工程地质勘察课件7路桥勘察讲义T49

水文地质与工程地质勘察

第二部分

工程地质勘察曾斌中国地质大学（武汉）环境学院第十讲建筑场地勘察提纲

一、道路岩土工程勘察二、桥梁岩土工程勘察三、高铁工程地质勘察实例（一）概述

公路与铁路在结构上虽各有其特点，但两者却有许多相似之处：

(1)它们都是线型工程，往往要穿过许多地质条件复杂的地区和不同地貌单元，使道路的结构复杂化；

(2)在山区线路中，崩塌、滑坡、泥石流等不良地质现象都是道路的主要威胁，而地形条件又是制约线路的纵向坡度和曲率半径的重要因素；一、道路岩土工程勘察一、道路岩土工程勘察(3)两种线路的结构都是由三类建筑物所组成：第一类为路基工程，它是线路的主体建筑物(包括路堤和路堑)；第二类为桥隧工程(如桥梁、隧道、涵洞等)，它们是为了使线路跨越河流、深谷、不良的地质和水文地质条件地段，穿越高山峻岭或使线路从河、湖、海底以下通过等；第三类是防护建筑物(如明硐、挡土墙、护坡、排水盲沟等)。在不同线路中上述各类建筑物的比例也不同，主要决定于线路所经地区工程地质条件的复杂程度。

公路与铁路的工程地质问题大体相似，但铁路比公路对地质和地形的要求更高。高等级公路比一般公路对地质条件的要求高。

一、道路岩土工程勘察一、道路岩土工程勘察（二）主要工程地质问题1、路线选择工程地质论证路线选择是由多种因素决定的，地质条件是其中的一个重要的因素，也是控制性的因素。

路线方案有大方案与小方案之分，大方案是指影响全局的路线方案，如越甲岭还是越乙岭，沿A河还是沿B河，一般是属于选择路线基本走向的问题；小方案是指局部性的路线方案，如：走垭口左边还是右边，沿河右岸还是左岸，一般是属于线位方案。工程地质因素不仅影响小方案的选择，有时也影响大方案的选择。一、道路岩土工程勘察2、路基主要工程地质问题道路路基包括路堤、路堑和半路堤、半路堑式等。在平原地区修建道路路基比较简单，工程地质问题较少，但在丘陵区，尤其是在地形起伏较大的山区修建铁路时，路基工程量较大，往往需要通过高填或深挖才能满足线路最大纵向坡度的要求。因此，路基的主要工程地质问题是：（1）路基边坡稳定性（2）路基基底变形与稳定性（3）道路冻害（4）建筑材料一、道路岩土工程勘察（三）道路岩土工程勘察

道路岩土工程勘察的任务是运用工程地质学的理论和方法，去认识道路通过地带的工程地质条件，为道路的设计和施工提供依据和指导，以正确处理工程建筑与自然条件之间的关系，充分利用有利条件，避免或改造不利条件，使修建的道路能“好、快、省”。道路岩土工程勘察，包括新建道路与改建道路的勘察工作，均应按照规定的设计程序分阶段进行。岩土工程勘察一般不应超越阶段的要求，也不应将工作遗留到下一阶段去完成。一、道路岩土工程勘察1、道路岩岩土工程程勘察的的工作内内容（1）路线岩土工程程勘察在踏勘、、初察、、详察各各阶段，，与路线线、桥梁梁、隧道道专业人人员密切切配合，，查明各各条路线线方案的的主要工工程地质质条件，，选择地地质条件件相对良良好的路路线方案案；在地地形、地地质条件件复杂的的地段，，确定路路线的合合理布设设，以减减少灾害害。路线线岩土工工程勘察察并不要要求查明明全部工工程地质质条件，，但对路线方方案与路路线布设设起控制制作用的的地质问问题，则则应进行行重点调调查，得得出正确确结论。一、道路路岩土工工程勘察察（2）特殊地质质、不良地地质地区区(地段)的岩土工工程勘察察特殊地质质地段及及不良地地质现象象，诸如如盐渍土土、多年年冻土、、岩溶、、沼泽、、风沙、、积雪、、滑坡、、崩塌、、泥石流流等，往往往影响响路线方方案的选选择、路路线的布布设与构构造物的的设计，，在踏勘勘、初察察、详察察各阶段段均应作作为重点点，进行行逐步深深入的勘勘察，查查明其类类型、规规模、性性质、发发生原因因、发展展趋势和和危害程程度，提提出绕越越根据或或处理措措施。一、道路路岩土工工程勘察察（3）路基路路面岩土土工程勘勘察路基路面面岩土工工程勘察察亦称沿沿线土质质地质调调查。在在初察、、详察阶阶段，根根据选定定的路线线方案和和确定的的路线位位置，对对中线两侧侧一定范范围的地地带，进行详详细的工工程地质质勘察，，为路基基路面的的设计和和施工提提供工程程、地质质、水文文及水文文地质方方面的依依据。（4）桥渡岩岩土工程程勘察大桥桥位位影响路路线方案案的选择择，大、、中桥桥桥位多是是路线布布设的控控制点，，常有比比较方案案。因此此，桥桥渡工程程地质勘勘察一般般应包括括两项内内容：首先应对各比比较方案案进行调调查，配配合路线线、桥梁梁专业人人员，选选择地质质条件比比较好的的桥位；；然后再对选定定的桥位位进行详详细的工工程地质质勘察，，为桥梁梁及其附附属工程程的设计计和施工工提供所所需要的的地质资资料。一、道路路岩土工工程勘察察（5）隧道岩岩土工程程勘察隧道多是是路线布布设的控控制点，，长隧道道尤其影影响路线线方案的的选择。。隧道工工程地质质勘察同同桥渡一一样，通通常包括括两项内内容：一一是隧道道方案与与位置的的选择；；二是隧隧道洞口口与洞身身的勘察察。前者者，除几几个隧道道位置的的比较方方案外，，有时还还包括隧隧道与展展线或明明挖的比比较；后后者是对对选定的的方案进进行详细细的工程程地质勘勘察，为为隧道的的设计和和施工提提供所需需要的地地质资料料。前一一项工作作一般应应在踏勘勘及初察察时完成成，后一一项则在在初察与与详察时时分阶段段陆续完完成。一、道路路岩土工工程勘察察钟家山隧隧道突水水（泥））灾变演演化分析析及治理理对策研研究16提纲绪论区域地质质概况隧道区工工程地质质水文地地质条件件隧道突水水（泥））特征及及灾变演演化分析析治理对策策研究结论17一、绪论论选题背景钟家山隧道设计计为左右分离离式隧道道，左洞洞长2486m，右洞长2494m，隧道区区主要为为砂页岩岩软弱地地层。2012年5月~10月，隧道道掘进到F2断层破碎碎带后，，在进口左右右线分别别发生8次和7次突水（（泥）事事故，并并引发山山顶地面面塌陷。18一、绪论论隧道三维维左视图图F2F3突水（泥）时间（K91+316）2012.7.22012.7.3（04.20、10:50）2012.7.142012.7.242012.8.132012.8.152012.8.1919一、绪论论隧道三维维右视图图突水（泥泥）时间间（K91+374~380）2012.8.122012.9.192012.9.232012.10.1（21:40、23:00）2012.10.62012.10.25地表塌陷（K91+371~389）F2F320一、绪论论选题背景严重影响响了隧道道施工工工期，成成为吉莲莲高速公公路建设设的““卡脖子子”工程程。研究意义义分析隧道突水水（泥））的灾变演化化过程，为隧道道治理提提供理论论和技术术支持，，防止类似灾害害事故再再次发生生，保证证隧道安安全顺利利掘进。。也为类类似地区区隧道施施工提供供理论和和实践经经验。21二、区域域地质概概况地理位置置钟家山隧隧道位于于江西省省萍乡市市莲花县县与吉安安市永新新县交界界处，与与G319相邻，交交通比较较便利。。隧道概况况隧道进出出口标高高172~195m，截止2013年3月，隧道道左洞完完成1889m，余597m；右洞完完成1776m，余698m。钟家山隧隧道22二、区域域地质概概况地形地貌属剥蚀低山地貌貌，山体连连绵起起伏，，地形形起伏伏较大大，山山脊走走向大大致呈呈南北北向。。气象水文亚热带带季风气气候区区，气气候温温暖、、湿热热，雨雨量充充沛。隧道道位于于赣江一一级支支流——禾水河河流域域，区内山间间冲沟沟比较较发育。。进口出口23二、区区域地地质概概况地层岩性泥盆系佘田田桥组（D3s）砂岩、砂质质页岩石炭系测水水组（C1d2）石英砂岩、、页岩夹砂砂质页岩，局部部夹有煤线石炭系梓门门桥组（C1d3）白云质灰岩、灰质白白云岩第四系(Q)粉质粘土、砂砾砾石层D3sQC1d3C1d2进口出口24二、区域地地质概况地质构造属湘东新华夏构构造体系，，以北东、、北北东向向的褶皱及及挤压逆冲断裂为主主，发育有一条北北北东向逆冲冲推覆构造造——钟家山～界界化垄断层层。受此推推覆构造的的影响，隧隧道区内还还发育有一一系列与其其相伴生的的北西向小小型断层。。25二、区域地地质概况含水岩组划划分孔隙含水岩组分布标高底底,含水量有限限，对隧道道工程无影影响基岩裂隙含水岩组分布在D3s和C1d2砂页岩地层层,相对弱含水水岩组。岩溶裂隙含含水岩组分布在C1d3白云质灰岩岩，覆盖型型,分布面积小小,补给量有限限,富水性一般般。基岩裂隙含水岩组孔隙含水岩组进口出口岩溶裂隙含水岩组26三、隧道区区工程地质质水文地质质条件断层破碎带带分布特征征受区域推覆覆构造（F3）影响，隧道区发发育有F1、F2、F4、F5等断层破碎碎带，本次次突水（泥泥）主要受受F2和F3的影响。进口出口F1F2F4F3F527三、隧道道区工程程地质水水文地质质条件F1、F2、F3、F4断层与隧道呈呈大角度相交交，F5与隧道平行。。与隧道相交的的断层中，F2发育宽30～55m，F3发育宽80～100m。F1F2F3F428三、隧道区工工程地质水文文地质条件主要含水岩组组及富水性风化裂隙含水水岩组；构造裂隙带含含水岩组；岩溶裂隙含水岩组含水岩组里程桩号渗透系数K（m/d）含水岩组特征风化裂隙含水岩组ZK5号钻孔0.0778富水性较差ZK6号钻孔0.0887K90+551～K90+8360.085K90+836～K91+3100.073构造裂隙带K91+310～K91+409（F2）0.255相对富水带K92+292～K92+337（F3）0.285岩溶裂隙含水岩组K92+337～K92+3800.25渗透性好，但含水量有限K92+380～K92+4210.285K92+421～K92+6640.2529三、隧隧道区区工程程地质质水文文地质质条件件隧道区地下下水补补径排排特征征地下水水补给给范围围受地地形地地貌控控制，，基本本以地地表分分水岭岭为地地下水水补给给边界界。天天然情情况下下，地地下水水通过过上覆覆的第第四系系或地地表露露头接接受大大气降降水入入渗补补给后后，地地下水水沿层层面、、风化化裂隙隙、构构造裂裂隙以以及溶溶蚀裂裂隙下下渗运运移，，径流流方向向受裂裂隙发发育方方向及及沟谷谷切割割控制制，最最后在在沟谷谷或地地势低低洼处处分散散排泄泄。F1F2F3F430三、、隧隧道道区区工工程程地地质质水水文文地地质质条条件件隧道道充充水水来来源源钟家家山山隧隧道道区区的的水水源源有有地地表表水水和和地地下下水水两两大大类类。。地地表表水水包包括括禾禾水水河河及及溪溪沟沟水水，，地下水包包括风化裂隙隙水、构构造裂隙隙水及岩岩溶裂隙水。。但只有有当水源和和涌水通通道沟通通后才能能成为隧隧道涌水水的水源源。结合野外外调查、、地下水水示踪试试验及水化学测测试结果果分析，隧道充水水水源主要来自自于F2和F3断层带内内的构造造裂隙水、由构构造裂隙隙沟通的下南湾湾长流溪溪沟水及大气气降水入渗补给给和局部风化裂隙水。。31三、隧道道区工程程地质水水文地质质条件隧道充水水途径隧道开挖挖揭露F2和F3破碎带后后，破碎碎带富水水段相互互贯通并并成为隧隧道涌水水的直接接水源，，F3破碎带在在与地表表溪沟相相交处导导通地表表溪沟水水，大气气降水通通过F2和F3断层破碎碎带入渗渗补给隧隧道涌水水点。综综合以上上分析，，F2和F3断层破碎碎带在隧隧道开挖挖扰动后后，成为为隧道突突水（泥泥）的主主要充水水途径。。F1F2F3F432四、隧道道突水（（泥）特特征及灾灾变演化化分析突水（泥泥）情况况隧道施工过程程中，共共揭露了了F1、F2、F3和F4四条破碎带带，F2和F3断层破碎碎带在隧隧道K91+310~+500附近相交交。隧道道施工到到该段时时，左右右线共发发生10余次突水（泥泥）事故故。左线突泥位置次数时间右线突泥位置次数时间K91+316上导右侧第一次7月2日23：30K91+380第一次8月12日第二次7月3日04：20K91+370~376第二次9月19日11点第三次7月3日10：50K91+374第三次9月23日15：50~16：10第四次7月14日17点到次日上午第四次10月1日21：40第五次7月24日14：30第五次10月1日23点第六次8月13日第六次10月6日23：30到次日7：30第七次8月15日第八次8月19日第七次10月25日1：3033四、隧道道突水（（泥）特特征及灾灾变演化化分析突水（泥泥）特征征滞后性特特征在隧道开开挖后，，收敛变变形大，，初支变变性量增增大，换换榀后还还出现较较大的收收敛变形形，随后后发生突突水（泥泥）事故故，这是是一个渐渐变的过过程,具有滞后后性特征征。高压破坏性性特征隧道左右洞洞突水（泥泥）过程中中，多次将将重达60吨的二衬台台车向后推推移几十米米远，具有有高压破坏坏性特征。。重复性及间间歇性特征征左洞K91+316段间歇性的的发生了8次突水（泥泥），右洞洞K91+374~+380段间歇性的的发生了7次突水（泥泥），具有有重复性及及间歇性特特征。34四、隧道突突水（泥））特征及灾灾变演化分分析隧道开挖扰动对对围岩体的的影响当隧道揭露露断层破碎碎带后，由由于临空面面和塑性松松动圈的存存在，使破破碎带内原原来闭合的的裂隙张开开并产生新新的裂隙，，改变了地地下水的径流流途径，使地下水水有了集中中的排泄通通道。在新新的径流途途径和集中中排泄通道道中，地下下水将对破破碎带围岩岩的强度产产生不利影影响。σR35四、隧道突突水（泥））特征及灾灾变演化分分析地下水对隧隧道破碎带带围岩的影影响地下水对隧隧道围岩力力学性质的的影响有物物理的、化化学的和力力学的作用用等。钟家家山隧道破破碎带围岩主要受地下水的的物理和力力学作用的的影响。软化泥化作作用+水力劈裂作作用+潜蚀作用36四、隧道突突水（泥））特征及灾灾变演化分分析隧道突水（（泥）灾变变演化过程程是地下水水作用下破破碎带围岩岩裂隙萌生生、扩展、、贯通直至至形成突水水（泥）通通道并发生生突水（泥泥）的演化化过程。钟家山隧道道掘进到F2破碎带后，，破碎带围围岩受到扰扰动，增大大了破碎带带围岩的渗渗透性。地地下水不断断地对破碎碎带围岩产产生软化泥泥化、水力力劈裂和潜潜蚀作用，，围岩软化化变形破坏坏，并最终终导致突水水（泥）事事故发生。。37六、结论结论1、隧道突水水（泥）的主要充水水源为为构造裂隙含含水带、由构造裂裂隙沟通的下南湾长长流溪沟水水及大气降降水入渗补补给和局部部风化裂隙水。主要充水途途径为F2和F3断层破碎带带。2、突水（泥泥）具有滞后性特征、高压压破坏性特特征、多次次重复性特特征和间歇歇性特征。3、突水（泥泥）的灾变变演化过程程是地下水作用用下破碎带围岩岩裂隙萌生生、扩展、、贯通直至至形成突水水（泥）通通道并发生生突水（泥泥）的演化化过程。在在这一过程程中，地下下水对破碎带的软化泥化、水力劈裂裂以及潜蚀蚀作用几乎乎同时进行行，并相互互影响。（6）筑路材料料勘察修建道路需需要大量的的筑路材料料，其中绝绝大部分都都是就地取取材，特别别是像石料料、砾石、、砂、粘土土、水等天天然材料更更是如此。。这些材料料品质的好好坏和运输输距离的远远近，直接接影响工程程的质量和和造价，有有时还会影影响路线的的布局。筑筑路材料勘勘察的任务务是充分发发掘、改造造和利用沿沿线的一切切就地材料料，当就近近材料不能能满足要求求时，则应应由近及远远扩大调查查范围，以以求得数量量足够，品品质适用，，开采、运运输方便的的筑路材料料产地。一、道路岩岩土工程勘勘察2、道路岩土土工程勘察察的主要方方法道路岩土工工程勘察方方法，主要要有研究既既有资料、、调查与测测绘、勘探探、试验与与监测等几几方面。（1）研研究究既既有有资资料料①区区域域地地质质资资料料。。如如地地层层、、地地质质构构造造、、岩岩性性、、土土质质及及筑筑路路材材料料等等。。②地地形形、、地地貌貌资资料料。。如如区区域域地地貌貌类类型型及及其其主主要要特特征征、、不不同同地地貌貌单单元元与与不不同同地地貌貌部部位位的的工工程程地地质质评评价价等等。。③区区域域水水文文地地质质资资料料。。如如地地下下水水的的类类型型、、分分带带及及分分布布情情况况、、埋埋藏藏深深度度、、变变化化规规律律等等。。一、、道道路路岩岩土土工工程程勘勘察察④物理理地地质质作作用用和和现现象象。。如如各各种种特特殊殊岩岩土土的的分分布布情情况况、、发发育育程程度度与与活活动动特特点点等等。。⑤地地震震资资料料。。如如沿沿线线及及其其附附近近地地区区的的历历史史地地震震情情况况、、地地震震烈烈度度、、地地震震破破坏坏情情况况及及其其与与地地貌貌、、岩岩性性、、地地质质构构造造的的关关系系等等。。⑥气气象象资资料料。。如如气气温温、、降降水水、、蒸蒸发发、、湿湿度度、、积积雪雪、、冻冻结结深深度度及及风风速速、、风风向向等等。。⑦其其他他有有关关资资料料。。如如气气候候、、水水文文、、植植被被、、土土壤壤等等。。⑧工工程程经经验验。。区区内内已已有有公公路路、、铁铁路路的的主主要要工工程程地地质质问问题题及及其其防防治治措措施施等等。。一、、道道路路岩岩土土工工程程勘勘察察（2）调调查查与与测测绘绘调查查与与测测绘绘是是工工程程地地质质勘勘察察的的主主要要方方法法。。通通过过观观察察和和访访问问，，对对路路线线通通过过地地区区的的工工程程地地质质条条件件进进行行综综合合性性的的地地面面调调查查，，将将查查明明的的地地质质现现象象和和获获得得的的资资料料，，填填绘绘到到有有关关的的图图表表与与记记录录本本中中，，这这种种工工作作统统称称为为调调查查测测绘绘。。一一般般情情况况下下，，道道路路工工程程地地质质调调查查测测绘绘采采用用沿线调查的方法，而而不进行测测绘。但对对地质条件件复杂地区区或重点工工程地段，，则应根据据需要进行行较大面积积的工程地地质测绘。。一、道路岩岩土工程勘勘察（3）勘探针对道路工工程建筑物物设置勘探探位置，选选择勘探方方法。（4）试验（5）监测在道路工程程中，对沙沙漠、盐渍渍土、滑坡坡、泥石流流、多年冻冻土与道路路冻害等物物理地质作作用与现象象，都有设设立长期观观测站的实实例和经验验。同时还包括括道路主要要构筑物的的变形监测测。一、道路岩岩土工程勘勘察（一）概述述桥梁是道路路建筑工程程中的重要要组成部分分。如我国国成昆铁路路全长1083km，就有大、、中桥梁800多座，共长长约80km。二、桥梁岩岩土工程勘勘察（二）桥梁梁建筑工程程地质研究究1、桥墩台主主要工程地地质问题墩台主要工工程地质问问题包括桥墩台地基基稳定性、桥台的偏心心受压及桥墩台地基基的冲刷问题等。（1）桥墩台地地基稳定性性问题桥墩台地基基稳定性主主要取决于于墩台地基基中岩土体体的允许承承载力，它它是桥梁设设计中最重重要的力学学数据之一一，它对选选择桥梁的的基础和确确定桥梁的的结构型式式起决定性性作用，影影响造价极极大，是一一项关键性性的资料。。二、桥梁岩岩土工程勘勘察（2）桥台的偏偏心受压问问题桥台台除除了了承承受受垂垂直直压压力力外外，，还还承承受受到到岸岸坡坡的的侧侧向向主主动动土土压压力力，，在在有有滑滑坡坡的的情情况况下下，，还还受受到到滑滑坡坡的的水水平平推推力力，，使使桥桥台台基基底底总总是是处处在在偏偏心心荷荷载载状状态态下下；；桥墩墩的的偏偏心心荷荷载载，，主主要要是是由由于于列列车车在在桥桥梁梁上上行行驶驶突突然然中中断断而而产产生生的的，，对对桥桥墩墩台台的的稳稳定定性性影影响响很很大大，，必必须须慎慎重重考考虑虑。。二、、桥桥梁梁岩岩土土工工程程勘勘察察（3）桥桥墩墩台台地地基基的的冲冲刷刷问问题题桥墩墩和和桥桥台台的的修修建建，，使使原原来来的的河河槽槽过过水水断断面面减减小小，，局局部部增增大大了了河河水水流流速速，，改改变变了了流流态态，，对对桥桥基基产产生生强强烈烈冲冲刷刷，，威威胁胁桥桥墩墩台台的的安安全全，，因因此此，，桥桥墩墩台台基基础础的的埋埋深深，，除除决决定定于于持持力力层层的的埋埋深深与与性性质质外外，，还还应应满满足足下下列列要