国内暗挖隧道地质素描应用现状分析

国内暗挖隧道地质素描应用现状分析发表时间：2018-09-20T11:04:46.577Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第14期作者：公茂文1 苏钟琴2 [导读] 暗挖隧道工程在铁路、城市轨道交通、公路等基建工程中大量存在。

1.中国交通建设股份有限公司北京 100088；北京京西门城基础设施投资建设有限公司北京 102308 摘要：暗挖隧道工程因复杂的地质条件很难在勘察阶段准确探明，需在施工阶段开展地质素描等超前地质预报工作。

本文结合深圳地铁地质素描的应用工作对相关公开资料进行了收集研究，对暗挖隧道地质素描的必要性、目前国内的开展现状、制约因素及推广建议进行了分析总结。

关键词：暗挖隧道地质素描必要性现状制约因素建议暗挖隧道工程在铁路、城市轨道交通、公路等基建工程中大量存在，施工中遇到的复杂地质条件往往与勘察阶段提供的地质资料存在偏差，尤其是山岭隧道受限于地形条件，地勘孔位分布距离较远，地勘资料的精度普遍较低，部分孔位甚至不在隧道范围内，施工中可能会遇到未探明的断层、岩溶、暗河等重大地质突变，存在大量的不确定性，导致施工风险大、安全管控难。

因此，准确探明工程地质条件成为暗挖隧道工程的一项重要工作，这就要求不但要在勘察设计阶段提高地质勘察质量，还需在施工阶段开展超前地质预报工作，隧道内地质素描就是一种实用和基本的地质预报方法。

为了做好地质素描在暗挖隧道中的推广应用工作，中国交建2017年在深圳地铁2号线和8号线开展了地质素描的试点应用工作，2号线新莲区间完成56份地质素描，8号线盐深区间及斜井完成302份地质素描。

作者通过项目地质素描工作的应用总结与相关公开资料的收集研究，对我国暗挖隧道地质素描应用现状进行了分析，提出了地质素描在暗挖隧道工程中的推广应用建议。

一、开展暗挖隧道地质素描工作的必要性1.可以更真实的掌握暗挖隧道地质条件地质素描是将隧道开挖面所揭露的地层岩性、地质构造、结构面产状、地下水出露点位置及出水状态、媒层、溶洞等准确记录下来并绘制成图表。

根据隧道已有勘察资料、地表补充地质调查资料和隧道内地质素描，通过地层层序对比、地层分界线及构造线地下和地表相关性分析、断层要素与隧道几何参数的相关性分析、临近隧道内不良地质体的可能前兆分析等，利用常规地质理论、地质作图和趋势分析等，推测开挖工作面前方可能揭示的地质情况，并用来验证、调整地质分级，可以更加真实的掌握暗挖隧道所处的地质条件。

2.可以根据地质条件的变化及时调整围岩分级与施工措施根据发现的隧道地质变化情况及其预测，可以重新确定围岩等级，提出设计变更建议，给设计单位提供确定支护形式所需的详尽准确数据，及时优化调整调整施工措施或技术方案，可以更好的应对地质条件变化，保证施工安全。

3.可以有效完善地质资料并提供变更索赔依据将地质素描报告系统的收集、整理、归档，可形成连续的隧道地质展示图，能够有效完善工程地质资料，并可对施工过程进行记录，在验证地质勘察结果的同时，为设计变更和索赔提供依据资料。

4.开展暗挖隧道地质素描工作是国家标准规范要求国家建设工程相关的勘察、设计、施工等标准规范对隧道内地质素描工作提出了明确要求，如《铁路隧道设计规范》要求施工阶段地质勘察宜采用掌子面地质素描等综合超前地质预报方法，开挖工作面在每次爆破后，立即由专人进行开挖工作面观察并素描；《铁路隧道超前地质预报技术规程》明确了隧道内地质素描的主要内容，并规定了地质素描的技术要求，要求地质素描应随隧道开挖及时进行，对复杂、重点地段应每开挖循环进行一次素描，其他一般地段不应超过10m进行一次素描；《城市轨道交通岩土工程勘察规范》规定施工阶段施工单位宜开展隧道地质素描绘制工作；《地下铁道工程施工及验收规范》规定隧道开挖过程中应进行地质描述并做好记录，必要时尚应进行超前地质勘探；《公路隧道设计规范》规定施工中的地质调查宜采取开挖工作面直接观察、素描、摄像、量测；《公路隧道施工技术细则》规定正洞、辅助导洞应进行掌子面地质素描和分析，地质素描随开挖进行，每循环进行一次，包括掌子面、左右侧墙、拱顶和隧底。

二、国内暗挖隧道地质素描工作的开展现状并不理想开展暗挖隧道工程地质素描工作既是暗挖隧道工程自身施工安全控制的重要举措，也是履行国家标准规范要求的职责所在，但暗挖隧道工程地质素描工作的总体开展情况并不理想。

1.地质素描在暗挖隧道工程中的应用比例小虽然目前国内各工程建设行业都开展过地质素描工作，但目前仅能公开查到厦门翔安海底隧道、广州地铁二号线、拉日铁路达嘎山隧道、乌池坝隧道、浏阳河水下隧道、厦门市文兴隧道等地质素描应用实例，而大部分的暗挖隧道工程并未开展地质素描工作，充分反映出地质素描工作并未在国内暗挖隧道工程中全面开展。

2.暗挖隧道地质素描技术理论研究不足目前国内的地质素描的理论技术研究还不是很多，从学术界的整体上看，地质素描的理论技术研究并未得到广泛的重视，甚至很多以隧道施工技术著称的高校与科研单位都未开展相关研究工作。

中国矿业大学与西南交通大学走在地质素描理论技术研究的前沿，结合信息化技术研发了自动或半自动地质素描技术，但实际应用的工程项目并不是很多，自动地质素描的效果与价值还未完全体现出来。

3.暗挖隧道地质素描工作的应用总结较少且较为片面目前国内公开可查询到的暗挖隧道地质素描工作应用总结并不是很多，且总结内容较为片面，主要集中在地质素描本身的工作方法与技术上，对于如何全面发挥地质素描的相关作用涉及较少，无法全面反映出地质素描的技术及管理价值，无法有效提高各工程建设相关方对地质素描工作的重视。

三、暗挖隧道工程地质素描工作开展的制约因素1.相关标准规范不统一，缺乏专门的地质素描规范。

虽然铁路、城市轨道交通、公路等行业的勘察、设计、施工标准规范都对地质素描工作进行了规定，但各规范的要求存在差异。

如《铁路隧道设计规范》与《公路隧道施工技术细则》要求每开挖循环必须进行一次素描，《铁路隧道超前地质预报技术规程》要求一般地段可10m进行一次素描；《铁路隧道设计规范》采用据岩石坚硬程度和岩体完整程度计算围岩基本质量指标BQ值以确定围岩分级，《城市轨道交通岩土工程勘察规范》根据工程地质特征、结构形态和完整状态、围岩开挖后的稳定状态、围岩压缩波波速划分来确定围岩分级，两者又都借鉴RMR围岩判别法制定了施工围岩级别判定卡；《铁路隧道超前地质预报技术规程》要求地质素描制作地质展示图，而其他规范并未要求。

而国外欧美地区与英联邦地区在地质素描作业时统一采用RMR围岩分级判别法，且要求每一开挖面均应进行地质素描。

我们相关标准规范要求的不一致，导致了地质素描应用要求与标准的不统一，不利于统一推广应用。

2.项目工程地质专业人员缺乏，技术人员地质素描经验不足。

目前国内大多数工程项目都存在施工任务重、工程技术人员紧张的问题，工程地质专业的技术人员更是缺乏。

现场技术人员基本都是第一次从事地质素描的工作，既缺少全面的理论知识，也没有相关工作经验。

即便组织开展针对性的地质素描培训，但普通技术人员由于学习能力不一，无法短时间内全部快速掌握地质素描知识并很好的应用，导致很多技术人员对很多地质概念的理解不够深刻，对地质现象的判定也不够准确，对很多地质现象也仅仅停留在表面的认知，很难认识到地质现象代表的地质意义，更无法预判开挖面后的地质情况，很难在短时间内达到专业地质工程师的水平，会导致地质素描工作的质量不高。

3.人工地质素描效率较低，自动地质素描不够精确且费用较高。

单次隧道掌子面人工地质素描的耗时并不长，但要全部开挖进尺都要进行地质素描则需要耗费较长的时间，且将地质素描图转换为连续的地质纵断面图工作量较大，若想达到三维地质重构目的，其工作量更是成倍增加，在施工过程中全面实施人工地质素描的话，工作效率较低。

自动地质素描可极大的提高工作效率，但是目前国内现有的自动地质素描系统精度有待提高，存在岩块断裂面易被误判为节理面、在非光滑节理面上选取的数据点会导致节理面角度计算产生偏差、无法准确识别节理间隙的填充物性质、对地下水的状态识别不准确等问题，导致自动地质素描报告的准确度不高。

自动地质素描所需要的三维扫描仪等专用设备的价格不菲，无论购买还是租用的费用都较高。

4.各建设相关方对地质素描的认识与认可度不高，不能有效发挥地质素描指导施工与设计变更的作用。

作者在参建马来西亚MRT地铁时，业主强制要求开展地质素描工作，在每一开挖进尺的地质素描报告中要对当前掌子面围岩等级进行界定，并提出下一开挖进尺的围岩等级预测、开挖进尺建议、施工措施调整建议等内容，地质素描报告由施工技术人员与咨询方（监理）现场工程师共同签署，签署后的地质素描报告作为后续设计施工变更与工程结算的直接依据，由于地质素描在施工管理与工程款结算中的重要作用，各建设相关方对地质素描工作非常重视。

但国内暗挖隧道的地质素描工作开展较少，导致各建设相关方对地质素描的认识不足，且施工单位编制的地质素描报告不能得到现场监理工程师的签认，导致业主、设计等单位对地质素描报告不予认可，只能作为施工单位的内部技术手段与管理措施，不能有效发挥地质素描指导施工与设计变更的作用，打击了施工单位开展地质素描工作的积极性。

四、暗挖隧道工程推广应用地质素描的建议1.统一相关建设标准规范要求，或制定专门的暗挖隧道地质素描规范。

建设标准规范是工程建设的基准，为了更好地推广地质素描在暗挖隧道工程中的应用，应统一相关建设标准规范中的要求，或制定专门的暗挖隧道工程地质素描规范，并要求各建设相关方按照标准规范要求严格执行到位。

2.总结暗挖隧道地质素描工作技术经验，培养专业人才与团队。

收集整理地质素描专业知识资料，结合工程应用实例，全方位总结暗挖隧道的地质素描技术经验，包括但不限于地质基础知识、岩体性质辨识、地质罗盘使用、地质素描内容、技术要点、地质变化的特性与征兆、工作流程等，统一地质素描报告格式与施工围岩级别判定标准，建立完善的暗挖隧道地质素描知识体系与管理体系，为暗挖隧道地质素描的快速推广应用做好知识储备。

积极开展暗挖隧道地质素描宣传与培训工作，培养专业人才，培育专业团队，做好暗挖隧道地质素描推广应用的人力资源储备。

3.提高自动暗挖隧道地质素描的技术水平，降本提效。

加大对暗挖隧道地质素描技术的研究，通过信息化手段提高自动地质素描的技术水平，通过技术优化降低暗挖隧道自动地质素描的设备成本与人力成本，不断提高暗挖隧道自动地质素描的效率与质量。

4.提高暗挖隧道地质素描工作的认可度，充分发挥指导施工与设计变更的作用。

普及暗挖挖隧道地质素描知识，提高各建设相关单位对暗挖隧道地质素描工作的认可度。

充分借鉴国外管理经验，施工单位应加大与业主、监理、设计、勘察等相关单位的沟通协调，争取监理单位对地质素描报告签认，进而争取业主同意将地质素描报告作为设计变更依据，并根据地质素描报告中明确的变更措施予以工程款结算。