地质因素如何影响隧道施工

地质因素如何影响隧道施工

随着世界人口的快速增长，地铁隧道等先进基础设施已成为满足日益增长的交通需求的必需品。然而，隧道建设面临许多挑战，其中断层带和裂隙岩体等地面条件是主要的风险因素。本案例研究探讨了在软弱断层岩石上修建浅埋地铁隧道对邻近结构可能产生的影响和危害。通过现场观察、RS2中隧道路线的二维建模以及使用RocSupport的岩石支撑分析，强调了开挖前和开挖后对相邻建筑物的影响。

隧道地质和岩土工程勘察的重要性

通过详细调查充分了解地面状况对于最大限度地降低隧道工程的风险至关重要。经过彻底的地质调查，某地铁隧道项目的断裂带及周边地区由于埋深较浅，岩石软弱，土质软弱，被确定为危险区域。

隧道工程区地质构造

某地铁隧道项目位于土耳其西部某省南部，隧道沿线由硫化岩、冲积层、砂岩、粘土岩、卵石（Altindag地层）、粘土石灰岩序列和复理石组成。这些地质材料表面覆盖有人工填充物，具有中低强度。

图4 断层带附近的钻孔位置（某轻轨系统第二阶段第二部分岩土工程评估报告）

邻近断裂带的构造和当地地质

研究隧道区域的构造，证实了活动断层的存在。在该地区进行了实地研究，数据显示任何类型的隧道施工都会受到断层的影响。对从受影响地区的五个钻孔采集的断层带和岩石样本进行了详细的地质调查。该地区发现的最突出的岩石单元是Altindag地层、安山岩和冲积层，如图4所示。

水文：隧道沿线地质单元表现出独特的水文地质特征。由于土壤单元的粒状结构、岩性性质和岩体节理组的特征，地下水被设置为循环。

近断层带工程岩体特性

在断层带评估过程中，从断层带附近的钻孔和开挖位置采集了岩石样本进行实验室测试。从钻孔中发现的岩石单元如下：填充材料、冲积层和Altindag地层（中新世沉积岩）。结果发现，S-15钻孔沿隧道路线不同深度存在冲积层、粘土岩、粉砂岩和砂砾岩重叠。

隧道区断层带调查

对沿隧道路线的断层带周围的地质成分和钻孔进行了调查，发现现场单元和Altindag地层之间存在分界线。通过纵向剖面展示了隧道掘进前和隧道后的统计分布模式。您可以在图6中看到该位置的地质结构、可能的断裂带以及与断裂带相交的隧道。

隧道区钻孔表明，距断裂带80m的Goztepe站属于中新世砂岩、粘土岩、砾岩层序。然而，断裂带的细节被密集的上部结构完全覆盖，只有在隧道施工过程中的开挖面才能看到。如图6所示，预计在隧道规划阶段不会出现断层迹象，但图7显示了隧道形成后的断层痕迹。

RS2隧道断层带的二维建模

为了检测隧道施工的潜在风险以及断裂带对邻近建筑物的影响，RS2的有限元分析被用来模拟该问题。此外，将结果与隧道区域测量的变形进行比较和测试，以确定其可靠性。

RS2数值模拟所需的数据分为两个独立的组：岩层特性和支撑参数。表1总结了断层隧道交叉口类型1和类型2隧道横截面数值建模所考虑的支护参数。

通过对无支护隧道的分析发现，水平与垂直应力比在6.89至10.5之间变化，这会导致隧道壁出现拉伸和剪切破坏。因此，隧道周围以及隧道与断层交叉点上方的地表结构预计会发生显着变形，如图9和10所示。

与RocSupport的交互分析

RocSupport用于评估岩石破坏和保持开挖稳定性所需的支撑。近似方法有助于确定圆形开挖周围塑性区的范围。根据2+400-2+500km距离处软弱岩石的等静应力条件和含水岩石的静水应力条件，用地面反应曲线对断裂带进行了分析。

隧道监控系统获得的结果

通过不断读取和监测通过安装在隧道路径中的螺栓收集的沉降率，可以识别断层带内部和周围地面的变形，如图12所示。

图12 断层带过渡处隧道路线上的沉降测量线

对沉降值进行解释并应用于记录隧道开挖对周围建筑物的影响。当隧道掌子面位于测量位置正下方时，确定最大沉降值。由于隧道路线位于国道正下方，因此从2条不同的测量线记录值（图12中的线1和2）

使用RS2和RocSupport进行地质调查和数值建模

将RS2数值模型获得的结果与在隧道和地面上测量的变形进行了比较。根据评估结果，建议对原项目计划的开挖和支护系统进行重新评估。

关于隧道开挖前评估地质条件重要性的结论

地质条件在隧道工程中发挥着关键作用——从了解岩石和土壤行为到识别稳定性和表面变形。通过评估地质成分并在初步阶段使用数值模型中的数据，您可以及早发现风险和潜在问题。这些见解还可以帮助您找到隧道项目的支持需求，从而节省时间和额外的资源成本。