图拉兹隧道外文翻译—张彦闰

1、土耳其图兹拉隧道在断裂带的开挖摘要图兹拉隧道主要在断裂带开挖，成份是页岩和石灰岩，采用传统的盾构TBM工法进行开挖。页岩中的断裂带是角砾岩和粘土，灰岩中是块状结构。为图兹拉隧道断裂带提出的岩石质量评价、岩体分类和支撑系统不够充分，不能说明隧道中遇到的变形和破坏机制。另外，堤坝曝光、断裂坍塌的溶岩系统以及地下水在隧道开挖过程中都引起了一些问题。在图拉兹隧道中与断裂带最相关的是隧道掘进机的选择。在隧道开挖之前，岩石就被认定为质量相当差，因此，在质量相当差的隧道中采用掘进机开挖是不经济的。然而，在开挖过程中，沿线70%的长度都遇到了质量极差的断裂带，断裂带造成环刀受阻，偏离了隧道走线。从这个方面来说

2、，采用TBM工法开挖是存在问题的。在断裂带隧道中遇到的岩土技术问题需要采用特殊的措施。在采取措施后，通过把隧道周围岩体不均质的情况变成均质，隧道开挖和支护成功完成。序言即将竣工的图拉兹隧道外径5m,内径4.5m，全长6500km。这个单管隧道是为污水处理而建，隧道是浅埋隧道，通常到隧道顶部是15-20m，图拉兹隧道开挖在断层带，主要是页岩和石灰岩，在页岩中开凿的隧道通常会膨胀，这可能引起一些岩体塌方或滑落。在图拉兹隧道调查中没有在页岩中发现膨胀问题，但是占隧道长度70%的断裂带出现在页岩中。特别是在地壳浅部的图兹拉隧道观察到的页岩脆性剪切带，大部分在地球表面以下5-10km，在这个深度变形是被

3、脆性机理控制的，例如压裂和断层。实际上，脆性剪切带通常是断裂带，以断层泥和其他角砾岩系列为标志，这种脆性岩石变形，例如由颗粒压碎和剪切颗粒重新定位引起的颗粒大小减少，产生了典型的细粒泥。在隧道开挖过程中，在断裂带遇到了一些岩土工程问题，比如说掌子面失稳、超挖、由挤压和膨胀断裂岩石引起的较大变形、由流动性地基引发的涌水。为了评估在图拉兹隧道断层地带遇到的问题及解决方法，在研究中，隧道沿线钻探井的数据、实验室研究和观测、以及一些措施在隧道中都应用了。隧道沿线钻孔的位置是根据轴和隧道表面结构确定的，沿线共打了33个孔，钻孔从2.28到10.44m。在实验室中，隧道沿线岩石的样品进行了单位体积重量、单

4、轴抗压强度、间接抗拉强度、点荷载强度等指标的测试。在观测资料以及隧道和实验室实验的基础上，根据RMR岩体分类系统做出了岩体质量评估。根据获得的数据，在断裂带的钻孔工作、估计和测量的岩体值、岩石分类方法的缺陷、由堤岩引起的问题、岩溶环境、地下水的影响、地震活动性、传统盾构TBM工法开挖和支护的性能都得到检查。图1研究区域局部地图EiStSirtwdtt-1iriH惟创圖itKariFm_*iirnwixHiBerdliBtaCUTand*COVER*eONVENTKW*图2图拉兹隧道地质2、隧道地质情况图拉兹隧道是在伊斯坦布尔泥盆纪序列岩体（被称作是卡尔塔尔构造）的石灰岩和页岩中开挖的。沿着隧道

5、，有多种不同的岩石，例如石灰岩和页岩交替出现、石灰岩岩溶中的岩块、块状和角砾状的岩石等。页岩短而粗的，由石英、长石和绢云母组成。石灰岩中等厚度且有相当高的强度。该研究主要是关于块状岩、糜棱岩以及粘土断层带。另外，最近沿线观察到了由新第三纪粘土组成的冲基层。在目前的研究中,在隧道路线的新第三纪和第四纪沉积岩的具体特征没有做调查。E和F轴之间，图拉兹隧道是在页岩和石灰岩中交替开挖的。轴和G轴之间得到部分，一些是在页岩中，一些是在石灰岩中。在F和G轴之间的隧道，其开挖面顶部主要是粘土，这些岩土也包含一些来自岩床岩石碎片。在G到H之间的隧道，由于泥土和岩溶环境石灰岩的坍塌，这两种岩石相互混合并且出现了

6、异构隧道情形。丨和X1到X2轴之间的隧道主要修建在页岩中，页岩中有少许石灰岩。由于断裂，页岩部分是糜棱岩和粘土，而石灰岩部分是块状的。泥盆纪岩石单位在隧道路线一直受海西期和阿尔卑斯造山运动影响，所以在岩溶地带的页岩就形成了粘土和糜棱状断层，而在石灰岩中主要是褶曲和块状断层。因为页岩不能抵抗变形，所以在页岩和石灰岩交错地带坍塌是很容易发生的，而在石灰岩中却是同轴心的褶皱运动。在隧道开挖过程中，确定了两个不同的断层走向。第一组断层在西北方向，第二组在东西方向。这些断层是正常断层，通常南边部分上升而北边下降。断层中的压碎带在0.2到0.3米之间。由于隧道走向是在南北方向，所以西北方向的断层比东西方向

7、的影响更大。出现在隧道中的层理通常是南偏东45度并且向下倾斜30到40度。层理表面光滑或者有一点的粗糙，外面还有一层粘土。石灰岩是中等一直到厚层（15300cm）,而一般是中等厚度（30cm）。页岩从薄到厚差别很大（0.1一40cm），而通常是薄层（35cm）。对于中等厚度的石灰岩，原位钻探试验得到的岩石质量指标值是50%70%，而叠层页岩是040%，在页岩曲的岩心率是040%，在石灰岩中是40%100%。基于这些指标，页岩的岩心率和岩石质量指标都低于石灰岩，这是由于页岩是在强烈的构造运动中产生的，层薄并且重叠。图兹拉的隧道位于约5公里的北的北安纳托利亚断层带,这是在土耳其大多数活跃的断层带（

8、图3）。北安纳托利亚断层带,从土耳其西部延伸至东部，是世界上最重要的构造之一。右行走滑的北安纳托利亚断层形成。朝鲜安纳托利亚断层带的边界通常是Pontide区,lntra-Pontide区和Sakarya大陆（年代1979）。由于图拉兹隧道沿线到了活性断层的南部，但隧道遇到的断层可能是已经失去活性的老的断层。fsj.iessISTANBOLU:ukMvue7.4Wws7.2NOFfTHANWOLtAMFAULTZONEBLACKSEA图3北安纳托利亚断层带对隧道轴线的位置原位实验在试验中，常规压水试验和压力测试实验是在钻孔中完成的。从常规压水试验得到的数据表明石灰岩（1.841/m/s）,）、

9、页岩（2.741/m/s闲断层带（1.501/m/sO）的渗透性很小（表格1）。在图拉兹隧道中，页岩和石灰岩的隧道中没有检测到地下水，根据常规水压实验数据被划分为渗透性小的岩石。然而在隧道开挖过程中，在每一个块状和糜棱状断层中都能检测到地下水流和水滴，同时也检测到了断层泥中的裂隙。在G到H段隧道，根据记载该处的岩溶石灰岩暴露在高达30l/s的水流中。由于这股水流，离隧道轴线500米处的泉水消失了。原位压力计实验是为测量弹性模量和极限压应力。石灰岩、页岩、断层的平均弹性模量分别是3679,800以及70千克/平方厘米。实验室试验实验室试验用取自块状样本和钻探岩心的样品来做试验，从而来确定完整岩石

10、的岩土性质参数NQ大小的样本实验是根据国际岩石力学学会推荐的方法做的（表格2）。通过这个试验页岩和石灰岩的各种指标都被测到了，这些不同点是由于页岩中粘土矿物的存在以及他们易碎的特点。考虑到页岩和石灰岩的剪切变形的联系，石灰岩是弹塑性的而页岩是脆性的。图4也说明断裂在页岩中非常剧烈而在石灰岩中是有限的。地质强度指数分类在土尔兹隧道开挖中观测到的岩体是用地质强度指数系统进行分类的。隧道中的基岩是块状的，当没有受到断层影响时是非常大的块体。在受到断层影响的基岩中，岩石是块状的、糜棱状、粘土状的。大约40%的断层岩石是块状的，30%是糜棱状的，30%是粘土状的。这种断裂岩石的平均地质强度指数分别是35

11、、25、15，上下波动在5范围内。块状断层是由许多相互交叉的不连续集形成的。粘土和角砾状填补在这种断层地带是不常见的。在图拉兹隧道开挖中，这种岩层没隔3-5m就会被探测到。这种断层是在石灰岩中探测到的，并且由于重力原因的块状下滑也是经常见到的。角砾断层岩石是一个弱互锁,严重破碎岩体的角状和圆形的岩石碎片混合。这种地区的填充物是由有光滑面的角状断层角砾岩组成的。这种类型的断层通常是在页岩和石灰岩交错出现的地方出现。粘土质（叶片状的层状的剪切状的）断层区域是薄层压、构造剪切,表面光滑和高度风化的。粘土质断层通常是由页岩组成。在石灰岩中，由于断裂的压碎是非常有限的，这是因为断层物理和机械的特征。在粘土填充的断层地带，浅应力条件控制剪切和不连续破坏，重力控制岩体破坏。另外，使用地质强度指标系统，断层岩石的变形模量和剪切模量小于100mpa已经通过阴谷布朗方程估算到。根据这个方程，块状断裂岩层、糜棱状断裂岩层、粘土状断裂岩层的兆帕值分别是34