1.2　山嶺隧道主要巖土工程問題

在山嶺隧道工程中，隧道圍巖地質情況復雜多變，各種不良地質條件所導致的巖土工程事故屢見不鮮，因此解決不良地質條件引起的隧道巖土工程問題是隧道工程設計和施工的關鍵環節，同時也是關系工程成敗的關鍵。不良地質條件是指崩塌、滑坡、偏壓地層、巖溶、高應力、高強度地層、坡前松散地層、斷層、巖爆等，這些問題都給山嶺隧道的設計和施工帶來了較大的困難，所以在勘察過程中應準確辨別不良地質作用，結合隧道的基本走向及埋深等初步設計情況，對施工過程中可能引起的巖土工程問題進行評價與分析，并提出相應的預防及應對措施，從而為隧道施工圖設計提供依據。在山嶺隧道設計中，隧道施工期的涌水量及進、出洞口段的邊坡穩定性分析也是巖土工程分析評價中不可缺少的內容。

1.2.1　不良地質作用

寧波山區的基巖都為非可溶性巖，不存在與巖溶有關的地質災害，常見的影響隧道設計和施工的不良地質作用主要是斷層、滑坡和崩塌。

1.斷層

斷層會導致巖體出現各種破碎巖面，例如斷裂面及層間裂隙面等，使巖體發生破碎，滲透性增加，地表水和降水發生下滲。當隧道需要穿越斷層時，由于斷層帶附近巖性松軟，隧道施工時容易出現塌方，若處理不當，在地鐵運營時隧道易產生不均勻沉降，引起隧道結構開裂、漏水，洞口附近仰坡在雨季有滑坡、錯落等危險。

在隧道施工中，穿越斷層帶時存在一定的工程風險，主要來源于斷層的發育程度、斷層內的填充物質、斷裂帶的寬度及含水率、斷層的活動情況、斷層構造與隧道的空間組合關系等，決定了施工中穿越斷層時所面臨的風險等級，勘察中應定性地分析評價斷層對工程的影響，以便設計時采取合理的施工措施，使工程風險降到最低，當采取措施的費用超出投資概算較多時，也可以采取線路方案調整的措施。

2.崩塌、滑坡

崩塌、滑坡是山區常見的地質災害，尤其在進、出洞口的邊坡段，是邊坡破壞的最常見形式。在進、出洞口施工是隧道工程的重點，隧道洞口一般要穿過山體的覆蓋層，而覆蓋在基巖上除基巖本身的風化物外，尚有第四系的坡積物，基巖的風化程度、第四系坡積物的相對密實度都會影響洞口開挖時的安全性。洞口開挖因破壞了原有山體坡面的平衡狀態，易導致邊坡、仰坡出現滑坡，所以在山嶺隧道工程中，進、出洞口現狀邊坡穩定性分析、結合初設定性分析預測開挖后的邊坡穩定性分析是勘察的重點。

1.2.2　淺埋和偏壓

當隧道埋藏較淺、洞頂距離自然地表較近時，不能形成卸載拱，通稱淺埋隧道。當傍山設置隧道、地面坡度較陡峭時，襯砌結構將受到不對稱地壓力，此時為偏壓隧道。

淺埋隧道由于覆蓋薄，接近地表，受自然影響大，因此淺埋隧道上覆一般多為風化破碎巖層、坡積層、沖積層、殘積層等比較松散的地層，在隧道開挖時容易產生臨空面，破壞山體的靜力平衡。而偏壓隧道由于受不對稱地壓，造成隧道結構兩側荷載不對稱，當采用礦山法修建時，更易發生山體和襯砌變形甚至滑塌的不良事故，襯砌變形更為嚴重。

一般情況下，隧道的淺埋和偏壓結構往往存在于隧道的進、出洞口以及溝谷地段，并且常常由于隧道工程所處特殊地質條件復雜性、巖土體結構偏壓不對稱性和工程結構規模決定了隧道工程不允許采用明洞處理的方式，而是要求偏壓段采用平衡壓重填土，挖除土體，減輕偏壓力，隧道邊墻設置混凝土基礎，采用外墻尺寸加厚的鋼筋混凝土拱圈，甚至設置仰拱等措施，或淺埋洞口段的隧道其工程做相應的加固，提高整體穩定性的設計及施工處理；甚至具有偏壓和淺埋結構的洞口段設計及施工處理是否妥當決定了整個隧道工程施工能否順利貫通。所以，施工前必須對偏壓和淺埋隧道圍巖巖土體做好精確的力學參數量測，透徹分析巖土力學特征并建立其破壞模型。

1.2.3　巖爆

巖爆是高地應力條件下洞室開挖過程中，因開挖卸荷而引發的周圍脆性圍巖產生強烈的應力分異作用，儲存在圍巖中的彈性應變能突然釋放，且產生爆裂松脫、剝離、彈射甚至拋擲等現象的一種動力失穩、破壞性的地質災害。根據國內相關隧道施工的經驗，發生巖爆的隧道其巖石單軸抗壓強度大于60MPa，其中多數超過100MPa。堅硬、脆性的巖石易發生巖爆，即巖爆的發生與巖質和巖性有關，巖石脆性指數與巖爆強度的關系詳見表1-1。

完整或基本完整的巖體易發生巖爆。因為完整或基本完整的巖體能夠積聚很大的彈性應變能量，彈性應變能量的積聚是發生巖爆的必要條件之一。

巖爆發生時，特點如下：

（1）開挖的坑壁，巖塊迅速飛出，嚴重時整個掌子面嚴重壓壞。

（2）多發于埋深較深的隧道中。

（3）不同巖質情況發生的方式不同，與地層的方向、節理、夾層等強烈相關。

（4）掌子面巖爆多發。

在施工中，若發生巖爆，將直接威脅施工人員和機械設備的安全，并影響工程進度，所以勘察時應針對是否發生巖爆進行定性的評價，以便設計和施工中采取相應的防治措施。在寧波地區，由于處在低地應力區且山體高度不大，巖爆問題在實際施工中所見不多，隧道整體埋深大于100m的也可以預防措施為主。在實際工程中，若圍巖新鮮完整，裂隙極少或僅有隱裂隙，屬堅硬脆性介質，能夠儲存能量，而其變形特性屬于脆性破壞，應力解除后，回彈變形很小，這類圍巖應注意其可能會發生巖爆。

1.2.4　涌水突水

隧道涌水是隧道工程施工過程中，圍巖含水層的地下水在水頭壓力和其他壓力的綜合作用下，克服了隔水層、斷層、裂隙帶等的阻力，以突然的方式涌入隧道的現象，因而又稱之為突水。涌水突水給隧道施工甚至運營帶來了極大的危害，輕則掩埋、淹沒設備，堵塞坑道，重則造成人身傷亡，影響施工進展，使工程建設蒙受巨大損失。

通過查明隧道含水圍巖中地下水的分布及賦存規律，分析隧道開挖區的水文地質及工程地質條件，依據鉆探、物探、水化學及同位素分析、水溫測定等手段，確定地下水的富集帶或富集區，以及斷裂構造帶、裂隙密集帶等可能的地下水涌水通道，并且用均衡法估計隧道涌水量的大小，可以定性地分析隧道地下水的涌水特征。

隧道涌水的定量評價與計算主要體現在隧道涌水位置的確定和涌水量預測兩方面。在隧道涌水位置的確定方面，通過對隧道圍巖水文地質及工程地質條件的定性分析，可得出影響隧道涌水量的一些基本因素。

由于受目前的勘測手段、勘測時間及工期等限制，人們對水文地質條件的了解和掌握往往是不夠全面的，即使能夠比較全面正確地掌握隧道的工程地質和水文地質條件，但由于計算公式或方法選擇不恰當，也可能使計算出來的涌水量和實際測量結果有較大出入。正確的工作方法是：在進行涌水量具體計算之前，應搞清楚隧道通過地段的區域地質及水文地質條件，并按水文地質條件進行分段，針對各段的具體情況，選擇適當的計算方法和公式估算預測。所以說，查清隧道通過地段的地質及水文地質條件和富水狀況，是估算與預測涌水量的基礎和前提。

涌水量的預測是一個十分復雜、尚未完全解決且仍處在不斷探索階段的重要研究課題，目前采用的方法主要有數理統計法、系統理論法、水均衡法、比擬法、穩定流和非穩定流解析法、數值模擬法和施工超前預報法等。