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隧道穿越复杂岩体的水文工程地质原因分析王坛华陈剑平

摘要：低地应力是地下工程中经常被忽视的一种应力状态，低地应力对地下工程稳定性有重要影响。结合白鹤隧道复杂地质段施工，本文详细分析了其工程地质特征，并结合低地应力的地质标志，得出了低地应力为该复杂地质段主控制因素的结论，为进一步设计施工提供参考。

关键词地质工程深大断裂低水平应力复杂岩体

随着国内经济和交通建设的发展，越来越多的隧道工程将会与复杂岩体相伴，复杂岩体是指地质情况多变复杂不均，并可能伴随一系列的工程安全和工程稳定的岩体，如瓦斯异常、地应力异常、地下水异常、围岩性质异常等。隧道勘察工作由于前期地质勘探的难度以及经费等问题，前期的勘探往往不能有效地查明潜在的构造，即便采用了足够的前期钻探勘察，所能查明的大断层节理数目仅仅为开挖后揭示总数的30％以下，这不免带来巨大误差，故在实际施工中往往要求做地质超前预报。

1隧道区域地质

本文研究白鹤隧道位于浙江省仙居境内，隧道区域地质图如图1。隧道所在区的区域构造以断裂构造为主，处于丽水一余姚断裂和鹤溪一奉化断裂之间，同时区内还有衢州一天台断裂，这三组断裂分别为NNE向、NE向、Ew向三组不同方向断裂，事实上区内还发育NW向断裂，如淳安一温州断裂，从白鹤山地表露头揭示的节理来看，该处节理分布较有规律，成组成带为主，但同时也发育有无明显规律而规模较大的节理，这些节理形成较早，地表风化较为严重。

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隧道所在区地层主要为上侏罗统西山头组火山凝灰岩、熔结凝灰岩和沉凝灰岩，这套地层主要是燕山期的产物，至喜山期仍有岩浆活动。工程区的深大断裂如表1。

丽水一余姚断裂与晚侏罗世的火山喷发活动没有亲缘关系，它不是基底断裂的复活，而是燕山期才开始形成，经历了多次构造作用，断裂性质曾多次变化。淳安一温州断裂形成于燕山期，断裂性质曾多次转化，经历了压张的变化。衢州一天台大断裂形成于燕山早期，燕山晚期仍有强烈活动。白鹤隧道总体走向在141。一149。之间，从表中可以看出，白鹤隧道总体走向与淳安一温州断裂相同。

2复杂工程地质条件及分析

白鹤隧道在开挖中曾经历了多次围岩条件反复变化，这在深埋硬质凝灰岩地区较为少见，隧道经历了多次塌方掉块，层状沉凝灰岩的挤压变形及岩体开裂，类似岩爆剥落的溃屈剥离开裂等，尤其是断层发育和地下水丰富，其中在右洞K127+350，左洞K127+375左右开始出现滴水，此时埋深已达350m，随着开挖的进行，滴水越来越多，形成了两个隧洞的大面积淋水，使围岩工程地质条件和施工条件大大降低，施工成本和危险性上升。在开挖至K127+123时，隧道右洞右边墙逐渐出现一条走向132倾角近直立断层F，沿断层面大量

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的夹黄泥水流喷涌而出，水流量达到150m·h～，在流了约三天后水质逐渐变清(图2)。

在左洞约隔12—15m即有一条黄色的泥质填充填带，沿带出现淋水，横跨整个隧道。与该段隧道对应地表地貌为中山、中低山，地表上部发育一条深宽沟谷，雨季水流大，旱季水流小而不绝，沟谷走向约135与隧道小角度相交，沟谷内以薄层砾石块石夹漂石为主，

原始灌木丛茂密，沟谷两侧地表坡面发育黄土，浸水后土质颜色与隧道内部黄泥水极为相似。与断层F相平行的隧道拱顶，围岩水平挤压松散，裂隙临空面端张开，沿裂隙面淌水严重。断层F最宽处约50cm，断层内充填物主要为近断层壁片状凝灰岩、含石英角砾岩和饱水黄泥，角砾岩断面多呈平行四边形(图3)。断层内充填的这些物质，随着开挖进行，在工程扰动、地下水及重力作用下沿裂隙面直接掉落，从而使得断层面内在临空端向上约5m范围之内处于空洞状态，并且持续长度达40m以上，这实际上相当于大大扩大了设计高度，使得围岩的稳定性大大降低。

根据以上工程地质条件分析，并结合相关文献[3，4]，笔者认为白鹤隧道在该复杂地质段是个由低地应力控制的区域。

3影响地应力分布的原因分析

通常人们认为大埋深隧道一定是大应力的，但其实并不尽然，如龙羊峡水电站，在坡高为160m时σ1=5．215MPa，σ3=0．579MPa，σ3/σ1≈0．1，湖南锡矿在300m深处的地应力值为：σz14．6MPa，σx1．O1MPa，σy1．16MPa，其水平应力远小于垂直

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应力，因此低地应力在工程岩体中是十分普遍的。人们对地应力的认识经历了从无到有，从按埋深线性增加的布林一哈盖模型到三带模型。三带模型在实际中应用较多，三带分别为应力释放带、应力集中带和应力平稳带，但是对于三带之间的分界不同地方差别是很大的，如应力释放带可以从几米到数百米不等，因此经