時采取措施進行處理，確保隧道施工安全。4.3地下水作用4.3.1對隧道圍巖穩(wěn)定性的影響軟化作用：地下水的存在會使隧道圍巖中的巖石發(fā)生軟化，尤其是對于泥質(zhì)巖、頁巖等軟巖類地層，影響更為顯著。當這些巖石長期浸泡在地下水中時，巖石中的黏土礦物會吸水膨脹，導致巖石的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，強度降低。例如，頁巖的單軸抗壓強度在干燥狀態(tài)下可能為20-30MPa，但在飽水狀態(tài)下，其強度可能會降低至10-15MPa，降低幅度可達50%左右。這種強度的降低會使圍巖在隧道開挖后的自穩(wěn)能力大幅下降，增加隧道坍塌的風險。侵蝕作用：地下水中常含有各種化學成分，如硫酸根離子、碳酸根離子等，這些成分會與圍巖中的礦物質(zhì)發(fā)生化學反應，對圍巖產(chǎn)生侵蝕作用。以石灰?guī)r為例，地下水中的碳酸會與石灰?guī)r中的碳酸鈣發(fā)生反應，生成可溶于水的碳酸氫鈣，導致石灰?guī)r的溶蝕。長期的侵蝕作用會使圍巖的結(jié)構(gòu)變得疏松，強度降低，同時還會形成巖溶洞穴、溶溝、溶槽等巖溶現(xiàn)象，進一步破壞圍巖的完整性，增加隧道施工和運營的安全隱患。降低抗剪強度：地下水會使巖體結(jié)構(gòu)面的抗剪強度降低。結(jié)構(gòu)面是巖體中的薄弱部位，其抗剪強度對巖體的穩(wěn)定性起著關(guān)鍵作用。當?shù)叵滤鹘?jīng)結(jié)構(gòu)面時，會對結(jié)構(gòu)面上的填充物產(chǎn)生沖刷作用，使填充物減少或流失，從而降低結(jié)構(gòu)面的粗糙度和摩擦力。此外，地下水還會使結(jié)構(gòu)面的黏聚力減小，進一步降低其抗剪強度。例如，在含有泥質(zhì)充填物的節(jié)理面上，地下水的沖刷會使泥質(zhì)充填物逐漸被帶走，節(jié)理面的抗剪強度可降低30%-50%，使得巖體更容易沿著結(jié)構(gòu)面發(fā)生滑動破壞，影響隧道圍巖的穩(wěn)定性。4.3.2涌水、突泥災害防治措施超前地質(zhì)預報：在隧道施工前和施工過程中，采用TSP、地質(zhì)雷達、超前鉆探等多種方法進行超前地質(zhì)預報，提前探測隧道前方的地質(zhì)情況，包括地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地下水分布等，準確判斷可能出現(xiàn)涌水、突泥的地段。例如，TSP可以通過分析地震波在地下介質(zhì)中的傳播特性，探測隧道前方100-200米范圍內(nèi)的地質(zhì)異常體；地質(zhì)雷達能夠?qū)λ淼狼胺?0-50米范圍內(nèi)的淺部地層結(jié)構(gòu)和地質(zhì)異常進行有效探測。根據(jù)超前地質(zhì)預報結(jié)果，提前制定相應的防治措施，為施工安全提供保障。超前注漿堵水：對于可能發(fā)生涌水、突泥的地段，如斷層破碎帶、巖溶發(fā)育區(qū)等，采用超前注漿堵水措施。通過向圍巖中注入水泥漿、水泥-水玻璃雙液漿、化學漿液等，填充圍巖的裂隙和孔隙，形成止水帷幕，阻止地下水涌入隧道。注漿材料的選擇應根據(jù)圍巖的地質(zhì)條件、涌水情況等因素確定。在巖溶發(fā)育區(qū)，由于巖溶洞穴較大，可采用水泥漿為主的注漿材料，配合骨料進行填充；在斷層破碎帶，由于巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，可采用水泥-水玻璃雙液漿，以提高注漿的時效性和封堵效果。注漿壓力和注漿量也需要根據(jù)實際情況進行合理控制，確保注漿效果。排水措施：在隧道施工過程中，合理設(shè)置排水系統(tǒng)，將隧道內(nèi)的積水及時排出洞外。排水系統(tǒng)主要包括排水盲管、排水管、中心排水管等。排水盲管一般設(shè)置在初期支護與防水層之間，用于收集圍巖中的滲水；排水管將排水盲管收集的水引入中心排水管；中心排水管則將水排出隧道。同時，根據(jù)隧道的坡度和涌水量，合理確定排水管的管徑和坡度，確保排水暢通。在反坡施工時，還需要配備足夠功率的抽水設(shè)備，將積水抽排至洞外。加強支護：對于可能發(fā)生涌水、突泥的地段，加強隧道的支護強度，提高圍巖的穩(wěn)定性。采用噴射混凝土、錨桿、鋼筋網(wǎng)和鋼支撐等聯(lián)合支護方式，及時封閉圍巖表面，防止圍巖風化和松動，增強圍巖的整體性和承載能力。在支護設(shè)計中，根據(jù)圍巖的地質(zhì)條件和涌水、突泥的風險程度，合理調(diào)整支護參數(shù)，如增加錨桿的長度和密度、加大鋼支撐的型號等。應急預案：制定完善的涌水、突泥應急預案，明確應急組織機構(gòu)、職責分工、應急響應程序和救援措施等。配備必要的應急救援設(shè)備和物資，如抽水設(shè)備、注漿設(shè)備、搶險材料等，并定期進行演練，提高施工人員的應急處置能力。一旦發(fā)生涌水、突泥事故，能夠迅速啟動應急預案，采取有效的救援措施，減少事故損失。4.4巖石力學性質(zhì)與圍巖分級4.4.1巖石力學性質(zhì)測試為準確掌握績溪至長安段隧道工程區(qū)域內(nèi)巖石的力學性質(zhì)，對采集的巖石樣本進行了室內(nèi)物理力學性質(zhì)試驗，主要包括巖石的抗壓強度、抗拉強度、彈性模量、泊松比等指標的測試?？箟簭姸葴y試：采用壓力試驗機對巖石試件進行單軸抗壓強度測試。將巖石樣本加工成標準圓柱體試件，直徑為50mm，高度為100mm。在測試過程中，以恒定的加載速率對試件施加軸向壓力，直至試件破壞，記錄破壞時的荷載值，根據(jù)公式計算出巖石的單軸抗壓強度。測試結(jié)果表明，不同巖性的巖石抗壓強度差異較大。其中，青白口系變質(zhì)砂巖的單軸抗壓強度較高，可達60-80MPa，表現(xiàn)出較強的承載能力；而寒武系頁巖的抗壓強度較低，一般在15-35MPa之間，屬于軟巖類，承載能力較弱?？估瓘姸葴y試：采用直接拉伸法和劈裂法對巖石試件進行抗拉強度測試。直接拉伸法是將巖石試件加工成啞鈴形，通過拉伸試驗機對試件施加軸向拉力，直至試件拉斷，記錄拉斷時的荷載值，計算出巖石的抗拉強度。劈裂法是將巖石試件加工成圓柱體，在試件兩端施加均勻分布的線荷載，通過劈裂破壞來間接測定巖石的抗拉強度。測試結(jié)果顯示，巖石的抗拉強度普遍低于抗壓強度，且不同巖性巖石的抗拉強度差異明顯。例如，震旦系硅質(zhì)巖的抗拉強度相對較高，約為5-8MPa，而南華系凝灰?guī)r的抗拉強度較低，一般在2-5MPa之間。彈性模量和泊松比測試：利用巖石力學試驗機，在巖石試件上粘貼電阻應變片，通過施加軸向荷載，測量試件在加載過程中的軸向應變和橫向應變，根據(jù)胡克定律計算出巖石的彈性模量和泊松比。測試結(jié)果表明，不同巖性巖石的彈性模量和泊松比也存在一定差異。一般來說，硬質(zhì)巖石如變質(zhì)砂巖、硅質(zhì)巖等的彈性模量較大，泊松比相對較?。欢涃|(zhì)巖石如頁巖、千枚巖等的彈性模量較小，泊松比相對較大。例如，青白口系變質(zhì)砂巖的彈性模量可達30-50GPa，泊松比約為0.2-0.25；寒武系頁巖的彈性模量一般在5-15GPa之間，泊松比約為0.25-0.35。通過對巖石力學性質(zhì)的測試，獲得了不同巖性巖石的力學參數(shù)，為隧道工程的設(shè)計和施工提供了重要的數(shù)據(jù)支持，有助于準確評估隧道圍巖的穩(wěn)定性和承載能力。4.4.2圍巖分級圍巖分級是隧道工程設(shè)計和施工的重要依據(jù)，它直接關(guān)系到隧道的支護設(shè)計、施工方法選擇以及工程的安全與經(jīng)濟。目前，國內(nèi)外常用的圍巖分級方法有多種，如國標《工程巖體分級標準》（GB50218-2014）、公路隧道圍巖分級（JTG3370.1-2018）等。本次研究采用公路隧道圍巖分級（JTG3370.1-2018）方法，結(jié)合績溪至長安段隧道工程區(qū)域的地質(zhì)條件和巖石力學性質(zhì)測試結(jié)果，對隧道圍巖進行分級。公路隧道圍巖分級主要根據(jù)巖石堅硬程度、巖體完整程度、地下水狀態(tài)、初始地應力狀態(tài)等因素進行綜合評定。其中，巖石堅硬程度和巖體完整程度是分級的基本因素，地下水狀態(tài)和初始地應力狀態(tài)等為修正因素。巖石堅硬程度劃分：根據(jù)巖石的單軸飽和抗壓強度（Rc），將巖石堅硬程度劃分為堅硬巖（Rc＞60MPa）、較堅硬巖（30MPa＜Rc≤60MPa）、較軟巖（15MPa＜Rc≤30MPa）、軟巖（5MPa＜Rc≤15MPa）和極軟巖（Rc≤5MPa）五個等級。結(jié)合前文巖石力學性質(zhì)測試結(jié)果，績溪至長安段隧道工程區(qū)域內(nèi)的青白口系變質(zhì)砂巖、震旦系硅質(zhì)巖等屬于堅硬巖或較堅硬巖；南華系凝灰?guī)r、寒武系石灰?guī)r屬于較堅硬巖；寒武系頁巖、青白口系千枚巖等屬于較軟巖或軟巖。巖體完整程度劃分：通過現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查、節(jié)理裂隙統(tǒng)計和巖體聲波測試等方法，獲取巖體的完整性指標，如巖體完整性系數(shù)（Kv）、巖體體積節(jié)理數(shù)（Jv）等，根據(jù)這些指標將巖體完整程度劃分為完整（Kv＞0.75，Jv＜3.0條/m3）、較完整（0.55＜Kv≤0.75，3.0條/m3≤Jv＜10.0條/m3）、較破碎（0.35＜Kv≤0.55，10.0條/m3≤Jv＜20.0條/m3）、破碎（0.15＜Kv≤0.35，20.0條/m3≤Jv＜35.0條/m3）和極破碎（Kv≤0.15，Jv≥35.0條/m3）五個等級。在隧道工程區(qū)域內(nèi)，遠離構(gòu)造帶的青白口系變質(zhì)砂巖、震旦系硅質(zhì)巖等巖體完整性較好，多呈完整或較完整狀態(tài)；而在褶皺核部、斷層破碎帶等構(gòu)造復雜區(qū)域，巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，多呈較破碎、破碎或極破碎狀態(tài)。圍巖基本質(zhì)量指標（BQ）計算：根據(jù)巖石堅硬程度和巖體完整程度，計算圍巖的基本質(zhì)量指標（BQ），計算公式為：BQ=90+3Rc+250Kv。當Rc＞90Kv+30時，以Rc=90Kv+30代入上式計算BQ值；當Kv＞0.04Rc+0.4時，以Kv=0.04Rc+0.4代入上式計算BQ值。圍巖級別確定：根據(jù)計算得到的BQ值，結(jié)合地下水狀態(tài)、初始地應力狀態(tài)等修正因素，對BQ值進行修正，得到修正后的圍巖質(zhì)量指標（[BQ]），再根據(jù)[BQ]值確定圍巖級別。圍巖級別共分為Ⅰ-Ⅵ級，其中Ⅰ級圍巖穩(wěn)定性最好，Ⅵ級圍巖穩(wěn)定性最差。通過以上圍巖分級方法，對績溪至長安段隧道工程區(qū)域內(nèi)的圍巖進行了分級，確定了不同地段的圍巖級別，為隧道的設(shè)計和施工提供了科學依據(jù)。在隧道設(shè)計和施工過程中，可根據(jù)圍巖級別合理選擇支護方式和支護參數(shù)，如對于Ⅰ-Ⅱ級圍巖，可采用較為簡單的支護形式，如噴射混凝土支護；對于Ⅲ-Ⅳ級圍巖，需采用錨桿、鋼筋網(wǎng)和噴射混凝土聯(lián)合支護；對于Ⅴ-Ⅵ級圍巖，則需要采用鋼支撐、超前支護等加強支護措施，以確保隧道施工的安全和順利進行。五、隧道工程地質(zhì)問題對施工的影響及應對措施5.1對施工安全的影響績溪至長安段隧道工程區(qū)域復雜的地質(zhì)條件，給施工安全帶來了諸多嚴峻挑戰(zhàn)，其中塌方、巖爆、涌水突泥等災害尤為突出。塌方是隧道施工中較為常見且危害極大的地質(zhì)災害之一。該區(qū)域地層巖性復雜多樣，褶皺、斷層、節(jié)理等地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，這些因素導致巖體破碎，完整性遭到嚴重破壞。當隧道開挖擾動圍巖時，在重力、地應力以及地下水等因素的綜合作用下，極易引發(fā)塌方事故。例如，在斷層破碎帶，巖石被強烈擠壓和錯動，形成了大量的破碎巖石和斷層泥，其力學強度極低，自穩(wěn)能力差。一旦隧道開挖至該區(qū)域，若支護不及時或支護強度不足，圍巖就會失去平衡，從而發(fā)生坍塌。塌方不僅會掩埋施工設(shè)備、堵塞隧道，導致施工被迫中斷，還可能造成施工人員傷亡，給工程帶來巨大的經(jīng)濟損失和惡劣的社會影響。巖爆是高地應力條件下隧道施工中另一種極具威脅的地質(zhì)災害?？兿灵L安段隧道部分區(qū)域地應力較高，當隧道開挖使圍巖應力重新分布時，若圍巖中積累的彈性應變能超過了巖石的極限強度，巖石就會突然發(fā)生脆性破壞，釋放出大量的能量，形成巖爆。巖爆發(fā)生時，巖石碎片會以極高的速度彈射出來，猶如子彈一般，對施工人員和設(shè)備造成直接的沖擊傷害。同時，巖爆還可能引發(fā)隧道局部坍塌，進一步危及施工安全。而且，巖爆的發(fā)生具有突然性和不確定性，難以準確預測，這也給施工安全防范帶來了極大的困難。涌水突泥是隧道施工中與地下水密切相關(guān)的嚴重地質(zhì)災害。該區(qū)域水文地質(zhì)條件復雜，地下水類型多樣，包括第四系松散巖類孔隙水、基巖裂隙水和巖溶水等。在隧道施工過程中，一旦揭穿富水地層或遇到巖溶洞穴、暗河等，地下水就會大量涌入隧道，形成涌水災害。涌水不僅會增加施工難度，使隧道內(nèi)積水，影響施工人員的正常作業(yè)和施工設(shè)備的正常運行，還可能引發(fā)突泥。當隧道穿越斷層破碎帶、巖溶洞穴充填物或軟弱地層時，在地下水的作用下，這些松軟物質(zhì)會被攜帶涌出，形成突泥災害。突泥會迅速堵塞隧道，掩埋施工設(shè)備和人員，其危害程度甚至比涌水更為嚴重。此外，涌水突泥還可能引發(fā)地面塌陷、地表沉降等次生災害，對周邊環(huán)境和建筑物造成破壞。塌方、巖爆、涌水突泥等地質(zhì)災害相互關(guān)聯(lián)、相互影響，共同對績溪至長安段隧道施工安全構(gòu)成了嚴重威脅。為了確保施工安全，必須加強地質(zhì)勘察，提高對地質(zhì)條件的認識，采用先進的超前地質(zhì)預報技術(shù)，提前發(fā)現(xiàn)潛在的地質(zhì)災害隱患，并制定科學合理的應對措施，如加強支護、注漿加固、排水降壓等，以降低地質(zhì)災害發(fā)生的概率和危害程度。5.2對施工進度和成本的影響績溪至長安段隧道工程地質(zhì)問題對施工進度和成本產(chǎn)生了顯著的影響。在施工進度方面，復雜的地質(zhì)條件導致施工延誤情況頻發(fā)。由于隧道穿越的地層巖性多樣，褶皺、斷層、節(jié)理等地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，使得施工難度大幅增加。例如，在斷層破碎帶施工時，由于巖體破碎，自穩(wěn)能力差，需要采取加強支護、超前注漿等措施，這大大增加了施工的復雜性和時間成本。據(jù)統(tǒng)計，在某斷層破碎帶施工時，原計劃一個月完成的施工任務，實際花費了三個月，施工進度嚴重滯后。此外，地下水的影響也不容忽視。涌水突泥等災害不僅會中斷施工，還需要花費大量時間進行排水、堵水和清理工作。在某隧道施工中，因遭遇涌水突泥災害，施工被迫中斷了一個半月，導致整個工程進度受到嚴重影響。地質(zhì)問題還引發(fā)了諸多工程變更，進一步影響了施工進度。在施工過程中，根據(jù)實際地質(zhì)情況的變化，需要對原有的設(shè)計方案和施工方法進行調(diào)整。例如，當發(fā)現(xiàn)實際圍巖級別比設(shè)計預期的更差時，需要加強支護措施，增加錨桿、錨索的數(shù)量和長度，加大鋼支撐的型號等，這不僅需要重新設(shè)計支護結(jié)構(gòu)，還需要重新組織施工，導致施工進度放緩。此外，對于一些特殊的地質(zhì)地段，如巖溶發(fā)育區(qū)，可能需要改變施工方法，采用特殊的施工工藝，如注漿填充巖溶洞穴、采用盾構(gòu)機穿越等，這些工程變更都需要額外的時間進行準備和實施，從而影響了施工進度。在施工成本方面，地質(zhì)問題導致工程成本大幅增加。首先，為了應對復雜的地質(zhì)條件，需要采用特殊的施工技術(shù)和設(shè)備，這增加了施工成本。例如，在巖爆地段，需要采用特殊的鉆孔爆破技術(shù)，控制爆破參數(shù)，以減少巖爆的發(fā)生，同時還需要配備巖爆監(jiān)測設(shè)備，實時監(jiān)測巖爆情況，這些都增加了施工成本。在某巖爆地段施工時，由于采用了特殊的施工技術(shù)和設(shè)備，施工成本比正常地段增加了30%左右。其次，地質(zhì)災害的處理和防治措施也增加了工程成本。如塌方后的清理和修復工作、涌水突泥的治理等，都需要投入大量的人力、物力和財力。某隧道發(fā)生塌方事故后，清理和修復工作花費了數(shù)百萬元，大大超出了原計劃的工程成本。此外，由于施工進度的延誤，還會產(chǎn)生一系列的間接成本，如設(shè)備閑置費用、人員窩工費用、工程延期的違約金等，進一步增加了工程成本?？兿灵L安段隧道工程地質(zhì)問題對施工進度和成本的影響是多方面的，嚴重制約了工程的順利進行。為了降低這些影響，需要在施工前加強地質(zhì)勘察，準確掌握地質(zhì)條件，制定合理的施工方案和應急預案；在施工過程中，加強監(jiān)控量測，及時發(fā)現(xiàn)和處理地質(zhì)問題，確保施工安全和進度，控制工程成本。5.3應對措施與工程案例分析為有效應對績溪至長安段隧道工程中的地質(zhì)問題，保障施工安全與工程質(zhì)量，需采取一系列科學合理的應對措施。以下將詳細介紹超前地質(zhì)預報、支護加固、排水等關(guān)鍵應對措施，并結(jié)合實際工程案例分析其應用效果。5.3.1超前地質(zhì)預報超前地質(zhì)預報是隧道施工中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，能夠提前探測掌子面前方的地質(zhì)情況，為施工決策提供科學依據(jù)，有效預防地質(zhì)災害的發(fā)生。在績溪至長安段隧道工程中，采用了多種超前地質(zhì)預報方法，包括TSP（隧道地震超前預報系統(tǒng)）、地質(zhì)雷達、超前鉆探等，每種方法都有其獨特的適用范圍和優(yōu)勢，通過綜合運用這些方法，可實現(xiàn)對隧道前方地質(zhì)情況的全面、準確探測。TSP是一種基于地震波反射原理的長距離超前地質(zhì)預報方法，其工作原理是利用人工激發(fā)的地震波在地下介質(zhì)中的傳播特性，當遇到波阻抗差異界面時，地震波會發(fā)生反射，通過接收和分析反射波信號，可推斷出掌子面前方100-200米范圍內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造、巖性變化、斷層破碎帶等信息。在某隧道施工中，通過TSP探測發(fā)現(xiàn)，在掌子面前方約120米處存在一條斷層破碎帶，根據(jù)預報結(jié)果，施工方提前制定了相應的施工方案，采取了加強支護、超前注漿等措施，有效避免了施工過程中可能出現(xiàn)的坍塌、涌水等災害。地質(zhì)雷達則是利用高頻電磁波在地下介質(zhì)中的傳播和反射特性進行地質(zhì)探測的方法，適用于短距離超前地質(zhì)預報，一般可探測掌子面前方30-50米范圍內(nèi)的地質(zhì)情況。它能夠清晰地顯示出地下介質(zhì)的電性差異，從而識別出地層界面、巖溶洞穴、裂隙等地質(zhì)異常體。在績溪至長安段隧道的洞口淺埋段施工時，運用地質(zhì)雷達進行探測，成功發(fā)現(xiàn)了一處巖溶洞穴，洞穴直徑約5米，位于隧道拱頂上方約10米處。根據(jù)這一探測結(jié)果，施工方及時調(diào)整了施工方案，采用了超前注漿填充巖溶洞穴的方法，確保了隧道施工的安全。超前鉆探是一種直接獲取掌子面前方地質(zhì)信息的方法，通過在掌子面上鉆孔，取出巖芯進行分析，可準確了解前方地層的巖性、構(gòu)造、地下水等情況。雖然超前鉆探的探測范圍相對較小，但它能夠提供最為直觀、準確的地質(zhì)資料，對于驗證其他物探方法的結(jié)果具有重要意義。在某隧道施工中，當TSP和地質(zhì)雷達探測到掌子面前方存在異常情況時，通過超前鉆探進一步確認了前方為斷層破碎帶，且富含地下水?；谶@一準確信息，施工方采取了針對性的堵水和支護措施，有效保障了施工安全。通過在績溪至長安段隧道工程中綜合應用TSP、地質(zhì)雷達、超前鉆探等超前地質(zhì)預報方法，成功探測到了多處斷層破碎帶、巖溶洞穴、富水地層等不良地質(zhì)體，為施工方案的制定提供了可靠依據(jù)，有效預防了地質(zhì)災害的發(fā)生，確保了隧道施工的順利進行。5.3.2支護加固支護加固是保障隧道圍巖穩(wěn)定性的關(guān)鍵措施，根據(jù)隧道不同地段的地質(zhì)條件和圍巖級別，采用了多種支護方式，包括錨桿支護、噴射混凝土支護、鋼支撐支護以及超前支護等，這些支護方式相互配合，形成了一個完整的支護體系，有效提高了隧道圍巖的承載能力和穩(wěn)定性。錨桿支護是通過將錨桿錨固在圍巖中，將圍巖與穩(wěn)定的巖體連接在一起，形成一個整體，從而提高圍巖的穩(wěn)定性。錨桿的作用原理主要包括懸吊作用、組合梁作用和擠壓加固作用。在績溪至長安段隧道的Ⅳ級圍巖地段，采用了系統(tǒng)錨桿支護，錨桿長度為3.5米，間距為1.2米×1.2米，梅花形布置。通過錨桿支護，有效地將松動的圍巖與深部穩(wěn)定巖體連接起來，增強了圍巖的整體性，減少了圍巖的變形和坍塌風險。噴射混凝土支護是將混凝土通過噴射機噴射到隧道圍巖表面，形成一層混凝土護層，它能夠及時封閉圍巖表面，防止圍巖風化和松動，同時還能與圍巖緊密結(jié)合，共同承受圍巖壓力。在隧道施工中，噴射混凝土的厚度和強度根據(jù)圍巖級別和地質(zhì)條件確定。在Ⅲ級圍巖地段，噴射混凝土厚度一般為15厘米，強度等級為C25；在Ⅳ級圍巖地段，噴射混凝土厚度增加到20厘米，強度等級提高到C30。通過噴射混凝土支護，有效地保護了圍巖表面，提高了圍巖的抗風化能力和穩(wěn)定性。鋼支撐支護是在隧道開挖后，及時架設(shè)鋼支撐，為圍巖提供強大的支撐力，承受圍巖的壓力。鋼支撐主要有鋼格柵和型鋼支撐兩種類型，在績溪至長安段隧道的Ⅴ級圍巖地段，采用了型鋼支撐，型號為I20b工字鋼，間距為0.8米。鋼支撐與噴射混凝土、錨桿、鋼筋網(wǎng)等聯(lián)合使用，形成了強有力的支護結(jié)構(gòu)，有效地控制了圍巖的變形，確保了隧道施工的安全。超前支護是在隧道開挖前，對掌子面前方的圍巖進行預加固，提高圍巖的自穩(wěn)能力，防止隧道開挖過程中發(fā)生坍塌。常見的超前支護方法有超前管棚、超前小導管注漿等。在隧道穿越斷層破碎帶時，采用了超前管棚支護，管棚采用直徑為108毫米的無縫鋼管，長度為30米，環(huán)向間距為0.4米。通過超前管棚支護，在隧道開挖輪廓線外形成了一個棚架結(jié)構(gòu)，有效地支撐了前方的圍巖，為隧道開挖創(chuàng)造了安全條件。在某隧道施工中，通過綜合運用錨桿支護、噴射混凝土支護、鋼支撐支護和超前支護等多種支護方式，成功應對了復雜的地質(zhì)條件，確保了隧道施工的安全和順利進行。該隧道穿越了斷層破碎帶和軟弱圍巖地段，在施工過程中，根據(jù)超前地質(zhì)預報結(jié)果，提前對斷層破碎帶和軟弱圍巖地段進行了超前管棚支護和超前小導管注漿加固，在開挖后及時進行了鋼支撐支護、噴射混凝土支護和錨桿支護，有效地控制了圍巖的變形，避免了坍塌事故的發(fā)生，保障了施工人員的安全和工程的順利推進。5.3.3排水排水是隧道施工中不容忽視的重要環(huán)節(jié)，合理的排水措施能夠有效降低地下水對隧道施工和運營的影響，減少涌水、突泥等地質(zhì)災害的發(fā)生，保障隧道的安全和穩(wěn)定。在績溪至長安段隧道工程中，采用了多種排水措施，包括設(shè)置排水盲管、排水管、中心排水管以及采用井點降水、注漿堵水等技術(shù)手段，形成了一個完善的排水系統(tǒng)。排水盲管是設(shè)置在初期支護與防水層之間的一種排水設(shè)施，主要用于收集圍巖中的滲水。排水盲管通常采用透水性能良好的材料制成，如打孔波紋管、軟式透水管等，其作用是將圍巖中的滲水引入排水管。在隧道施工中，排水盲管沿隧道縱向每隔5-10米設(shè)置一道，環(huán)向間距根據(jù)圍巖的滲水情況確定，一般為2-5米。通過排水盲管，有效地將圍巖中的滲水收集起來，為后續(xù)的排水工作奠定了基礎(chǔ)。排水管是將排水盲管收集的水引入中心排水管的通道，通常采用PVC管或鋼管制成，其管徑根據(jù)隧道的涌水量和排水要求確定。排水管沿隧道縱向坡度設(shè)置，確保排水暢通。在隧道施工中，排水管與排水盲管通過三通或四通連接，將排水盲管中的水順利引入中心排水管。中心排水管是隧道排水系統(tǒng)的核心，它負責將隧道內(nèi)的積水排出洞外。中心排水管一般設(shè)置在隧道底部，采用大管徑的鋼管或鋼筋混凝土管制成，其管徑根據(jù)隧道的設(shè)計涌水量確定。在績溪至長安段隧道工程中，中心排水管采用直徑為800毫米的鋼筋混凝土管，通過設(shè)置合理的坡度和排水泵站，確保了隧道內(nèi)的積水能夠及時排出洞外。井點降水是一種降低地下水位的方法，適用于隧道洞口淺埋段或地下水位較高的地段。其工作原理是通過在隧道周圍設(shè)置井點，利用抽水設(shè)備將地下水抽出，從而降低地下水位，減少地下水對隧道施工的影響。在某隧道洞口淺埋段施工時，由于地下水位較高，采用了井點降水措施，共設(shè)置了10口井點，通過持續(xù)抽水，將地下水位降低了3米，為隧道施工創(chuàng)造了良好的條件。注漿堵水是在隧道施工過程中，當遇到富水地層或涌水地段時，采用注漿的方法將圍巖的裂隙和孔隙填充，形成止水帷幕，阻止地下水涌入隧道。注漿材料可根據(jù)實際情況選擇水泥漿、水泥-水玻璃雙液漿、化學漿液等。在績溪至長安段隧道穿越斷層破碎帶時，由于斷層破碎帶富含地下水，采用了水泥-水玻璃雙液漿進行注漿堵水，通過合理控制注漿壓力和注漿量，成功地在隧道周圍形成了止水帷幕，有效地阻止了地下水的涌入，保障了隧道施工的安全。通過在績溪至長安段隧道工程中綜合運用排水盲管、排水管、中心排水管、井點降水、注漿堵水等排水措施，有效地解決了地下水對隧道施工的影響，減少了涌水、突泥等地質(zhì)災害的發(fā)生，確保了隧道施工的順利進行和運營的安全穩(wěn)定。5.3.4工程案例分析以績溪至長安段隧道工程中的某一施工段為例，該施工段穿越了一條斷層破碎帶，地質(zhì)條件復雜，施工難度大。在施工過程中，通過采用上述應對措施，成功克服了地質(zhì)難題，確保了施工安全和工程質(zhì)量。在超前地質(zhì)預報方面，采用了TSP和地質(zhì)雷達相結(jié)合的方法。TSP探測結(jié)果顯示，在掌子面前方80-120米處存在一條斷層破碎帶，地質(zhì)雷達進一步探測發(fā)現(xiàn)，該斷層破碎帶寬度約為30米，內(nèi)部巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，且富含地下水。根據(jù)超前地質(zhì)預報結(jié)果，施工方提前制定了詳細的施工方案。在支護加固方面，針對斷層破碎帶的特殊地質(zhì)條件，采用了超前管棚支護和鋼支撐、噴射混凝土、錨桿聯(lián)合支護的方式。在隧道開挖前，施作了超前管棚，管棚采用直徑為108毫米的無縫鋼管，長度為30米，環(huán)向間距為0.4米，對掌子面前方的圍巖進行了預加固。在開挖后，及時架設(shè)了I20b工字鋼鋼支撐，間距為0.8米，同時噴射C30混凝土，厚度為25厘米，并設(shè)置了系統(tǒng)錨桿，錨桿長度為4米，間距為1.0米×1.0米，梅花形布置。通過這些支護措施，有效地控制了圍巖的變形，保障了施工安全。在排水方面，由于斷層破碎帶富含地下水，涌水風險較大，采用了注漿堵水和設(shè)置排水系統(tǒng)相結(jié)合的措施。首先，對斷層破碎帶進行了注漿堵水，采用水泥-水玻璃雙液漿，通過注漿在隧道周圍形成了止水帷幕，有效地減少了地下水的涌入。同時，在隧道內(nèi)設(shè)置了排水盲管、排水管和中心排水管，排水盲管沿隧道縱向每隔5米設(shè)置一道，環(huán)向間距為