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蔡永生1 付小龙 2
楚雄欣源水利电力勘察设计有限责任公司
摘要：在隧道岩土工程勘察中，要想获得准确、科学的数据，就应科学确定水利工程隧道洞口选择、隧道埋深、岩体强度、隧道围岩隔水性等要素，并从在综合分析隧道围岩类别和预算涌水量的基础上，对隧道支护和防治水措施进行优化。本文将对围岩类别判断进行分析，并在此基础上探索隧道位置的选择和隧道顶板的埋深，进而探索了隧道涌水预测和隧道防水措施。
关键词：岩土工程勘察；水下隧道设计；水下隧道施工
水利工程水下隧道岩土勘察的重点是查明不良灾害地质现象、岩体崩解的膨胀性、岩体张开程度、岩体裂隙密集、岩体节理、熔岩发育程度、隧道穿越断裂等内容，在此基础上还应当对洞口位置和顶板埋深进行科学确定，并充分考虑水文参数、计算河床冲刷深度，确定隧道围岩类别和岩土的富水性并调查统计地下水天然露头的补给源和补给量。透水性和渗透系数的确定采用钻孔水文地质试验，运用涌水量计算公式预测评价隧道涌水量，根据以上内容确定处理措施和建议。
一、判定水利工程隧道围岩类别
水利工程隧道一定范围内影响坑道稳定性的岩体和土体就是隧道围岩，通常情况下水利工程人员需根据围岩完整性、围岩结构特征等控制围岩稳定性因素对隧道围岩进行分析，同时围岩岩石的强度也是重要的参考因素。水利工程坑道围岩稳定性指的是开挖后未进行支护时围岩的稳定水平，在对围岩类别进行具体判断时，需对裂隙发育程度、断裂等机制构造和节理、岩体强度、岩层单层厚度、成岩程度、胶结与密实、围岩岩性等因素进行综合考虑，另外岩体纵波波速、岩石质量指标、软弱夹层及结构特征也是重要的参考文献[1]。
二、选择水利工程隧道位置
水利工程水下隧道应当选择河床顺直、河道较窄、河水较浅的地段穿越河流，同时应当尽量错开岩溶发育区、断裂发育区、褶皱发育区。通常来说水下隧道在松散土层中穿越一般选用沉管法施工，但在岩层中穿越则不适用该法。一般在河流两岸设置水下隧道洞口，并且尽可能将不良地质地段错开，并将河流永久稳定岸坡和隧道洞口的距离控制在三十米以内[2]。
三、确定水利工程隧道顶板埋深
在运用沉管法施工时应当在河流冲刷深度以下设置水下隧道顶板。若选用其他方法施工，就应当在控制顶板深度的同时，提升顶板的的完整性、强度、单层厚度。大型侵入岩体具有完整性好、强度高的特点，并且由于节理、裂隙不发育，岩层渗透性就会控制在一定范围内。变质岩类、侵入体边缘与岩脉中的岩浆岩类和沉积岩类中的非泥质岩类存在相对发育的裂隙和节理，甚至会有贯通性好的构造裂隙或溶蚀裂隙存在[3]。
四、水利工程隧道涌水预测
穿越河流的水下隧道较易出现涌水，岩、土层的含水性和透水性据定了涌水量的大小。实际当中有两种评价方法用于水利工程隧道涌水预测，分别为定量评价和定性评价。
（一）定性评价
位于水位之上的洞口是由含水量不大的岩、土层构成，所以大量涌水不会出现在此处；但如果发生大气降水或其他原因造成水沿裂隙下渗，那么就会产生涌水；涌水量会随着给水的增加而增加，涌水實践亦是如此。斜井或竖井段位于河流常年洪水位之上、地下水以下时，岩、土层的透水性决定了隧道涌水量，而基岩裂隙水和松散土层孔隙水等地下水则是主要来源。如果穿越的区域为漂石层、卵石、砂石、岩溶发育区、断裂、褶皱，那么隧道则会出现涌水，如果穿越的区域包含暗河、背斜轴部、导水断裂，那么就会有特大涌水产生[4]。
（二）定量评价
水利工程隧道涌水定量评价建立在定性评价的基础之上的，位于地下水之上洞口地段的隧道可以不进行涌水定量评价，地下水位之下的隧道涌水则需分段进行评价。需要从水文地质试验成果出发，预测隧道涌水量。抽水试验时水文地质试验的主要构成部分，同时还需辅助进行渗水、注水、压水试验，进而获得水文地质参数，包括抽水钻孔的影响半径、含水层渗透系数、岩层透水性、裂隙发育程度。另外抽水试验应当在每一类水文地质单元进行，同时进行抽水钻孔和观测钻孔。可在不便于进行抽水试验或水上地段进行渗水、注水、压水试验，并通过对比和修正实验结果获得水文地质计算参数。在评价隧道涌水量的过程中，应当对相关因素进行考量，包括河流常年洪水位、地下水位、岩层渗透性、岩层富水性、裂隙发育密度、完整性、岩体强度、围岩工程地质性质等。根据水平坑道计算分段平巷，在铅垂线和斜井的夹角小于四十五度的情况下，根据竖井进行计算，其中计算井长等于斜井的垂直投影长度。在铅垂线和斜井的夹角大于四十五度时，可依据水平坑道计算斜井，计算长度则等于斜井的水平投影长度[5]。
五、水利工程隧道防水措施
实际当中通常综合运用防、排、堵、截、引等措施实现水利工程隧道防治，防主要采取超前探水的方法，包括长距离探水（二十米以上）、中距离探水（十米至二十米之间）、短距离探水（十米以内）。排主要是将水利工程隧道围岩出水进行及时的抽排。堵主要是采用止水工程水墙堵水或注浆堵水的办法处理超前探水钻孔或隧道开挖出水。引则是通过饮水管集中引流隧道开挖断面股状水流，待衬砌体强度达到一定程度后进行封堵。实际当中应当采用柔性砼桩、地下连续墙、高压旋喷注浆、帷幕灌浆等措施进行开挖前的松散土层中的竖井止水。如果穿越的松散土层的斜井低于地下水位，则可运用冷冻法施工或者管棚超前预支护，并采用椭圆形或者圆形的筒横截面，浇筑方式选择钢筋砼整体浇筑。采用帷幕注浆防方法处理断裂破碎带，并根据一次能穿越断裂破碎带距离确定帷幕注浆钻孔深度。如果是较宽的断裂破碎带，当一次不可能穿越时则采用分段进行的办法。在注浆帷幕的基础上，还应当将注浆钻孔布置于隧道掌子面上，在掌子面前方进行注浆封闭[6]。
结语：
近年来为了满足地方发展的需要，水利工程隧道建设逐年增多，其中岩土工程勘察是隧道工程建设中的关键环节，对于隧道质量和日后的使用都具有非常重要的意义。岩土工程勘察复杂且系统的过程，同时对于不同地质环境应当使用的技术和手段也存在很大差异。岩土工程勘察人员充分把握工程地质状况，并据此选择相应的技术和措施进行工程勘察，这样才能够为水利工程水下隧道设计和施工提供准确、科学的数据。本文论述了岩土工程勘察当中判定隧道围岩类别、选择隧道位置、确定隧道顶板埋深、隧道涌水预测、隧道防水措施等内容，以求为提升我国隧道施工设计中岩土工程勘察水平贡献绵力，但本文仍存在一定局限，希望行业人员能够加强重视，提升岩土工程勘察水平。
参考文献：
[1]王龙，章长松，王小清等.岩土工程勘察在水下隧道设计和施工中的应用研究[J].科协论坛（下半月），2012，（6）：10.
[2]牛亚伟，吕建祥，胡孝荣等.高黎贡山隧道岩土工程勘察水平钻孔施工技术[J].四川地质学报，2012，32（3）：325-327.
[3]辛田军，颜山羊.大型河流穿越岩土工程勘察中穿越方式的选择[J].西部探矿工程，2011，23（6）：14-16，20.
[4]张小冬，凌贤长，程亚鹏等.水下隧道周围土体及衬砌变形力学性状研究[J].哈尔滨工业大学学报，2013，35（7）：844-849.
[5]任建喜，贺小俪，刘朝科等.旁压试验在西安地铁岩土工程勘察中的应用研究[J].铁道工程学报，2013，（11）：98-101.
[6]叶俊能，张春进.宁波市轨道交通1号线一期Ⅰ标段岩土工程勘察探讨[J].西部探矿工程，2010，22（3）：41-45.
楚雄欣源水利电力勘察设计有限责任公司
摘要：在隧道岩土工程勘察中，要想获得准确、科学的数据，就应科学确定水利工程隧道洞口选择、隧道埋深、岩体强度、隧道围岩隔水性等要素，并从在综合分析隧道围岩类别和预算涌水量的基础上，对隧道支护和防治水措施进行优化。本文将对围岩类别判断进行分析，并在此基础上探索隧道位置的选择和隧道顶板的埋深，进而探索了隧道涌水预测和隧道防水措施。
关键词：岩土工程勘察；水下隧道设计；水下隧道施工
水利工程水下隧道岩土勘察的重点是查明不良灾害地质现象、岩体崩解的膨胀性、岩体张开程度、岩体裂隙密集、岩体节理、熔岩发育程度、隧道穿越断裂等内容，在此基础上还应当对洞口位置和顶板埋深进行科学确定，并充分考虑水文参数、计算河床冲刷深度，确定隧道围岩类别和岩土的富水性并调查统计地下水天然露头的补给源和补给量。透水性和渗透系数的确定采用钻孔水文地质试验，运用涌水量计算公式预测评价隧道涌水量，根据以上内容确定处理措施和建议。
一、判定水利工程隧道围岩类别
水利工程隧道一定范围内影响坑道稳定性的岩体和土体就是隧道围岩，通常情况下水利工程人员需根据围岩完整性、围岩结构特征等控制围岩稳定性因素对隧道围岩进行分析，同时围岩岩石的强度也是重要的参考因素。水利工程坑道围岩稳定性指的是开挖后未进行支护时围岩的稳定水平，在对围岩类别进行具体判断时，需对裂隙发育程度、断裂等机制构造和节理、岩体强度、岩层单层厚度、成岩程度、胶结与密实、围岩岩性等因素进行综合考虑，另外岩体纵波波速、岩石质量指标、软弱夹层及结构特征也是重要的参考文献[1]。
二、选择水利工程隧道位置
水利工程水下隧道应当选择河床顺直、河道较窄、河水较浅的地段穿越河流，同时应当尽量错开岩溶发育区、断裂发育区、褶皱发育区。通常来说水下隧道在松散土层中穿越一般选用沉管法施工，但在岩层中穿越则不适用该法。一般在河流两岸设置水下隧道洞口，并且尽可能将不良地质地段错开，并将河流永久稳定岸坡和隧道洞口的距离控制在三十米以内[2]。
三、确定水利工程隧道顶板埋深
在运用沉管法施工时应当在河流冲刷深度以下设置水下隧道顶板。若选用其他方法施工，就应当在控制顶板深度的同时，提升顶板的的完整性、强度、单层厚度。大型侵入岩体具有完整性好、强度高的特点，并且由于节理、裂隙不发育，岩层渗透性就会控制在一定范围内。变质岩类、侵入体边缘与岩脉中的岩浆岩类和沉积岩类中的非泥质岩类存在相对发育的裂隙和节理，甚至会有贯通性好的构造裂隙或溶蚀裂隙存在[3]。
四、水利工程隧道涌水预测
穿越河流的水下隧道较易出现涌水，岩、土层的含水性和透水性据定了涌水量的大小。实际当中有两种评价方法用于水利工程隧道涌水预测，分别为定量评价和定性评价。
（一）定性评价
位于水位之上的洞口是由含水量不大的岩、土层构成，所以大量涌水不会出现在此处；但如果发生大气降水或其他原因造成水沿裂隙下渗，那么就会产生涌水；涌水量会随着给水的增加而增加，涌水實践亦是如此。斜井或竖井段位于河流常年洪水位之上、地下水以下时，岩、土层的透水性决定了隧道涌水量，而基岩裂隙水和松散土层孔隙水等地下水则是主要来源。如果穿越的区域为漂石层、卵石、砂石、岩溶发育区、断裂、褶皱，那么隧道则会出现涌水，如果穿越的区域包含暗河、背斜轴部、导水断裂，那么就会有特大涌水产生[4]。
（二）定量评价
水利工程隧道涌水定量评价建立在定性评价的基础之上的，位于地下水之上洞口地段的隧道可以不进行涌水定量评价，地下水位之下的隧道涌水则需分段进行评价。需要从水文地质试验成果出发，预测隧道涌水量。抽水试验时水文地质试验的主要构成部分，同时还需辅助进行渗水、注水、压水试验，进而获得水文地质参数，包括抽水钻孔的影响半径、含水层渗透系数、岩层透水性、裂隙发育程度。另外抽水试验应当在每一类水文地质单元进行，同时进行抽水钻孔和观测钻孔。可在不便于进行抽水试验或水上地段进行渗水、注水、压水试验，并通过对比和修正实验结果获得水文地质计算参数。在评价隧道涌水量的过程中，应当对相关因素进行考量，包括河流常年洪水位、地下水位、岩层渗透性、岩层富水性、裂隙发育密度、完整性、岩体强度、围岩工程地质性质等。根据水平坑道计算分段平巷，在铅垂线和斜井的夹角小于四十五度的情况下，根据竖井进行计算，其中计算井长等于斜井的垂直投影长度。在铅垂线和斜井的夹角大于四十五度时，可依据水平坑道计算斜井，计算长度则等于斜井的水平投影长度[5]。
五、水利工程隧道防水措施
实际当中通常综合运用防、排、堵、截、引等措施实现水利工程隧道防治，防主要采取超前探水的方法，包括长距离探水（二十米以上）、中距离探水（十米至二十米之间）、短距离探水（十米以内）。排主要是将水利工程隧道围岩出水进行及时的抽排。堵主要是采用止水工程水墙堵水或注浆堵水的办法处理超前探水钻孔或隧道开挖出水。引则是通过饮水管集中引流隧道开挖断面股状水流，待衬砌体强度达到一定程度后进行封堵。实际当中应当采用柔性砼桩、地下连续墙、高压旋喷注浆、帷幕灌浆等措施进行开挖前的松散土层中的竖井止水。如果穿越的松散土层的斜井低于地下水位，则可运用冷冻法施工或者管棚超前预支护，并采用椭圆形或者圆形的筒横截面，浇筑方式选择钢筋砼整体浇筑。采用帷幕注浆防方法处理断裂破碎带，并根据一次能穿越断裂破碎带距离确定帷幕注浆钻孔深度。如果是较宽的断裂破碎带，当一次不可能穿越时则采用分段进行的办法。在注浆帷幕的基础上，还应当将注浆钻孔布置于隧道掌子面上，在掌子面前方进行注浆封闭[6]。
结语：
近年来为了满足地方发展的需要，水利工程隧道建设逐年增多，其中岩土工程勘察是隧道工程建设中的关键环节，对于隧道质量和日后的使用都具有非常重要的意义。岩土工程勘察复杂且系统的过程，同时对于不同地质环境应当使用的技术和手段也存在很大差异。岩土工程勘察人员充分把握工程地质状况，并据此选择相应的技术和措施进行工程勘察，这样才能够为水利工程水下隧道设计和施工提供准确、科学的数据。本文论述了岩土工程勘察当中判定隧道围岩类别、选择隧道位置、确定隧道顶板埋深、隧道涌水预测、隧道防水措施等内容，以求为提升我国隧道施工设计中岩土工程勘察水平贡献绵力，但本文仍存在一定局限，希望行业人员能够加强重视，提升岩土工程勘察水平。
参考文献：
[1]王龙，章长松，王小清等.岩土工程勘察在水下隧道设计和施工中的应用研究[J].科协论坛（下半月），2012，（6）：10.
[2]牛亚伟，吕建祥，胡孝荣等.高黎贡山隧道岩土工程勘察水平钻孔施工技术[J].四川地质学报，2012，32（3）：325-327.
[3]辛田军，颜山羊.大型河流穿越岩土工程勘察中穿越方式的选择[J].西部探矿工程，2011，23（6）：14-16，20.
[4]张小冬，凌贤长，程亚鹏等.水下隧道周围土体及衬砌变形力学性状研究[J].哈尔滨工业大学学报，2013，35（7）：844-849.
[5]任建喜，贺小俪，刘朝科等.旁压试验在西安地铁岩土工程勘察中的应用研究[J].铁道工程学报，2013，（11）：98-101.
[6]叶俊能，张春进.宁波市轨道交通1号线一期Ⅰ标段岩土工程勘察探讨[J].西部探矿工程，2010，22（3）：41-45.