某地下工程的现场施工勘察

摘要：本文主要结合工程实践，将地下工程勘察的工作方法、步骤和体会进行了详细介绍。

关键词：地下施工;工程勘察;围岩

地下工程已经成为城市发展的一个主要方向，深基坑工程日益增多，且深度不断加深，现在地铁工程、地下通道以及地下商业中心等不断发展，对地下工程各方面的技术要求也不断提高。

1围岩分级的方法

国内外现有规范或标准所列的岩体分级方法或是定性、或是定量、或是定性与定量综合考虑，实际工作中多采取定性与定量相结合的方法。分级一般是根据开挖后直接暴露的围岩情况，对影响岩体质量的诸因素进行描述、量测、鉴别、判断，结合工程规模和实践经验综合评价确定。客观地讲，定性分级经验的成分较大，有人为因素和不确定性；定量分级是依据对岩石性质进行测试的数据如波速、饱和单轴抗压强度、点荷载强度指数等，经计算获得岩体基本质量指标，再依据所执行的规范确定，该方法无论从理论上还是形式上都更科学、更合理，但取样的数量是有限的，取样的质量也有差异，存在着以点代面、以偏概全的缺点，另外在实际工作中取样试验不现实，也缺乏时效性；第三种方法是二者的有机结合，利用直观的定性描述，辅以对节理、断层、岩脉的适当量测并结合以前钻探取得的岩石物理力学指标或工程类比的定量指标综合确定，以提高围岩分级的准确性与可靠性。

2．围岩分级的因素

影响围岩分级的因素是多方面的，如岩石的坚硬程度、风化程度、岩体的完整性、围岩初始应力状态、构造发育情况、地下水状况、以及工程荷载、结构面的方向及其组合关系等，其中岩石坚硬程度体现了岩石作为材料时的属性，岩石风化程度、岩体的完整性及岩体构造发育情况则体现了地质体的基本属性，这两种属性是各种类型岩石工程的共性，对各种类型工程岩体的稳定性都是重要的，是控制性的，它们是作为衡量各种类型工程岩体稳定性的基本尺度，是岩体分级的基本因素，也是我们现场工作的重点。

2.1岩石的坚硬程度

岩石的坚硬程度反映的是岩石抵抗轴向压力破坏的能力，与组成岩石的矿物成分、岩体结构及成因有直接关系，目前国内通过岩石室内饱和单轴抗压强度把岩石划分为5级（见表1）。不同的坚硬程度对应一些代表性岩石，因此，岩石定名是非常重要的。

表1岩石坚硬程度划分

2.2岩石风化程度

岩石风化程度是指岩石遭受风化作用破坏的程度，它直接影响岩体的坚硬性和完整性，直接影响围岩分级、洞室开挖的可行性及支护方案的确定。因此，风化程度的划分在地下工程施工勘察围岩分级中是非常必要的内容。

2.3岩体的完整性

岩体的完整程度是决定岩体基本质量的一个主要因素之一，它对围岩的稳定性起着控制作用。它受多种因素制约，受断层发育情况、节理分布、风化程度等因素影响。岩石围岩级别、岩体完整性及岩体结构的关系见表2。

表2岩体完整性划分

2.4构造发育情况

岩体构造发育情况直接影响岩体的坚硬程度、风化程度和完整性，是决定岩体基本质量的主要因素之一。较为常见的构造有断层及其破碎带、节理、岩脉。

2.4.1断层及破碎带

岩体沿结构面产生位移或岩体出现大于50cm以上的破碎带，其完整性、硬度与周围岩体相比有明显差异，对围岩稳定性影响较大。现场应详细记录断层位置、产状、性质、宽度、影响宽度、结构面性质、与围岩接触关系及与洞室围岩的组合关系。

2.4.2节理与裂隙

结构面是岩体经过各种不同构造运动的改造和风化次生作用的演化而形成的。岩结构面的数量和性质对岩体完整性和稳定性影响是非常显著的。实践表明：贯穿性软弱结构面和节理裂隙是造成块体塌方的主要原因之一。

节理密集程度目前国内尚不统一，水电部推荐的标准较符合地下工程围岩分级的实际。

节理的连续性：非贯通、半贯通和贯通。

节理的张开度：紧闭、微张、张开。

裂隙内充填物：因成因和环境不同充填物有很大差异，一般情况下常见的充填物质有粘土质、砂质、钙质、含水蚀变矿物（滑石、伊理石等）、角砾质和石膏质，其相对强度次序为，钙质≥角砾质＞砂质≥石膏质＞含水蚀变矿物≥粘土。

产状：节理的产状是地质的基本要素，其走向与拟建洞库轴线夹角、倾向、倾角对围岩稳定和施工开挖的安全有直接关系。因此，外业对结构面产状应详细准确量测，《工程岩体分级标准》（GB50218-94）根据结构面产状与洞轴线的组合关系提出用修正系数进行定量评价，它仅考虑了走向与倾角的影响，而忽略了倾向的不利因素。RMR法则对产状三要素全面考虑，定性评价，工作中更便于操作。

2.4.3岩脉

在岩浆岩形成过程中，岩浆呈脉状或岩墙状充填于岩体或其围岩的裂隙中，由于其产状多呈脉状，故统称之为岩脉，在成分上和空间分布上常和一定的深成岩体有关。岩脉位置往往是围岩的薄弱点，岩脉侵入时的高温、高压对附近地层造成破坏，因此对岩脉进行描述时应注意：超基性岩脉容易风化产生塌方；酸性岩脉抗风化能力较强，岩石较完整，具有一定的阻水作用，而且在其破碎的接触带上可能是富水区，施工中通过岩脉地带且进入富水的破碎接触带时，有可能会遇到涌水的问题。

2.5地下水

地下水是影响岩体稳定的重要因素之一。由于地表水长期入渗，在岩体节理、裂隙及破碎带中赋存有水量不等的地下水，在洞室开挖后，节理、裂隙、破碎带与洞室连通，地下水沿通道排泄，形成大小不等的出水点。按其出水状态分为:滴水、淋雨状出水、渗水、涌水和喷射状出水。

《工程岩体分级标准》（GB50218-94）规定，有地下水出露，围岩级别应进行修正；《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086-2001）规定，在Ⅲ、Ⅳ级围岩中有地下水时应适当降低围岩级别。工作中发现有些同志不考虑岩体的坚硬程度和完整性，也未考虑出水状态，只要有水就降低级别，实际上有些地下水对围岩稳定有影响，有的影响不大。

2.6地应力

地应力是在天然状态下，存在于岩体内部的应力，是客观存在的物理量，是岩石工程的基本外荷载之一。洞室开挖后，由于应力释放会造成岩爆、掉块、剥落等现象，所经历过的工程中大多数埋深在100m左右，应力一般，未发现有明显的地应力引起的破坏现象，在此不便妄加评论。

3.现场施工勘察

现场施工勘察应绘制写实草图，经过内业整理编制洞室展开图，纵向为边墙和跨度、横向采用里程或坐标，分段划分围岩级别，编写文字报告，单个洞室也可采用图表形式，按围岩级别、洞室几何边界条件、对围岩稳定作出评价，并结合洞室使用功能提出施工建议。

3.1必要性

地下工程现场施工勘察既是对原地质勘察报告的自检，也是对地质资料的补充和完善。表3为某地下工程工程地质测绘报告主轴线剖面图围岩分级与该轴线施工勘察围岩分级展示图对围岩分级情况统计对比表。

表3某工程围岩分级对比情况表

从科学角度出发，前后两次出现差异是正常的。如果不进行现场施工勘察，重新核实确定围岩级别，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级围岩按Ⅳ、Ⅴ级围岩支护将会造成浪费，反之可能会造成工程重大事故。因此，地下工程现场施工勘察是一项不可替代的工作，是非常必要的。

3.2针对性

现场施工勘察除了对围岩进行划分的基本任务外，还应对易塌方地段提出调整洞室布局和支护方案及参数，对围岩风化严重、断层节理发育段等存在安全隐患部位，提出施工注意的问题和应采取相应措施的建议。

某地下工程现场施工勘察发现围岩为碎块结构、节理裂隙发育、淋雨状出水，为强风化安山岩，地质人员结合洞室跨度、使用功能建议洞室位置应进行调整，实践证明建议是正确的。

某地下工程详勘地质资料中某段围岩初判为Ⅱ～Ⅲ级，在洞室开挖后现场分级发现该段围岩为全风化花岗岩，散体状结构，围岩级别为Ⅴ级，建议施工单位采用台阶分部人工开挖，禁止使用爆破开挖，限制开挖跨度、长度，明确支护方案。

3.3时效性

某地下工程详勘时判定有一条F2断层破碎带通过拟建洞库轴线，洞库开挖后进行了施工勘察，实际情况与详勘预测的情况基本一致：断层与洞室主轴线基本一致，宽度2.0m，结构面锈蚀严重，夹泥，与围岩结合差，围岩级别为Ⅳ级。地质人员建议该段围岩稳定性差，长期暴露会产生掉块甚至塌方，应及时采取支护。

施工单位看到断层周围为块状结构弱风化花岗岩体，稳定性较好，凭经验、赶进度，在没有采取任何支护措施的情况下又盲目向前掘进，同时进行支洞施工爆破，在开挖后第43天发生塌方，最后塌方长度20m、塌方最大高度达30m、塌方体积数千立方米。塌方发生后，业主请地方某单位专门对塌方区进行物探工作，物探结果与地质勘察报告中的F2断层产状一致。

促使该段塌方的主要原因有：断层走向与洞室主轴线基本一致，结构面与围岩结合差，稳定性差；洞室开挖后没有及时支护，暴露时间过长，拱顶产生松动变形；塌方前连续降雨，雨水沿裂隙入渗，结构面粘结力下降；支洞施工爆破，对该段围岩重复扰动是直接诱因。

通过工程实例及总结前人经验，易塌方地段主要有：跨度大于5m洞室，围岩为风化严重的全风化~强风化岩体；大跨度洞室出现在拱部的软弱岩体。高边墙情况下出现在边墙的软弱岩体；断层和岩脉破碎带在隧道中出现的规模（宽度）大于洞室跨度的1/3时易产生塌方。两条破碎带交汇处易塌方，三组以上节理相互切割岩体，易掉块；相距很近的两条平行破碎带向着彼此靠近方向倾，其间岩体破碎易塌方。大倾角破碎带易产生较高的塌方；破碎带和裂隙交汇带易塌方；富水性高的破碎带比富水性低的破碎带易塌方。缓倾角破碎带出现在拱部，沿结构面易产生掉块或塌方；洞室群口部，完整性、稳定性均较差的岩体，经过多次爆破、重复扰动易塌方。

4.结语

工程实践和理论研究都清楚地说明，地下工程施工勘察是保证工程设计、施工，做到科学、合理、经济和安全的基础工作，施工勘察既是对原来勘察报告资料进行修正、补充和完善，又有很强的针对性和时效性。地下工程施工勘察是必不可少的，也是任何工作都替代不了的。

参考文献

[1]《工程岩体分级标准》GB50218-94.

[2]《锚杆喷射混凝土支护技术规范》GB50086-2001.