摘要：為分析評價(jià)地質(zhì)環(huán)境對隧道工程建設(shè)的影響，通過對隧址區(qū)域的地形地貌、區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、水文地質(zhì)及地應(yīng)力等地質(zhì)因素調(diào)查分析，運(yùn)用層次分析法對隧道場址優(yōu)劣等級進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評判。結(jié)果表明：1)受隧址區(qū)地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、水文地質(zhì)、地應(yīng)力等地質(zhì)因素影響和控制，隧道圍巖整體表現(xiàn)為破碎、富水軟弱圍巖，施工過程中極易誘發(fā)突泥涌水、坍塌、軟巖大變形等不良地質(zhì)現(xiàn)象;2)新平隧道場址優(yōu)劣等級綜合評價(jià)值為1.31，場址優(yōu)劣等級為極差，建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)極高;3)結(jié)合隧道施工實(shí)際揭露的圍巖級別和發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害情況，驗(yàn)證了隧址優(yōu)劣等級評價(jià)方法及結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

　　關(guān)鍵詞：鐵路隧道;區(qū)域地質(zhì)分析;層次分析法;突泥涌水;優(yōu)劣等級評價(jià)

　　1引言

　　隨著綜合國力的不斷提升，隧道工程建設(shè)，正逐步向洞身長、埋深大、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活躍等方向發(fā)展，其建設(shè)難度及面臨的挑戰(zhàn)愈發(fā)艱巨[1,2]。受復(fù)雜地質(zhì)條件影響，突泥涌水、溜坍、軟巖變形、巖爆等工程地質(zhì)災(zāi)害時(shí)常威脅著隧道的施工安全。為確保隧道的安全、快速施工，應(yīng)對隧址區(qū)域地質(zhì)進(jìn)行綜合分析，掌握隧道建設(shè)的安全風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，對其工程建設(shè)的隧址優(yōu)劣程度進(jìn)行科學(xué)、合理的評級。在隧道區(qū)域地質(zhì)分析方面，相關(guān)學(xué)者[3,4]，利用隧址的地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造及水文地質(zhì)條件，對隧道區(qū)段內(nèi)可能出現(xiàn)的地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行了初步評估，并提出了相應(yīng)的防控措施;趙天熙[5]，基于區(qū)域地震地質(zhì)特征、區(qū)域斷層活動(dòng)性、新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場特征，對關(guān)角隧道區(qū)域地質(zhì)進(jìn)行分析，認(rèn)為施工過程中，應(yīng)加強(qiáng)突涌水、巖爆等工程地質(zhì)災(zāi)害的防控。何宇[6]，通過對隧道節(jié)理密集帶、向(背)斜、巖溶及斷層破碎帶等地質(zhì)構(gòu)造等因素的分析，系統(tǒng)地闡述了各類構(gòu)造對隧道施工地質(zhì)災(zāi)害的影響。在隧道區(qū)域工程評價(jià)方面，李孝攀[7]，運(yùn)用層次分析法，對川藏鐵路康定至昌都段地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域危險(xiǎn)性進(jìn)行評價(jià)分級，有效規(guī)避了大規(guī)模地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn);李寶平[8]，基于層次分析法，對茶鎮(zhèn)隧道地表沉降、拱頂下沉、水平收斂等影響因素的權(quán)重進(jìn)行劃分，提出隧道二次襯砌的最佳支護(hù)時(shí)機(jī)為開挖后第35天。

　　賀華剛[9]，利用層次分析法構(gòu)建了隧道突涌水危險(xiǎn)性評價(jià)模型，其預(yù)測結(jié)果與現(xiàn)場實(shí)測的判別結(jié)果具有較好的一致性，為隧道突涌水危險(xiǎn)性評估提供了一種有效途徑。前人對隧道類似評價(jià)模型的研究相對較多，但對區(qū)域工程隧址優(yōu)劣程度的評價(jià)研究尚未涉及，而評價(jià)體系的構(gòu)建，因評價(jià)的目標(biāo)層差異，評價(jià)因素的選取，仍存在較大區(qū)別，因此，對隧道區(qū)域的地質(zhì)條件進(jìn)行分析，選取適合的評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行工程隧址優(yōu)劣程度評價(jià)，以便能更好的指導(dǎo)現(xiàn)場災(zāi)害防治工作。本文以區(qū)域隧道工程隧址的優(yōu)劣評價(jià)為目標(biāo)，通過對隧址區(qū)域地質(zhì)的分析，選取適合的評價(jià)指標(biāo)，運(yùn)用層次分析理論，構(gòu)建隧道工程隧址優(yōu)劣評價(jià)體系，以期對同類隧道的風(fēng)險(xiǎn)評估工作提供參考。

　　2工程概況

　　新平隧道[10]位于哀牢山中山區(qū)北東側(cè)云南省玉溪市新平縣揚(yáng)武鎮(zhèn)境內(nèi)，為Ⅰ級高風(fēng)險(xiǎn)隧道。隧道進(jìn)口里程為D1K46+285，出口里程為D1K61+120，全長14835m，單洞雙線隧道，輔助坑道設(shè)置為6個(gè)橫洞和1個(gè)斜井，最大埋深578m，設(shè)計(jì)速度160km/h，為玉磨鐵路全線控制性工程之一。

　　隧道洞身巖性主要為三疊系上統(tǒng)炭質(zhì)頁巖、砂巖，前震旦系昆陽群白云巖、灰?guī)r、板巖、板巖夾砂巖。活躍的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、活躍的地下水環(huán)境、突泥涌水、坍塌、軟巖大變形等，為主要面臨的工程地質(zhì)問題。 工程地質(zhì)特征分析根據(jù)隧道沿線地形地貌、區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、地震活動(dòng)、水文地質(zhì)、地應(yīng)力等地質(zhì)特征，對隧址區(qū)域地質(zhì)條件進(jìn)行評價(jià)分析。

　　2.1地形地貌

　　玉磨鐵路沿線，區(qū)域地貌可分為玉溪～新平高原湖盆區(qū)、哀牢山中山區(qū)、普洱-勐臘紅層中山峽谷區(qū)、瀾滄-勐海中山-盆地區(qū)，四個(gè)區(qū)域。新平隧道地貌區(qū)屬玉溪～新平高原湖盆區(qū)，詳見圖2。該區(qū)地勢由北向南傾斜，分水嶺地帶起伏較小，多為低中山地形，高原保留尚好。區(qū)內(nèi)呈盆、嶺相間的地形格局，山嶺、盆地間常有較大的地形差，起伏劇烈;斷崖聳立、對照性地形顯著。地表覆蓋層及風(fēng)化層較厚，山嶺、盆地四周及溝谷地帶，地下水運(yùn)動(dòng)活躍，易于重力坡度富集運(yùn)移。

　　2.2構(gòu)造活動(dòng)

　　(1)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造云南省區(qū)域內(nèi)，大致可分為揚(yáng)子亞板塊(A)、印支亞板塊(B)、滇緬泰亞板塊(C)、華南亞板塊(D)等4個(gè)一級板塊;滇東拗陷帶(a1)、康滇古隆起(a2)、滇中拗陷(a3)、鹽源-麗江陸緣拗褶帶(a4)，蘭坪-思茅拗陷(b1)、中甸褶皺帶(b2)、哀牢山褶皺帶(b3)，保山褶皺帶(c1)、騰沖褶皺帶(c2),滇東南褶皺帶(d1)等幾類二級構(gòu)造。玉磨鐵路沿線地處印度板塊與歐亞板塊碰撞縫合帶附近之揚(yáng)子亞板塊、印支亞板塊、滇緬泰亞板塊;三大亞板塊以金沙江-紅河斷裂帶和瀾滄江深大斷裂為分界。新平隧道隧址位于揚(yáng)子亞板塊(A)-康滇古隆起區(qū)(a2)，且位于云南“山”字型構(gòu)造前弧石屏弧內(nèi)，斷裂和褶皺發(fā)育，并伴生有放射狀橫張斷裂及斜交的壓扭性斷裂帶。

　　(2)主要褶皺及斷裂新平隧道隧址區(qū)總體位于石屏-建水?dāng)嗔雅c紅河斷裂之間，靠近石屏-建水?dāng)嗔训奈鞅倍危�該斷裂形成于元古代末期晉寧運(yùn)動(dòng)，由于長期演化和多期活動(dòng)，形成400～500m寬的擠壓破碎帶，區(qū)內(nèi)小型次生構(gòu)造和小規(guī)模次生斷裂極其發(fā)育。

　　2.2.1隧道主要褶皺及斷裂：

　　1)魯奎山向斜：向斜軸向N14°W，隧道與魯奎山向斜相交，夾角約43°。發(fā)育于前震旦系昆陽群大龍口組(Pt1d)白云巖、灰?guī)r夾板巖地層中，為區(qū)域性褶曲。向斜軸部地層破碎嚴(yán)重，富含地下水。2)新寨背斜：隧道與背斜夾角約36°。向斜走向N17°W，前震旦系昆陽群大龍口組(Pt1d)白云巖、灰?guī)r夾板巖地層中，屬魯奎山向斜伴生褶曲。

　　3)新寨逆斷層：隧道與斷層夾角約20°。斷層走向近SN向，傾角75°，斷層破碎帶寬約10m。4)大開門-新寨逆斷層：隧道與斷層夾角約29°。斷層走向N3°～23°W，傾角70°，斷層破碎帶寬約30m。5)寫莫逆斷層：隧道與斷層夾角約20°。斷層走向N10°～30°E，傾角40°～75°，斷層破碎帶寬約20m。6)揚(yáng)武-趙米克逆斷層：隧道與斷層夾角約50°。斷層走向約N80°E，傾角70°，斷層破碎帶寬約13m。

　　7)阿不都逆斷層：隧道與斷層近似垂直相交，斷層走向N50°～83°W，傾角60°，斷層破碎帶寬約10m。魯奎山向斜和新寨背斜為復(fù)式褶皺構(gòu)造，隧道穿越其核部，由于褶皺核部是巖層受構(gòu)造應(yīng)力最為強(qiáng)烈、最為集中的部位，巖層破碎且富含地下水，隧道與褶皺構(gòu)造小角度相交，相交部位附近洞身圍巖穩(wěn)定性差，極易產(chǎn)生突泥涌水、坍塌等不良地質(zhì)現(xiàn)象。

　　5條次生逆斷層小斷裂大部分與隧道軸線小角度相交，受構(gòu)造應(yīng)力作用，相交處出現(xiàn)強(qiáng)烈的擠壓破碎現(xiàn)象，巖層產(chǎn)狀紊亂，層面扭曲程度嚴(yán)重，圍巖極其破碎，其形成的斷層破碎帶作為導(dǎo)水通道傳輸?shù)叵滤�，易出現(xiàn)涌突等不良地質(zhì)現(xiàn)象。此外，區(qū)內(nèi)次生斷裂揚(yáng)武-青龍廠斷裂走向與新平隧道近似平行，直線間距約200m，揚(yáng)武～青龍廠斷裂為一條早～中更新世活動(dòng)斷裂，斷層下盤巖層為前震旦系昆陽群黑山頭組(Pt1hs)板巖夾砂巖;上盤巖層為T3g炭質(zhì)頁巖、粉砂質(zhì)頁巖，寬度約260m。斷層走向N48°E，傾向NW，傾角75°～80°，局部變緩或變陡，為逆斷層。新平隧道位于揚(yáng)武-青龍廠斷裂及影響帶中，圍巖條件差、完整性差，地下水發(fā)育，給隧道建設(shè)將帶來較大的地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)。

　　(3)地震活動(dòng)

　　因受印度板塊向北偏東的強(qiáng)烈推擠和川滇菱形塊體向南南東滑移的強(qiáng)力楔入疊加作用，導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)動(dòng)力地質(zhì)作用特別是新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈且頻繁。新平隧道隧址區(qū)域?qū)儆邗r水河—滇東地震帶，該帶有史以來共記錄到8.0～8.9級地震1次，即1833年9月6日嵩明8級地震，M≥8級地震1次，即1833年云南嵩明8級地震、M7.0～7.9級地震31次、M6.0～6.9級地震116次、M5.0～5.9級地震421次。

　　同時(shí)，場區(qū)內(nèi)有史以來共發(fā)生7級以上大地震7次，其余多為4～6級地震，這些地震的發(fā)震構(gòu)造均是規(guī)模較大的全新世走滑活動(dòng)斷裂，6級以上地震基本發(fā)生在全新世、晚更新世活動(dòng)斷裂附近或第四紀(jì)盆地附近。另外隧道場區(qū)附近發(fā)育揚(yáng)武-青龍廠活動(dòng)斷裂，該區(qū)域地震動(dòng)峰值加速度a為0.20～0.25g;地震烈度主要位于Ⅶ～Ⅷ烈度帶。根據(jù)區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性分級，綜合判斷隧道區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性分級屬于區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性較差，具有地震活動(dòng)劇烈、地震頻繁且震級大、地震烈度高、新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活躍的特點(diǎn)。

　　2.3地層巖性

　　隧址區(qū)出露的主要地層為：上覆第四系全新統(tǒng)坡崩積層(Q4dl+col)碎石土，坡殘積層(Q4dl+el)粉質(zhì)黏土。三疊系上統(tǒng)干海子組(T3g)頁巖、炭質(zhì)頁巖、砂巖夾煤層。此層上接地表覆土，風(fēng)化較為嚴(yán)重，向下與黑頭山組(Pt1hs)板巖夾砂巖，呈斷層接觸。前震旦系昆陽群綠汁江組(Pt1lz)白云巖夾灰?guī)r，鵝頭廠群(Pt1e)板巖夾灰?guī)r、白云巖，大龍口組(Pt1d)灰?guī)r、白云巖夾板巖，富良棚組(Pt1f)凝灰?guī)r、板巖夾砂巖，黑山頭組第六段(Pt1hsf)板巖夾砂巖、黑山頭組(Pt1hs)板巖夾砂巖。由地質(zhì)年代分析可知，新平隧道缺失晚元古代(Pt2)、古生代(寒武系、奧陶系、志留系、泥盆系、石炭系、二疊系)以及中生代(三疊系下統(tǒng)及中統(tǒng))地層，同時(shí)前震旦系與三疊系上統(tǒng)地層產(chǎn)狀不同，屬于角度不整合接觸關(guān)系。

　　地層的缺失表明該區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)極其活躍、地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育。下伏元古代前震旦系地層，巖層古老，歷經(jīng)多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，巖性變化頻繁，空間交錯(cuò)分布，巖體破碎，疏松軟弱。其中，昆陽群地層以泥質(zhì)板巖、變質(zhì)砂巖為主，差異性風(fēng)化顯著;板巖以泥質(zhì)膠結(jié)為主，透水性差，巖質(zhì)軟弱，強(qiáng)度低，變質(zhì)砂巖透水性好;兩種巖性空間交錯(cuò)展布，由巖性變化引起的富水體和隔水體交錯(cuò)分布，且無明顯的分布規(guī)律，加之構(gòu)造擠壓作用，結(jié)構(gòu)面發(fā)育，多以風(fēng)化裂隙為主。結(jié)構(gòu)面巖層傾角多為35°～55°，且與隧道軸向多呈小角度(<30°)相交，巖體破碎呈飽和碎礫狀或者碎礫土狀，隧道圍巖整體屬于軟巖，自穩(wěn)性差。

　　2.4水文地質(zhì)

　　新平隧道沿線，屬紅河水系，地表水主要為山間溝水，山間溝水為常年性流水，山間沖溝平時(shí)干涸，雨后漲水;主要來自大氣降水補(bǔ)給，部分為基巖裂隙水補(bǔ)給。地表水受降雨控制明顯，雨季流量大，枯水季節(jié)水量小或者干涸，受氣候及季節(jié)性降雨影響顯著。地下水主要為孔隙潛水、基巖裂隙水、斷裂構(gòu)造裂隙水。

　　線路與云南山字形構(gòu)造前弧及其伴生斷裂、褶皺小角度相交，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，結(jié)構(gòu)面延伸性和貫通性較好，隧道與揚(yáng)武-青龍廠斷裂伴行，為地下水遠(yuǎn)距離運(yùn)移提供了通道。魯奎山向斜為一富水向斜，地下水自南東魯奎山一帶向向斜核部匯聚，向北東徑流，受北東-南西向揚(yáng)武-青龍廠斷裂阻隔后以泉水出露地表。泉點(diǎn)位于隧道洞身標(biāo)高之上，隧道施工存在襲奪地表泉點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)，造成涌水災(zāi)害。

　　3評價(jià)體系及判定準(zhǔn)則

　　3.1評價(jià)的指標(biāo)體系

　　基于對隧道區(qū)域的地質(zhì)分析，選取圍巖基本質(zhì)量、結(jié)構(gòu)面特征、區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)、地下水狀態(tài)、地應(yīng)力等指標(biāo)作為準(zhǔn)則層，圍巖強(qiáng)度、圍巖完整性、結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀、斷裂構(gòu)造、地震震級(烈度)、地下水出露狀態(tài)、地應(yīng)力級別作為指標(biāo)層，構(gòu)建隧道區(qū)域工程隧址優(yōu)劣評價(jià)體系。

　　3.2評價(jià)指標(biāo)判定標(biāo)準(zhǔn)

　　依據(jù)相關(guān)規(guī)范[11-13]，針對指標(biāo)層，建立相應(yīng)的評判標(biāo)準(zhǔn)。a.圍巖基本質(zhì)量特征評判標(biāo)準(zhǔn)b.結(jié)構(gòu)面特征評判標(biāo)準(zhǔn)c.區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)評判標(biāo)準(zhǔn)隧道選線過程中，應(yīng)盡量避開大型構(gòu)造及構(gòu)造發(fā)育帶，無法避開時(shí)，應(yīng)盡可能使其與隧道軸向大角度相交，從而，降低對隧道施工的影響范圍。

　　4隧址優(yōu)劣等級評價(jià)

　　4.1評價(jià)指標(biāo)敏感性分析

　　通過對有關(guān)隧道[14-16]數(shù)據(jù)的搜集，基于層次分析法(AHP)的基本準(zhǔn)則，對所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱處理后，將各參數(shù)的所有數(shù)據(jù)除以其中的最大值，使所有數(shù)據(jù)的值都在0～1之間。由于每項(xiàng)指標(biāo)因素對評價(jià)模型的影響程度不同，會(huì)出現(xiàn)一定的偏差，該項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)越重要，則對評價(jià)模型的影響程度越高，對應(yīng)的曲線應(yīng)該更接近直線。該項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)越不重要，則對評價(jià)模型的影響程度越低，對應(yīng)的曲線會(huì)越偏離曲線。

　　即，各指標(biāo)因素的偏離程度越高，其敏感度越低，該評價(jià)指標(biāo)的影響因子也就越小。各評價(jià)指標(biāo)偏離度順序?yàn)椋旱卣鸹顒?dòng)>圍巖強(qiáng)度=地下水狀態(tài)>地應(yīng)力>圍巖完整性>結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀>構(gòu)造活動(dòng)，而敏感度與偏離度呈負(fù)相關(guān)，則各指標(biāo)敏感性順序?yàn)椋簶?gòu)造活動(dòng)>結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀>圍巖完整性>地應(yīng)力>地下水狀態(tài)=圍巖強(qiáng)度>地震活動(dòng)。

　　5結(jié)論與建議

　　(1)隧址區(qū)域地質(zhì)條件決定隧道修建的圍巖條件和應(yīng)力環(huán)境。隧道區(qū)域地質(zhì)分析方法應(yīng)遵循從宏觀到微觀、先抽象后具體、從面到點(diǎn)、從大到小的原則。通過隧道區(qū)域地質(zhì)分析預(yù)測隧道修建過程中可能存在的地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)，并制定相應(yīng)的防控措施達(dá)到降低或避免風(fēng)險(xiǎn)目的。

　　(2)受隧址區(qū)地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、水文地質(zhì)、地應(yīng)力等地質(zhì)因素影響和控制，隧道圍巖整體表現(xiàn)為完整性差、破碎、富水軟弱圍巖，施工過程中極易發(fā)生突泥涌水、坍塌、軟巖大變形等不良地質(zhì)現(xiàn)象。(3)基于構(gòu)造活動(dòng)、產(chǎn)狀、圍巖完整性、地應(yīng)力、地下水狀態(tài)、圍巖強(qiáng)度、地震活動(dòng)等評價(jià)指標(biāo)，采用層次分析法對隧址優(yōu)劣等級進(jìn)行評價(jià)，可將隧址優(yōu)劣等級分為優(yōu)秀、良好、較差、差、極差五個(gè)級別，結(jié)果表明新平隧道隧址優(yōu)劣等級為極差，施工風(fēng)險(xiǎn)極高。

　　(4)結(jié)合隧道施工實(shí)際揭露的圍巖級別統(tǒng)計(jì)和發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害情況，進(jìn)一步驗(yàn)證了隧道區(qū)域地質(zhì)分析成果以及隧址優(yōu)劣等級評價(jià)方法和結(jié)論的準(zhǔn)確性和可靠性。(5)建議將隧址優(yōu)劣評價(jià)方法與成果應(yīng)用于隧道選線方案比選或風(fēng)險(xiǎn)評估，可作為比選方案優(yōu)劣或隧道風(fēng)險(xiǎn)等級評判的依據(jù)。

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　　作者：王華1,3，孫意2，李永志1，潘岳1,3，彭桂彬1