摘要：為分析評價地質環境對隧道工程建設的影響，通過對隧址區域的地形地貌、區域地質構造、地層巖性、水文地質及地應力等地質因素調查分析，運用層次分析法對隧道場址優劣等級進行了風險評判。結果表明：1)受隧址區地形地貌、地質構造、地層巖性、水文地質、地應力等地質因素影響和控制，隧道圍巖整體表現為破碎、富水軟弱圍巖，施工過程中極易誘發突泥涌水、坍塌、軟巖大變形等不良地質現象;2)新平隧道場址優劣等級綜合評價值為1.31，場址優劣等級為極差，建設風險極高;3)結合隧道施工實際揭露的圍巖級別和發生地質災害情況，驗證了隧址優劣等級評價方法及結果的準確性和可靠性。

　　關鍵詞：鐵路隧道;區域地質分析;層次分析法;突泥涌水;優劣等級評價

　　1引言

　　隨著綜合國力的不斷提升，隧道工程建設，正逐步向洞身長、埋深大、構造運動活躍等方向發展，其建設難度及面臨的挑戰愈發艱巨[1,2]。受復雜地質條件影響，突泥涌水、溜坍、軟巖變形、巖爆等工程地質災害時常威脅著隧道的施工安全。為確保隧道的安全、快速施工，應對隧址區域地質進行綜合分析，掌握隧道建設的安全風險狀態，對其工程建設的隧址優劣程度進行科學、合理的評級。在隧道區域地質分析方面，相關學者[3,4]，利用隧址的地形地貌、地層巖性、地質構造及水文地質條件，對隧道區段內可能出現的地質災害進行了初步評估，并提出了相應的防控措施;趙天熙[5]，基于區域地震地質特征、區域斷層活動性、新構造運動及現代構造應力場特征，對關角隧道區域地質進行分析，認為施工過程中，應加強突涌水、巖爆等工程地質災害的防控。何宇[6]，通過對隧道節理密集帶、向(背)斜、巖溶及斷層破碎帶等地質構造等因素的分析，系統地闡述了各類構造對隧道施工地質災害的影響。在隧道區域工程評價方面，李孝攀[7]，運用層次分析法，對川藏鐵路康定至昌都段地質災害區域危險性進行評價分級，有效規避了大規模地質災害點;李寶平[8]，基于層次分析法，對茶鎮隧道地表沉降、拱頂下沉、水平收斂等影響因素的權重進行劃分，提出隧道二次襯砌的最佳支護時機為開挖后第35天。

　　賀華剛[9]，利用層次分析法構建了隧道突涌水危險性評價模型，其預測結果與現場實測的判別結果具有較好的一致性，為隧道突涌水危險性評估提供了一種有效途徑。前人對隧道類似評價模型的研究相對較多，但對區域工程隧址優劣程度的評價研究尚未涉及，而評價體系的構建，因評價的目標層差異，評價因素的選取，仍存在較大區別，因此，對隧道區域的地質條件進行分析，選取適合的評價指標進行工程隧址優劣程度評價，以便能更好的指導現場災害防治工作。本文以區域隧道工程隧址的優劣評價為目標，通過對隧址區域地質的分析，選取適合的評價指標，運用層次分析理論，構建隧道工程隧址優劣評價體系，以期對同類隧道的風險評估工作提供參考。

　　2工程概況

　　新平隧道[10]位于哀牢山中山區北東側云南省玉溪市新平縣揚武鎮境內，為Ⅰ級高風險隧道。隧道進口里程為D1K46+285，出口里程為D1K61+120，全長14835m，單洞雙線隧道，輔助坑道設置為6個橫洞和1個斜井，最大埋深578m，設計速度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炭質頁巖、砂巖，前震旦系昆陽群白云巖、灰巖、板巖、板巖夾砂巖。活躍的新構造運動、活躍的地下水環境、突泥涌水、坍塌、軟巖大變形等，為主要面臨的工程地質問題。 工程地質特征分析根據隧道沿線地形地貌、區域地質構造、地層巖性、地震活動、水文地質、地應力等地質特征，對隧址區域地質條件進行評價分析。

　　2.1地形地貌

　　玉磨鐵路沿線，區域地貌可分為玉溪～新平高原湖盆區、哀牢山中山區、普洱-勐臘紅層中山峽谷區、瀾滄-勐海中山-盆地區，四個區域。新平隧道地貌區屬玉溪～新平高原湖盆區，詳見圖2。該區地勢由北向南傾斜，分水嶺地帶起伏較小，多為低中山地形，高原保留尚好。區內呈盆、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。地表覆蓋層及風化層較厚，山嶺、盆地四周及溝谷地帶，地下水運動活躍，易于重力坡度富集運移。

　　2.2構造活動

　　(1)區域地質構造云南省區域內，大致可分為揚子亞板塊(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子亞板塊(A)-康滇古隆起區(a2)，且位于云南“山”字型構造前弧石屏弧內，斷裂和褶皺發育，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總體位于石屏-建水斷裂與紅河斷裂之間，靠近石屏-建水斷裂的西北段，該斷裂形成于元古代末期晉寧運動，由于長期演化和多期活動，形成400～500m寬的擠壓破碎帶，區內小型次生構造和小規模次生斷裂極其發育。

　　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°。發育于前震旦系昆陽群大龍口組(Pt1d)白云巖、灰巖夾板巖地層中，為區域性褶曲。向斜軸部地層破碎嚴重，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、灰巖夾板巖地層中，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式褶皺構造，隧道穿越其核部，由于褶皺核部是巖層受構造應力最為強烈、最為集中的部位，巖層破碎且富含地下水，隧道與褶皺構造小角度相交，相交部位附近洞身圍巖穩定性差，極易產生突泥涌水、坍塌等不良地質現象。

　　5條次生逆斷層小斷裂大部分與隧道軸線小角度相交，受構造應力作用，相交處出現強烈的擠壓破碎現象，巖層產狀紊亂，層面扭曲程度嚴重，圍巖極其破碎，其形成的斷層破碎帶作為導水通道傳輸地下水，易出現涌突等不良地質現象。此外，區內次生斷裂揚武-青龍廠斷裂走向與新平隧道近似平行，直線間距約200m，揚武～青龍廠斷裂為一條早～中更新世活動斷裂，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炭質頁巖、粉砂質頁巖，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。新平隧道位于揚武-青龍廠斷裂及影響帶中，圍巖條件差、完整性差，地下水發育，給隧道建設將帶來較大的地質風險。

　　(3)地震活動

　　因受印度板塊向北偏東的強烈推擠和川滇菱形塊體向南南東滑移的強力楔入疊加作用，導致區域內動力地質作用特別是新構造運動強烈且頻繁。新平隧道隧址區域屬于鮮水河—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，場區內有史以來共發生7級以上大地震7次，其余多為4～6級地震，這些地震的發震構造均是規模較大的全新世走滑活動斷裂，6級以上地震基本發生在全新世、晚更新世活動斷裂附近或第四紀盆地附近。另外隧道場區附近發育揚武-青龍廠活動斷裂，該區域地震動峰值加速度a為0.20～0.25g;地震烈度主要位于Ⅶ～Ⅷ烈度帶。根據區域構造穩定性分級，綜合判斷隧道區域構造穩定性分級屬于區域構造穩定性較差，具有地震活動劇烈、地震頻繁且震級大、地震烈度高、新構造運動活躍的特點。

　　2.3地層巖性

　　隧址區出露的主要地層為：上覆第四系全新統坡崩積層(Q4dl+col)碎石土，坡殘積層(Q4dl+el)粉質黏土。三疊系上統干海子組(T3g)頁巖、炭質頁巖、砂巖夾煤層。此層上接地表覆土，風化較為嚴重，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)白云巖夾灰巖，鵝頭廠群(Pt1e)板巖夾灰巖、白云巖，大龍口組(Pt1d)灰巖、白云巖夾板巖，富良棚組(Pt1f)凝灰巖、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(三疊系下統及中統)地層，同時前震旦系與三疊系上統地層產狀不同，屬于角度不整合接觸關系。

　　地層的缺失表明該區域構造運動極其活躍、地質構造發育。下伏元古代前震旦系地層，巖層古老，歷經多期構造運動，巖性變化頻繁，空間交錯分布，巖體破碎，疏松軟弱。其中，昆陽群地層以泥質板巖、變質砂巖為主，差異性風化顯著;板巖以泥質膠結為主，透水性差，巖質軟弱，強度低，變質砂巖透水性好;兩種巖性空間交錯展布，由巖性變化引起的富水體和隔水體交錯分布，且無明顯的分布規律，加之構造擠壓作用，結構面發育，多以風化裂隙為主。結構面巖層傾角多為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，自穩性差。

　　2.4水文地質

　　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，山間沖溝平時干涸，雨后漲水;主要來自大氣降水補給，部分為基巖裂隙水補給。地表水受降雨控制明顯，雨季流量大，枯水季節水量小或者干涸，受氣候及季節性降雨影響顯著。地下水主要為孔隙潛水、基巖裂隙水、斷裂構造裂隙水。

　　線路與云南山字形構造前弧及其伴生斷裂、褶皺小角度相交，巖體節理裂隙發育，結構面延伸性和貫通性較好，隧道與揚武-青龍廠斷裂伴行，為地下水遠距離運移提供了通道。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-南西向揚武-青龍廠斷裂阻隔后以泉水出露地表。泉點位于隧道洞身標高之上，隧道施工存在襲奪地表泉點風險，造成涌水災害。

　　3評價體系及判定準則

　　3.1評價的指標體系

　　基于對隧道區域的地質分析，選取圍巖基本質量、結構面特征、區域構造活動、地下水狀態、地應力等指標作為準則層，圍巖強度、圍巖完整性、結構面產狀、斷裂構造、地震震級(烈度)、地下水出露狀態、地應力級別作為指標層，構建隧道區域工程隧址優劣評價體系。

　　3.2評價指標判定標準

　　依據相關規范[11-13]，針對指標層，建立相應的評判標準。a.圍巖基本質量特征評判標準b.結構面特征評判標準c.區域構造活動評判標準隧道選線過程中，應盡量避開大型構造及構造發育帶，無法避開時，應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隧址優劣等級評價

　　4.1評價指標敏感性分析

　　通過對有關隧道[14-16]數據的搜集，基于層次分析法(AHP)的基本準則，對所有的數據進行無量綱處理后，將各參數的所有數據除以其中的最大值，使所有數據的值都在0～1之間。由于每項指標因素對評價模型的影響程度不同，會出現一定的偏差，該項評價指標越重要，則對評價模型的影響程度越高，對應的曲線應該更接近直線。該項評價指標越不重要，則對評價模型的影響程度越低，對應的曲線會越偏離曲線。

　　即，各指標因素的偏離程度越高，其敏感度越低，該評價指標的影響因子也就越小。各評價指標偏離度順序為：地震活動>圍巖強度=地下水狀態>地應力>圍巖完整性>結構面產狀>構造活動，而敏感度與偏離度呈負相關，則各指標敏感性順序為：構造活動>結構面產狀>圍巖完整性>地應力>地下水狀態=圍巖強度>地震活動。

　　5結論與建議

　　(1)隧址區域地質條件決定隧道修建的圍巖條件和應力環境。隧道區域地質分析方法應遵循從宏觀到微觀、先抽象后具體、從面到點、從大到小的原則。通過隧道區域地質分析預測隧道修建過程中可能存在的地質風險，并制定相應的防控措施達到降低或避免風險目的。

　　(2)受隧址區地形地貌、地質構造、地層巖性、水文地質、地應力等地質因素影響和控制，隧道圍巖整體表現為完整性差、破碎、富水軟弱圍巖，施工過程中極易發生突泥涌水、坍塌、軟巖大變形等不良地質現象。(3)基于構造活動、產狀、圍巖完整性、地應力、地下水狀態、圍巖強度、地震活動等評價指標，采用層次分析法對隧址優劣等級進行評價，可將隧址優劣等級分為優秀、良好、較差、差、極差五個級別，結果表明新平隧道隧址優劣等級為極差，施工風險極高。

　　(4)結合隧道施工實際揭露的圍巖級別統計和發生的地質災害情況，進一步驗證了隧道區域地質分析成果以及隧址優劣等級評價方法和結論的準確性和可靠性。(5)建議將隧址優劣評價方法與成果應用于隧道選線方案比選或風險評估，可作為比選方案優劣或隧道風險等級評判的依據。

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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