常用工程勘探法：地质素描法

地质素描法是对掌子面及附近洞壁地层岩性、岩层产状、地质构造、节理裂隙、结构面产状、完整性程度、溶洞、地下水情况等进行描述并绘制成图表分析判断前方地质情况，它是施工阶段地质的一项基础工作。

一、地质素描的主要内容

(1)地层岩性。地层时代划分、岩组划分、岩石划分、岩体性态、切割程度、围岩等级等。

(2)断层。断层性质、位置、产状、破碎带宽度及构造岩划分，断层岩体的围岩级别划分及稳定性评价，是地质素描的重点。

(3)贯穿性节理。产状、密度、宽度、延伸情况、节理面特征、力学性质。分析判断组合特征、岩体完整性程度，控制局部塌方的构造内因。

(4)地应力。高地应力显示性标志(岩爆、软弱夹层挤出，探孔饼状岩心等现象)及其发生部位。

(5)特殊地层。煤层、沥青层、含膏盐层和含黄铁矿层单独素描。

(6)岩溶调查。岩溶规模、形态、位置(洞体里程)、所属地层和构造部位、充填物(成分、状态)、洞体展布的空间关系。

(7)有害气体存在情况。

二、地质素描记录格式

地质素描采用的记录格式如表6-2所示。

三、地质素描法的应用

(一)岩层岩性、层位预测

在掌子面和隧道两壁出露的岩层与地表某段岩层证为同一和确认标志层的前提下岩层进行对比，用地表岩层的层序预测掌子面前方将要出现的岩层。关键是确认标志层，重点是断层、岩性分界面。

(二)不良地质体延伸预测

在长期超前地质预报得出的不良地质体厚度的基础上，依据掌子面已揭露的不良地质体的产状和单壁始见的位置，经过一系列的三角函数运算，求得条带状不良地质体在隧洞掌子面前方延伸和消失的位置。关键技术是正确的三角函数运算。

在水平比例尺与垂直比例尺相同的条件下，断层、岩性接触面等条带状不良地质体视倾角与真倾角转化公式为：

tanβ′=tanβ×sinα (6-1)

式中：β′、β、α分别为洞身轴线上的视倾角、接触面真倾角、接触面走向与洞身轴线的夹角。

(三)不良地质前兆预测

在隧道掘进过程中，在出现断层破碎带、溶洞、暗河、岩溶陷落柱和洞穴淤泥带之前，一般都会出现各自明显的或不明显的前兆标志，这些标志的出现常常预示前述不良地质体已经临近了。因此，不良地质前兆预测有助于掌子面前方不良地质体性质的鉴别，更有助于对不良地质体临近的判断。主要不良地质的前兆标志为：

(1)断层破碎带前兆标志。节理组数急剧增加，多达10～12组;岩层牵引褶曲、牵引褶皱或砥柱水平的小型帚状构造和反倾节理的出现;泥岩、页岩等隔水岩层明显湿化、软化;岩石强度的明显降低和压裂岩、压碎岩的出现等。

表6-2施工阶段围岩级别判定卡及地质素描表

备注：岩性指标栏岩石力学强度、指标变形必要时做。

(2)溶洞、暗河和淤泥带的前兆标志。主要是铁锈染裂隙或有水、无水小溶洞的频繁出现。对于大溶洞来说，还常常出现夹泥裂缝或小溶洞;对于暗河来说，小溶洞还常常含有河沙，钻孔中的涌水量剧增且夹有泥沙和小砾石;对于稀释的淤泥带来说，钻孔中的涌水量剧增且浑浊，常常夹有大量泥砂和棱角尖锐的小碎石。

(3)岩溶陷落柱的前兆标志。非断层破碎带但出现岩层内倾牵引现象或内倾小断层;导水岩溶陷落柱可使周围岩层潮湿或泥化，周围岩层常常发生疏松、变暗等氧化现象。

(4)施工塌方的临近前兆标志。顶板岩石开裂，裂缝旁有岩粉喷出;支撑拱架变形或发生声响;拱顶岩石掉块或裂缝逐渐扩大。

四、地质素描法的适用性

(1)地质素描资料是隧道施工地质超前探测的基础资料，隧道施工应全程实施，即每个施工掌子面应进行地质素描，每个施工循环进行一次地质素描。

(2)地质素描适应隧道近距离施工地质超前探测，对具有标志层的岩层层位、断层、岩性分界面及岩溶发育可能位置进行施工地质超前预测。

(3)地质素描需有经验的地质人员进行施作。

(4)在掌子面处没有出现迹象的地质灾害不能预报，对于前方潜伏的断层、节理破碎带不能预报，在地层岩性变化极为复杂(如强烈褶皱地层)的隧道预报的难度很大。

五、地质素描法实例分析

龙麟宫隧道DK231+807掌子面为泥质白云岩，在掌子面离隧底5.7m处有一顺层的含泥裂隙夹层，如图6-3所示。岩层产状232°∠20°，洞身走向为北209°。tanβ′=tan20°×sin23°，β′=8.09°，H=5.7/tan8.09°=40.1(m)。经计算该含泥裂隙在掌子面前方40m处延伸到洞外。

图6-3龙麟宫隧道DK231+807地质素描图