1.2　山岭隧道主要岩土工程问题

在山岭隧道工程中，隧道围岩地质情况复杂多变，各种不良地质条件所导致的岩土工程事故屡见不鲜，因此解决不良地质条件引起的隧道岩土工程问题是隧道工程设计和施工的关键环节，同时也是关系工程成败的关键。不良地质条件是指崩塌、滑坡、偏压地层、岩溶、高应力、高强度地层、坡前松散地层、断层、岩爆等，这些问题都给山岭隧道的设计和施工带来了较大的困难，所以在勘察过程中应准确辨别不良地质作用，结合隧道的基本走向及埋深等初步设计情况，对施工过程中可能引起的岩土工程问题进行评价与分析，并提出相应的预防及应对措施，从而为隧道施工图设计提供依据。在山岭隧道设计中，隧道施工期的涌水量及进、出洞口段的边坡稳定性分析也是岩土工程分析评价中不可缺少的内容。

1.2.1　不良地质作用

宁波山区的基岩都为非可溶性岩，不存在与岩溶有关的地质灾害，常见的影响隧道设计和施工的不良地质作用主要是断层、滑坡和崩塌。

1.断层

断层会导致岩体出现各种破碎岩面，例如断裂面及层间裂隙面等，使岩体发生破碎，渗透性增加，地表水和降水发生下渗。当隧道需要穿越断层时，由于断层带附近岩性松软，隧道施工时容易出现塌方，若处理不当，在地铁运营时隧道易产生不均匀沉降，引起隧道结构开裂、漏水，洞口附近仰坡在雨季有滑坡、错落等危险。

在隧道施工中，穿越断层带时存在一定的工程风险，主要来源于断层的发育程度、断层内的填充物质、断裂带的宽度及含水率、断层的活动情况、断层构造与隧道的空间组合关系等，决定了施工中穿越断层时所面临的风险等级，勘察中应定性地分析评价断层对工程的影响，以便设计时采取合理的施工措施，使工程风险降到最低，当采取措施的费用超出投资概算较多时，也可以采取线路方案调整的措施。

2.崩塌、滑坡

崩塌、滑坡是山区常见的地质灾害，尤其在进、出洞口的边坡段，是边坡破坏的最常见形式。在进、出洞口施工是隧道工程的重点，隧道洞口一般要穿过山体的覆盖层，而覆盖在基岩上除基岩本身的风化物外，尚有第四系的坡积物，基岩的风化程度、第四系坡积物的相对密实度都会影响洞口开挖时的安全性。洞口开挖因破坏了原有山体坡面的平衡状态，易导致边坡、仰坡出现滑坡，所以在山岭隧道工程中，进、出洞口现状边坡稳定性分析、结合初设定性分析预测开挖后的边坡稳定性分析是勘察的重点。

1.2.2　浅埋和偏压

当隧道埋藏较浅、洞顶距离自然地表较近时，不能形成卸载拱，通称浅埋隧道。当傍山设置隧道、地面坡度较陡峭时，衬砌结构将受到不对称地压力，此时为偏压隧道。

浅埋隧道由于覆盖薄，接近地表，受自然影响大，因此浅埋隧道上覆一般多为风化破碎岩层、坡积层、冲积层、残积层等比较松散的地层，在隧道开挖时容易产生临空面，破坏山体的静力平衡。而偏压隧道由于受不对称地压，造成隧道结构两侧荷载不对称，当采用矿山法修建时，更易发生山体和衬砌变形甚至滑塌的不良事故，衬砌变形更为严重。

一般情况下，隧道的浅埋和偏压结构往往存在于隧道的进、出洞口以及沟谷地段，并且常常由于隧道工程所处特殊地质条件复杂性、岩土体结构偏压不对称性和工程结构规模决定了隧道工程不允许采用明洞处理的方式，而是要求偏压段采用平衡压重填土，挖除土体，减轻偏压力，隧道边墙设置混凝土基础，采用外墙尺寸加厚的钢筋混凝土拱圈，甚至设置仰拱等措施，或浅埋洞口段的隧道其工程做相应的加固，提高整体稳定性的设计及施工处理；甚至具有偏压和浅埋结构的洞口段设计及施工处理是否妥当决定了整个隧道工程施工能否顺利贯通。所以，施工前必须对偏压和浅埋隧道围岩岩土体做好精确的力学参数量测，透彻分析岩土力学特征并建立其破坏模型。

1.2.3　岩爆

岩爆是高地应力条件下洞室开挖过程中，因开挖卸荷而引发的周围脆性围岩产生强烈的应力分异作用，储存在围岩中的弹性应变能突然释放，且产生爆裂松脱、剥离、弹射甚至抛掷等现象的一种动力失稳、破坏性的地质灾害。根据国内相关隧道施工的经验，发生岩爆的隧道其岩石单轴抗压强度大于60MPa，其中多数超过100MPa。坚硬、脆性的岩石易发生岩爆，即岩爆的发生与岩质和岩性有关，岩石脆性指数与岩爆强度的关系详见表1-1。

完整或基本完整的岩体易发生岩爆。因为完整或基本完整的岩体能够积聚很大的弹性应变能量，弹性应变能量的积聚是发生岩爆的必要条件之一。

岩爆发生时，特点如下：

（1）开挖的坑壁，岩块迅速飞出，严重时整个掌子面严重压坏。

（2）多发于埋深较深的隧道中。

（3）不同岩质情况发生的方式不同，与地层的方向、节理、夹层等强烈相关。

（4）掌子面岩爆多发。

在施工中，若发生岩爆，将直接威胁施工人员和机械设备的安全，并影响工程进度，所以勘察时应针对是否发生岩爆进行定性的评价，以便设计和施工中采取相应的防治措施。在宁波地区，由于处在低地应力区且山体高度不大，岩爆问题在实际施工中所见不多，隧道整体埋深大于100m的也可以预防措施为主。在实际工程中，若围岩新鲜完整，裂隙极少或仅有隐裂隙，属坚硬脆性介质，能够储存能量，而其变形特性属于脆性破坏，应力解除后，回弹变形很小，这类围岩应注意其可能会发生岩爆。

1.2.4　涌水突水

隧道涌水是隧道工程施工过程中，围岩含水层的地下水在水头压力和其他压力的综合作用下，克服了隔水层、断层、裂隙带等的阻力，以突然的方式涌入隧道的现象，因而又称之为突水。涌水突水给隧道施工甚至运营带来了极大的危害，轻则掩埋、淹没设备，堵塞坑道，重则造成人身伤亡，影响施工进展，使工程建设蒙受巨大损失。

通过查明隧道含水围岩中地下水的分布及赋存规律，分析隧道开挖区的水文地质及工程地质条件，依据钻探、物探、水化学及同位素分析、水温测定等手段，确定地下水的富集带或富集区，以及断裂构造带、裂隙密集带等可能的地下水涌水通道，并且用均衡法估计隧道涌水量的大小，可以定性地分析隧道地下水的涌水特征。

隧道涌水的定量评价与计算主要体现在隧道涌水位置的确定和涌水量预测两方面。在隧道涌水位置的确定方面，通过对隧道围岩水文地质及工程地质条件的定性分析，可得出影响隧道涌水量的一些基本因素。

由于受目前的勘测手段、勘测时间及工期等限制，人们对水文地质条件的了解和掌握往往是不够全面的，即使能够比较全面正确地掌握隧道的工程地质和水文地质条件，但由于计算公式或方法选择不恰当，也可能使计算出来的涌水量和实际测量结果有较大出入。正确的工作方法是：在进行涌水量具体计算之前，应搞清楚隧道通过地段的区域地质及水文地质条件，并按水文地质条件进行分段，针对各段的具体情况，选择适当的计算方法和公式估算预测。所以说，查清隧道通过地段的地质及水文地质条件和富水状况，是估算与预测涌水量的基础和前提。

涌水量的预测是一个十分复杂、尚未完全解决且仍处在不断探索阶段的重要研究课题，目前采用的方法主要有数理统计法、系统理论法、水均衡法、比拟法、稳定流和非稳定流解析法、数值模拟法和施工超前预报法等。