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(zhì)情況復(fù)雜多變，各種不良地質(zhì)條件所導(dǎo)致的巖土工程事故屢見不鮮，因此解決不良地質(zhì)條件引起的隧道巖土工程問題是隧道工程設(shè)計和施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，同時也是關(guān)系工程成敗的關(guān)鍵。不良地質(zhì)條件是指崩塌、滑坡、偏壓地層、巖溶、高應(yīng)力、高強(qiáng)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(shè)計和施工帶來了較大的困難，所以在勘察過程中應(yīng)準(zhǔn)確辨別不良地質(zhì)作用，結(jié)合隧道的基本走向及埋深等初步設(shè)計情況，對施工過程中可能引起的巖土工程問題進(jìn)行評價與分析，并提出相應(yīng)的預(yù)防及應(yīng)對措施，從而為隧道施工圖設(shè)計提供依據(jù)。在山嶺隧道設(shè)計中，隧道施工期的涌水量及進(jìn)、出洞口段的邊坡穩(wěn)定性分析也是巖土工程分析評價中不可缺少的內(nèi)容。

1.2.1　不良地質(zhì)作用

寧波山區(qū)的基巖都為非可溶性巖，不存在與巖溶有關(guān)的地質(zhì)災(zāi)害，常見的影響隧道設(shè)計和施工的不良地質(zhì)作用主要是斷層、滑坡和崩塌。

1.斷層

斷層會導(dǎo)致巖體出現(xiàn)各種破碎巖面，例如斷裂面及層間裂隙面等，使巖體發(fā)生破碎，滲透性增加，地表水和降水發(fā)生下滲。當(dāng)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(xiàn)塌方，若處理不當(dāng)，在地鐵運(yùn)營時隧道易產(chǎn)生不均勻沉降，引起隧道結(jié)構(gòu)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(fēng)險，主要來源于斷層的發(fā)育程度、斷層內(nèi)的填充物質(zhì)、斷裂帶的寬度及含水率、斷層的活動情況、斷層構(gòu)造與隧道的空間組合關(guān)系等，決定了施工中穿越斷層時所面臨的風(fēng)險等級，勘察中應(yīng)定性地分析評價斷層對工程的影響，以便設(shè)計時采取合理的施工措施，使工程風(fēng)險降到最低，當(dāng)采取措施的費(fèi)用超出投資概算較多時，也可以采取線路方案調(diào)整的措施。

2.崩塌、滑坡

崩塌、滑坡是山區(qū)常見的地質(zhì)災(zāi)害，尤其在進(jìn)、出洞口的邊坡段，是邊坡破壞的最常見形式。在進(jìn)、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(fēng)化物外，尚有第四系的坡積物，基巖的風(fēng)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(tài)，易導(dǎo)致邊坡、仰坡出現(xiàn)滑坡，所以在山嶺隧道工程中，進(jìn)、出洞口現(xiàn)狀邊坡穩(wěn)定性分析、結(jié)合初設(shè)定性分析預(yù)測開挖后的邊坡穩(wěn)定性分析是勘察的重點。

1.2.2　淺埋和偏壓

當(dāng)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(dāng)傍山設(shè)置隧道、地面坡度較陡峭時，襯砌結(jié)構(gòu)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(fēng)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(chǎn)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(jié)構(gòu)兩側(cè)荷載不對稱，當(dāng)采用礦山法修建時，更易發(fā)生山體和襯砌變形甚至滑塌的不良事故，襯砌變形更為嚴(yán)重。

一般情況下，隧道的淺埋和偏壓結(jié)構(gòu)往往存在于隧道的進(jìn)、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(zhì)條件復(fù)雜性、巖土體結(jié)構(gòu)偏壓不對稱性和工程結(jié)構(gòu)規(guī)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(shè)置混凝土基礎(chǔ)，采用外墻尺寸加厚的鋼筋混凝土拱圈，甚至設(shè)置仰拱等措施，或淺埋洞口段的隧道其工程做相應(yīng)的加固，提高整體穩(wěn)定性的設(shè)計及施工處理；甚至具有偏壓和淺埋結(jié)構(gòu)的洞口段設(shè)計及施工處理是否妥當(dāng)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(xué)參數(shù)量測，透徹分析巖土力學(xué)特征并建立其破壞模型。

1.2.3　巖爆

巖爆是高地應(yīng)力條件下洞室開挖過程中，因開挖卸荷而引發(fā)的周圍脆性圍巖產(chǎn)生強(qiáng)烈的應(yīng)力分異作用，儲存在圍巖中的彈性應(yīng)變能突然釋放，且產(chǎn)生爆裂松脫、剝離、彈射甚至拋擲等現(xiàn)象的一種動力失穩(wěn)、破壞性的地質(zhì)災(zāi)害。根據(jù)國內(nèi)相關(guān)隧道施工的經(jīng)驗，發(fā)生巖爆的隧道其巖石單軸抗壓強(qiáng)度大于60MPa，其中多數(shù)超過100MPa。堅硬、脆性的巖石易發(fā)生巖爆，即巖爆的發(fā)生與巖質(zhì)和巖性有關(guān)，巖石脆性指數(shù)與巖爆強(qiáng)度的關(guān)系詳見表1-1。

完整或基本完整的巖體易發(fā)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(yīng)變能量，彈性應(yīng)變能量的積聚是發(fā)生巖爆的必要條件之一。

巖爆發(fā)生時，特點如下：

（1）開挖的坑壁，巖塊迅速飛出，嚴(yán)重時整個掌子面嚴(yán)重壓壞。

（2）多發(fā)于埋深較深的隧道中。

（3）不同巖質(zhì)情況發(fā)生的方式不同，與地層的方向、節(jié)理、夾層等強(qiáng)烈相關(guān)。

（4）掌子面巖爆多發(fā)。

在施工中，若發(fā)生巖爆，將直接威脅施工人員和機(jī)械設(shè)備的安全，并影響工程進(jìn)度，所以勘察時應(yīng)針對是否發(fā)生巖爆進(jìn)行定性的評價，以便設(shè)計和施工中采取相應(yīng)的防治措施。在寧波地區(qū)，由于處在低地應(yīng)力區(qū)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(yù)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(zhì)，能夠儲存能量，而其變形特性屬于脆性破壞，應(yīng)力解除后，回彈變形很小，這類圍巖應(yīng)注意其可能會發(fā)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(xiàn)象，因而又稱之為突水。涌水突水給隧道施工甚至運(yùn)營帶來了極大的危害，輕則掩埋、淹沒設(shè)備，堵塞坑道，重則造成人身傷亡，影響施工進(jìn)展，使工程建設(shè)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(guī)律，分析隧道開挖區(qū)的水文地質(zhì)及工程地質(zhì)條件，依據(jù)鉆探、物探、水化學(xué)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(qū)，以及斷裂構(gòu)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(xiàn)在隧道涌水位置的確定和涌水量預(yù)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(zhì)及工程地質(zhì)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(zhì)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(zhì)和水文地質(zhì)條件，但由于計算公式或方法選擇不恰當(dāng)，也可能使計算出來的涌水量和實際測量結(jié)果有較大出入。正確的工作方法是：在進(jìn)行涌水量具體計算之前，應(yīng)搞清楚隧道通過地段的區(qū)域地質(zhì)及水文地質(zhì)條件，并按水文地質(zhì)條件進(jìn)行分段，針對各段的具體情況，選擇適當(dāng)?shù)挠嬎惴椒ê凸焦浪泐A(yù)測。所以說，查清隧道通過地段的地質(zhì)及水文地質(zhì)條件和富水狀況，是估算與預(yù)測涌水量的基礎(chǔ)和前提。

涌水量的預(yù)測是一個十分復(fù)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(shù)理統(tǒng)計法、系統(tǒng)理論法、水均衡法、比擬法、穩(wěn)定流和非穩(wěn)定流解析法、數(shù)值模擬法和施工超前預(yù)報法等。