柴启辉 李 乾 樊 华

（华北水利水电大学，郑州 4500111）

1 概述

地下工程是指建筑在地面以下及山体内部的各类建（构）筑物，如地下交通运输用的铁道和公路隧道、地下铁道等；地下工业用房的地下工厂、电站和变电所及地下矿井巷道、地下输水隧洞等；地下储存库房用的地下车库、油库、水库和物资仓库等；地下生活用房用周围介质的有利功能，如把围岩改造成洞室本身的支护结构，发挥围岩的自承能力。由此可见，为确保地下洞室的安全和使用，应研究围岩的稳定性和自承能力而出现的地质问题。一般来说，地下工程所要解决的主要工程地质问题有如下方面：

1.在选择地下建筑工程位置时，判定拟建工程的区域稳定性和山体岩体的稳定性（包括洞口边坡稳定和洞身岩体的稳定）。这时，一般多从拟建洞室山体的地形、地貌、地层岩性、地质构造、水文地质条件及其它影响建洞的不良地质现象等方面来判定岩体的稳定性。

2.在已选定的工程位置上判定地下建筑工程所在岩体的稳定性。这个阶段除进行一般的岩体稳定评价以外，还要解决一些与土建设计有关的岩体稳定方面的问题，这些问题有：

（1）洞室四周岩体的围岩压力的评价（即岩体本身对衬砌支护的压力评价）；

（2）岩体内地下水压力的评价（即地下水对衬砌支护的压力）；

（3）提出保护围岩稳定性和提高稳定性的加固措施；

2 地下工程总体位置的选择

在进行地下工程总体位置选择时，首先要考虑区域稳定性，此项工作的进行主要是向有关部门收集当地的有关地震、区域地质构造史及现代构造运动等资料，进行综合地质分析和评价。特别是对于区域性深大断裂交会处，近期活动断层和现代构造运动较为强烈的地段，尤其要引起注意。

一般认为，具备下列条件是宜于建洞的：

1.基本地震烈度一般小于8度，历史上地震烈度及震级不高，无毁灭性地震；

2.区域地质构造稳定，工程区无区域性断裂带通过，附近没有发震构造；

3.第四纪以来没有明显的构造活动。

区域稳定性问题解决以后，即地下工程总体位置选定后，进一步就要选择建洞山体，一般认为理想的建洞山体具有以下条件：

1.在区域稳定性评价基础上，将洞室选择在安全可靠的地段；

2.建洞区构造简单，岩层厚且产状平缓，构造裂隙间距大、组数少，无影响整个山体稳定的断裂带；

3.岩体完整，成层稳定，且具有较厚的单一的坚硬或中等坚硬的地层，岩体结构强度不仅能抵抗静力荷载，而且能抵抗冲击荷载；地形完整，山体受地表水切割破坏少，没有滑坡、塌方等早期埋藏和近期破坏的地形。

4. 无岩溶或岩溶很不发育，山体在满足进洞生产面积的同时，具有较厚的洞体顶板厚度作为防护地层；

5.无有害气体及异常地热；

3 洞口选择的工程地质条件

洞口的工程地质条件，主要是考虑洞口处的地形及岩性、洞口底的标高、洞口的方向等问题。至于洞口数量和位置（平面位置和高程位置）的确定必须根据工程的具体要求，结合所处山体的地形、工程地质及水文地质条件等慎重考虑，因为出入口位置的确定，一般来说，基本上就决定了地下洞室轴线位置和洞室的平面形状。

3.1 洞口的地形和地质条件

洞口宜设在山体坡度较大的一面（大于30°），岩层完整，覆盖层较薄，最好设置在岩层裸露的地段，以免切口刷坡时刷方太大，破坏原来的地形地貌。一般来说洞口不宜设在悬崖峭壁之下，免使岩块掉落堵塞洞口。特别是在岩层破碎地带，容易发生山崩和土石塌方，堵塞洞口和交通要道。

3.2 洞口底标高的选择

洞口底的标高一般应高于谷底最高洪水位以上0.5～1.0m的位置（千年或百年一遇的洪水位），以免在山洪暴发时，洪水泛滥倒灌流入地下洞室；如若离谷底较近，易聚集泥石流和有害气体，各个洞口的高程不宜相差太大，要律意洞室内部工艺和施工时所要求的坡度，便于各洞口之间的道路联系。

3.3 洞口边坡的物理地质现象

在选择洞口位置时，必须将进出口地段的物理地质现象调查清楚。洞口应尽量避开易产生崩塌、剥落和滑坡等地段，或易产生泥石流和雪崩的地区。以免对工程造成不必要的损失。

4 洞室轴线选择的工程地质条件

洞室轴线的选择主要是由地层岩性、岩层产状、地质构造以及水文地质条件等方面综合分析来考虑确定。

4.1 布置洞室的岩性要求

洞室工程的布置对岩性的要求是：尽可能使地层岩性均一，层位稳定，整体性强，风化轻微，抗压与抗剪强度较大的岩层中通过。一般说来，举凡没有经受剧烈风化及构造运动影响的大多数岩层都适宜修建地下工程。

岩浆岩和变质岩大部分均属于坚硬岩石，如花岗岩、闪长岩、辉长岩、辉绿岩、安山岩、流纹岩、片麻岩、大理岩、石英岩等。在这些岩石组成的岩体内建洞，只要岩石未受风化，且较完整，一般的洞室（地面下不超过 200～300m，跨度不超过 10m）的岩石强度是不成问题的。也就是说，在这些岩石所组成的岩体内建洞，其围岩的稳定性取决于岩体的构造和风化等方面。而不在于岩性。在变质岩中有部分岩石是属于半坚硬的，如粘土质片岩、绿泥石片岩、千枚岩和泥质板岩等，在这些岩石组成的岩体内建洞容易崩塌，影响洞室的稳定性。

沉积岩的岩性比较复杂。总的来说，比上述两类岩石差。在这类岩石中较坚硬的有岩溶不太发育的石灰岩、硅质胶结的石英砂岩、砾岩等，而岩性较为软弱的有泥质页岩、粘土岩、泥砂质胶结的砂、砾岩和部分凝灰岩等，这些较软弱的岩石往往具有易风化的特性。例如：四川红层中的粘土页岩，从其中取出的新鲜岩石试件两个月后就碎裂成 0.5cm的碎块。辽宁某地采得的凝灰岩新鲜岩石试件两个月后裂成 1.0cm碎块。在这类岩体中建洞，施工时围岩容易变形和崩塌，或只有短期的稳定性。

4.2 地质构造与洞室轴线的关系

洞室轴线的位置确定，纯粹根据岩性好坏往往是不够的。通常与岩体所处的地质构造的复杂程度有着密切的关系。在修建地下工程时，岩层的产状及成层条件对洞室的稳定性有很大影响，尤其是岩层的层次多、层薄或夹有极薄层的易滑动的软弱岩层时，对修建地下工程很不利。

当岩层无裂隙或极少裂隙的倾角平缓的地层中压力分布情况是：垂直压力大，侧压力小。相反，岩层倾角陡，则垂直压力小，而倒压力增大。

5 结语

本文着重就建洞山体的基本工程地质条件、地下工程总体位置和洞口、洞轴线的选择要求，分别加以分析和讨论。希望能在以后的地下工程中起到一点参考作用。

[1]李华晔.地下洞室围岩稳定性分析[M] .北京中国水利水电出版社， 1999，1-15,68

[2]朱维申,王平.动态规划原理在洞室群施工力学中的应用[J] .岩石力学与工程学报， 1992，11 4 23-28?