地質(zhì)編錄在隧道施工中的應(yīng)用

摘要：文章中的隧道工程主要應(yīng)用一般地質(zhì)編錄和綜合地質(zhì)編錄進TBM施工中的地質(zhì)編錄工作。根據(jù)現(xiàn)場實際施工，結(jié)合某工程地質(zhì)工作相關(guān)要求，介紹了在TBM施工中地質(zhì)編錄的步驟及所得出的一些結(jié)論，希望對TBM施工中地質(zhì)工作提供相關(guān)經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)編錄；TBM施工；碴體分析；隧道施工

中圖分類號：P534

文獻標識碼：A

文章編號：1009-2374(2009)17-0164-02

某隧道工程主要為太古代及中生代地層，巖性主要為太古代混合巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，洞室部位巖體的完整程度受地形地貌、巖性、風化程度、地質(zhì)構(gòu)造、埋深、地應(yīng)力等影響較大，不同部位巖體的完整程度有很大差異。區(qū)內(nèi)存在一大型壓扭性斷層，主要巖性為太古代混合巖，破碎帶由斷層泥、構(gòu)造角礫巖、構(gòu)造片巖、碎裂巖、壓碎巖等組成，對洞室穩(wěn)定影響較大。因此，在隧道施工中必須做好施工地質(zhì)編錄，進而充分預(yù)測不利地質(zhì)條件，才能采取有效的預(yù)防措施，防止塌方、卡機、隧洞變形和TBM下沉等不良后果，以免造成工期延誤和費用增加。

一、施工地質(zhì)編錄

(一)施工地質(zhì)編錄的內(nèi)容

地質(zhì)編錄是編錄施工揭露的各種地質(zhì)現(xiàn)象，為評價已開挖圍巖特性提供參考并為TBM掘進提供建議。隧道施工中地質(zhì)編錄主要包括下列內(nèi)容：

1、地層時代、巖石名稱、單層厚度、產(chǎn)狀、巖性變化及分界線；軟弱夾層的產(chǎn)狀、厚度及其性狀等特征；巖脈名稱、產(chǎn)狀、厚度、充填、泥化程度和破碎情況。

2、斷層的出露位置、產(chǎn)狀、性質(zhì)、寬度(或厚度)、斷距、延伸情況，斷層帶物質(zhì)組成及性狀，影響帶情況；層間錯動的出露位置、產(chǎn)狀、性質(zhì)、寬度(或厚度)，錯動帶物質(zhì)組成及性狀等特征。

3、主要節(jié)理裂隙的產(chǎn)狀、長度、寬度、充填物質(zhì)、裂面起伏粗糙程度、相互割切組合關(guān)系，尤其是對巖體穩(wěn)定有影響的節(jié)理裂隙。

4、巖體風化程度、深度、類型、特性及風化分帶，特別是沿軟弱夾層和節(jié)理裂隙密集帶的風化深度與性狀。

5、巖體透水性，地下水出露位置、活動情況、出露形態(tài)、壓力水頭、流量、水溫、攜出物、化學(xué)溶蝕和沉淀情況、補排關(guān)系等。

6、因施工開挖引起的巖體卸荷回彈、張開、地基巖體變形及破碎現(xiàn)象等。

(二)采用TBM施工的隧道地質(zhì)編錄

根據(jù)TBM施工特征和編錄內(nèi)容，可將地質(zhì)編錄劃分為以下三種類型：

1、—般編錄：在TBM掘進過程中，根據(jù)皮帶機上的渣料和掘進參數(shù)鑒定圍巖，此時對圍等類別和地質(zhì)特征鑒定的準確性要差些。

2、綜合編錄：通過掌子面直接觀察圍巖和對已開挖洞段的圍巖特征進行分析，結(jié)合渣料和TBM掘進參數(shù)特征，對圍巖進行綜合編錄。

3、專項編錄：即超前鉆探地質(zhì)編錄。

(三)地質(zhì)編錄的步驟

1、現(xiàn)場資料收集。結(jié)合某工程所經(jīng)洞段的區(qū)域地質(zhì)特征和所選TBM自身的特點，選用合適的地質(zhì)編錄方法，并分析地質(zhì)編錄資料，為施工提供必要的指導(dǎo)建議是本工程地質(zhì)工作的主要任務(wù)。本工程主要應(yīng)用一般地質(zhì)編錄和綜合地質(zhì)編錄進行TBM施工中的地質(zhì)編錄工作。(1)熟悉工程區(qū)域地質(zhì)概況，了解本標段所處的地層特性，重點根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料掌握TBM掘進過程中所可能遇到的不良地質(zhì)地段；(2)配備專業(yè)的地質(zhì)工程師，在編錄過程中詳細掌握已開挖出露的圍巖特性及結(jié)構(gòu)面之間的關(guān)系；(3)進入TBM工作面，首先辨別所開挖出露的圍巖中所含礦物，并判斷其巖性，并速描出揭露洞段的結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀、結(jié)構(gòu)，不良地質(zhì)體的影響范圍及各結(jié)構(gòu)面和不良地質(zhì)體之間的關(guān)系，并詳細描繪出各組結(jié)構(gòu)面之間的間距、延伸性、粗糙度和張開度。按要求選取典型洞段，統(tǒng)計其中結(jié)構(gòu)面組數(shù)，計算其體積節(jié)理數(shù)。判斷圍巖中所侵入的巖脈名稱、產(chǎn)狀、厚度、充填、泥化程度和破碎情況，以及巖脈侵入過程中對圍巖穩(wěn)定造成的影響；(4)在編錄過程中，重點標出洞室圍巖的各個出水點，并統(tǒng)計其水量及分析其對洞室產(chǎn)生的影響；(5)總體觀察已開挖洞段，描繪出整段洞室的優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面，重點描繪洞室所揭露的貫穿性大的節(jié)理、斷層性質(zhì)及斷層間充填的物質(zhì)、風化程度、張開度和滲露度等；(6)分析碴體情況，一般按薄片狀碴體、次塊狀碴體、塊狀碴體和大塊狀碴體分類，并大致統(tǒng)計其各自所占的百分率。選擇一定數(shù)量大小的碴體，送至中心實驗室進行點荷載實驗，得出其強度。

2、室內(nèi)資料編錄。(1)現(xiàn)場資料收集完成后，在室內(nèi)根據(jù)經(jīng)驗公式及相關(guān)規(guī)范和標準要求對資料進行整理。確定所開挖出露圍巖巖性，分析巖石強度對圍巖的影響程度；(2)通過統(tǒng)計現(xiàn)場的體積節(jié)理數(shù)并結(jié)合后期通過聲波物探測試所得到的圍巖的完整性系數(shù)，結(jié)合圍巖強度得出巖石完整性對圍巖穩(wěn)定性的影響程度；(3)對現(xiàn)場已開挖洞段的結(jié)構(gòu)面進行詳細統(tǒng)計，并以線狀圖的形式做出速描；局部發(fā)育對洞室穩(wěn)定有較大影響或認為比較典型的洞段以投影圖的形式進行速描。在室內(nèi)通過歸納整理，用CAD畫圖程序轉(zhuǎn)換成電子格式并標上序號。在統(tǒng)計洞段的各組結(jié)構(gòu)面中，選擇典型的能體現(xiàn)出該洞段特征的結(jié)構(gòu)面作為主節(jié)理；利用該條結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀和性質(zhì)分析該段洞室的圍巖穩(wěn)定性。在對現(xiàn)場所出現(xiàn)的對圍巖穩(wěn)定性影響較大的結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀統(tǒng)計得出結(jié)論：走向近平行洞線，高傾角的結(jié)構(gòu)面與走向近垂直洞線，高傾角的結(jié)構(gòu)面的組合在拱腰部位對圍巖穩(wěn)定影響較大；走向近平行于洞線，高傾角的結(jié)構(gòu)面與走向近垂直洞線，緩傾角的結(jié)構(gòu)面組合，在拱部或拱腰部位對圍巖穩(wěn)定影響較大；(4)根據(jù)現(xiàn)場統(tǒng)計的地下水出水點和地下水流量判斷地下水的活動狀態(tài)得出地下水活動對洞室穩(wěn)定的影響；(5)對于出現(xiàn)斷層的洞段還需附對斷層性質(zhì)及斷層對洞室影響程度評價的斷層卡片，以便詳細體現(xiàn)洞室整體的特征；(6)將各個因素綜合分析，判斷洞室圍巖類別，對施工提出施工指導(dǎo)和支護建議；(7)做出書面的地質(zhì)預(yù)報，下發(fā)至施工現(xiàn)場指導(dǎo)施工。將所有包括地質(zhì)預(yù)報、節(jié)理裂隙統(tǒng)計表、隧洞施工地質(zhì)編錄、圍巖工程地質(zhì)分類、圍巖強度試驗數(shù)據(jù)等匯編成冊，得出最終的地質(zhì)編錄資料存檔。

(四)TBM掘進碴體分析

在施工過程中，還可以通過對TBM開挖過程中所輸出的碴體進行簡單的地質(zhì)分析，以作為對以上地質(zhì)編錄的補充和支持。

碴體所提供的地質(zhì)信息也是非常豐富和詳細，通過對碴體的詳細觀察和描述可以得出開挖洞室的巖性及其特征、節(jié)理的發(fā)育程度及其張開程度和充填物質(zhì)的性質(zhì)以及前方有無斷層等信息。本文僅對開挖I～V類圍巖時所輸出的碴體進行統(tǒng)計歸類，得出如下結(jié)論：

1、I、Ⅱ類圍巖碴體主要為粉末狀和均勻的小片狀，極少或偶見塊狀。巖粉成分及粒度均勻，通常為細粒級至粉粒級。但當圍巖強度高時，渣料中巖石含量較低，巖粉增多。

2、Ⅲa、Ⅲb類圍巖碴體以片狀為主，片徑較小(一般小于20cm)且厚度不大，但較I、Ⅱ類圍巖碴體大小及厚度有所增加；塊狀碴體仍然較少。巖粉粒徑均勻程度較1、Ⅱ類圍巖差，且有少量風化物及充填物。

3、Ⅳ類圍巖碴體中巖石含量變化范圍較大，且受節(jié)理密度和風化程度影響較大。該類圍巖塊狀碴體所占比例明顯增高，且粒徑不均勻，片狀碴體厚度增大；巖粉和細粒物質(zhì)含量低，且其中明顯可見風化物。

二、結(jié)語

TBM掘進過程中的施工地質(zhì)編錄工作是一項復(fù)雜而又系統(tǒng)的工作。TBM的施工特點對現(xiàn)場地質(zhì)工作有一定影響：首先是TBM刀盤有一個長度為4m的護盾，這就使地質(zhì)人員無法觀察了解掌子面的地質(zhì)現(xiàn)象或信息；其次是TBM正常掘進時，渣體一般為碎塊及粉末狀，尋找合適的點荷載試件不易，且試件已受到滾刀和刮板的劇烈擾動后，強度會有所降低，造成與實際值的偏差。所以TBM施工中的地質(zhì)工作還需要一定的時間來進行完善，通過現(xiàn)場實踐來更好的進行施工地質(zhì)工作。

參考文獻

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作者簡介：李占平(1984一)，男，河南開封人，河南煤業(yè)化工集團欒川龍宇鉬業(yè)有限公司助理工程師，研究方向：有色金屬地質(zhì)。