软弱围岩隧道掌子面地质素描作业指导书.doc

新建铁路成都至兰州线CLZQ－6标段

隧道掌子面地质素描作业指导书

编 制:
复 核:
审 核:

中铁五局成兰铁路工程茂县指挥部
二○一四年四月

目 录
1、适用范围 1
2、作业准备 1
2.1内业技术准备 1
2.2外业技术准备 1
3、现场素描 1
4、掌子面地质素描记录表基本内容 2
4.1、掌子面状态 2
4.2、毛开挖状态 3
4.3、岩石强度（MPa） 4
4.4、风化程度 4
4.5、裂隙间距（mm） 5
4.6、裂隙形态 5
4.7、涌水状态 5
4.8、围岩级别划分 5
4.9、描述的基本内容 5
4.10、产状要素的确定 8
5、地质素描示例 10
6、分析判断 12

隧道掌子面地质素描作业指导书
1、适用范围
本作业指导书适用于成兰铁路CLZQ-6标隧道掌子面地质素描。
2、作业准备
2.1内业技术准备
1）熟悉了解已有勘察资料，掌握掌子面所处地段的地层岩性、构造特征、不良地质及水文地质特征；
2）熟悉了解其他预报手段探测成果，分析判断掌子面所处地段工程地质与水文地质特征可能出现的差异（与勘察成果比较）
2.2外业技术准备
准备好洞内素描所需要的工具：外业包、罗盘、地质锤、笔记本、数码相机等。
3、现场素描
现场素描，首先应对掌子面及掌子面附近开挖段进行详细观察。首先从岩性、岩体完整性、出水量大小等方面进行大范围、前后左右对比，宏观把握地层岩性等的变化。对于地层颜色、软硬程度、节理裂隙发育状况、出水量与周围岩体发生明显差异的部位，进行重点详细观察，通过手触、锤击、采集样本详细观察查明差异的性质，分析造成差异的原因。地质素描应记录以下信息：
1） 工程地质信息
（1） 地层岩性：描述地层时代、岩性、产状、层间结合程度、风化程度等。
（2） 地质构造：描述褶皱、断层、节理裂隙特征等。断层的发育位置、产状、性质、破碎带的宽度、物质成分、含水情况以及与隧道的关系；褶皱的性质、形态、地层的完整程度等；节理裂隙的组数、产状、间距、充填物、延伸长度、张开度及节理面特征，分析组合特征、判断岩体完整程度。
节理裂隙的描述首先应根据其产状特征进行分组归类，一般产状差异不大的节理应划分为一组。对于成组出现的节理，应示意性地标示在图纸上，图纸采用的节理倾角应为换算的视倾角，标注的产状为真实产状，图示节理间距应能表明其真实发育程度（即不同发育程度的节理组，在图纸上显示节理间距应不同）。对于零星发育的节理应作为随机节理描述，贯通性好、对岩体稳定性影响大的随机节理（包括岩脉）应重点描述，并按其实际出露位置标示在图纸上。
（3）岩溶：描述岩溶规模、形态、位置、所属地层和构造部位，充填物成分、状态，以及岩溶展布的空间关系。
（4）特殊地层：煤层、沥青层、含膏盐层、膨胀岩和含黄铁矿层应单独描述。
（5）人为坑洞：正在使用或废弃的各种坑道和洞穴的分布位置及其与隧道的空间关系。
（6）地应力：包括高地应力显示性标志及其发生部位，如岩爆、软弱夹层挤出、探孔饼状岩心等现象。
（7）塌方：应记录塌方部位、方式与规模及其随时间的变化特征，并分析产生塌方的地质原因及其对继续掘进的影响。
（8）有害气体及放射性危害源存在情况。
2）水文地质信息
出水段落及范围、出水形态及出水量大小（渗水、滴水、滴水成线、股水（涌水）、暗河）。必要时进行地表相关气象、水文观测，判断洞内涌水与地表径流、降雨的关系。
3）影像信息
隧道内重要的和具代表性的地质现象应进行摄影或录像。
4、掌子面地质素描记录表基本内容
4.1、掌子面状态
1）填写内容：稳定、正面掉块、正面挤出、正面不能自稳、其它。
2）填写依据
现场观察并依据下表《隧道围岩分类》正确填写。
隧道围岩分类
类

别
围岩主要工程地质条件
围岩开挖后
的稳定状态（坑道跨度5m时）
围岩弹性纵波速度
Vp（km/s）
主要工程地质特征
结构特征
和完整状态
Ⅰ
硬质岩石[饱和抗压极限强度Rb>60MPa（600kgf/cm2）]：受地质构造影响轻微，节理不发育，无软弱面（或夹层）；层状岩层为厚层，层间结合良好。
呈巨块状整体结构
围岩稳定，无坍塌，可能产生岩爆。
＞4.5
Ⅱ
硬质岩石[Rb>30MPa（300kgf/cm2）]：受地质构造影响较重，节理较发育，有少量软弱面（或夹层）和贯通微张节理，但其产状及组合关系不致产生滑动；层状岩层为中层或厚层，层间结合一般，很少有分离现象；或为硬质岩石偶夹软质岩石。
呈大块状砌体结构
暴露时间长，可能会出现局部小坍塌，侧壁稳定，层间结合差的平缓岩层，顶板易塌落。
3.5~4.5
软质岩石[Rb≈30MPa（300kgf/cm2）]：受地质构造影响轻微，节理不发育；层状岩层为厚层，层间结合良好。
呈巨块状整体结构

Ⅲ
硬质岩石[Rb>30Mpa（300kgf/cm2）]：受地质构造影响严重，节理发育，有层状软弱面（或夹层），但其产状及组合关系尚不致产生滑动；层状岩层为薄层或中层；层间结合差，多有分离现象，或为硬、软质岩石互层。
呈块（石）碎（石）状镶嵌结构
拱部无支护时可产生小坍塌，侧壁基本稳定，爆破震动过大易坍。
2.5~4.0
软质岩石[Rb=5MPa～30Mpa（50～300kgf/cm2）]：受地质构造影响较重，节理较发育；层状岩层为薄层、中层或厚层；层间结合一般。
呈大块状砌体结构
Ⅳ
硬质岩石[Rb>30Mpa（300kgf/cm2）]：受地质构造影响很严重，节理很发育；层状软弱面（或夹层）已基本被破坏。
呈碎石状压碎结构
拱部无支护时可产生较大的坍塌，侧壁有时失去稳定。
1.5~3.0
软质岩石[Rb=5MPa～30Mpa（50～300kgf/cm2）]:受地质构造影响严重，节理发育。
呈块（石）碎（石）状镶嵌结构
土：1.略具压密或成岩作用的粘性土及砂性土
2.一般钙质,铁质胶结的碎、卵石土、大块石土
3.黄土（Q1、Q2）
1、 呈大块状压密结构
2、 呈巨块状整体结构

Ⅴ
石质围岩位于挤压强烈断裂带内，裂隙杂乱，呈石夹土或土夹石状。
呈角（砾）碎（石）状松散结构
围岩易坍塌，处理不当会出现大坍塌，侧壁经常小坍塌，浅埋时易出现地表下沉（陷）或坍至地表
1.0~2.0
一般第四系的半干硬～硬塑的粘性土及稍湿至潮湿的一般碎、卵石土圆砾，角砾土及黄土（Q3，Q4）
非粘性土呈松散结构粘性土及黄土呈松软结构
Ⅵ
石质围岩位于挤压极强烈的断裂带内，呈角砾、砂、泥松软体。

围岩极易坍塌变形、有水时土砂常与水一齐涌出，浅埋时易坍至地表
＜1.0(饱和状态的土＜1.5
软塑状粘性土及潮湿的粉细砂等。
粘性土呈易蠕动的松软结构；砂性土呈潮湿松散结构
4.2、毛开挖状态
1）填写内容：自稳、随时间松弛、掉块、自稳困难、要及时支护、要超前支护、其它。
2）填写依据
依据上表《隧道围岩分类》及相关设计资料填写。
4.3、岩石强度（MPa）
1）填写内容：30～60、15～30、5～1、＜5、其它。
2）填写依据
依据下表《岩石坚硬程度的划分表》正确填写。
岩石坚硬程度的划分表
岩石类别
单轴饱和抗压强度Rc (MPa)
代 表 性 岩 石
硬
质
岩
极硬岩
Rc＞60
未风化或微风化的花岗岩、片麻岩、闪长岩、石英岩、硅质灰岩、钙质胶结的砂岩或砾岩等
硬 岩
30＜Rc≤60
弱风化的极硬岩；未风化或微风化的熔结凝灰岩、大理岩、板岩、白云岩、灰岩、钙质胶结的砂岩、结晶颗粒较粗的岩浆岩等
软
质
岩
较软岩
15＜Rc≤30
强风化的极硬岩；弱风化的硬岩；未风化或微风化的云母片岩、千枚岩、砂质泥岩、钙泥质胶结的粉砂岩和砾岩、泥灰岩、泥岩、凝灰岩等
软 岩
5＜Rc≤15
强风化的极硬岩；弱风化至强风化的硬岩；弱风化的较软岩和未风化或微风化的泥质岩类；泥岩、煤、泥质胶结的砂岩和砾岩等
极软岩
Rc≤5
全风化的各类岩石和成岩作用差的岩石
4.4、风化程度
1）填写内容：微风化、弱风化、强风化、全风化、其它。
2）填写依据
依据下表《风化程度分级表》正确填写。
风化程度分级表
风化程度
野外特征
未风化
岩质新鲜，未见风化痕迹
微风化
组织结构基本未变，仅节理面有铁锰质渲染或矿物略有变色，有少量风化裂隙
中等风化
组织结构部分破坏，矿物成分发生变化，节理面附近的矿物风化成土状，风化裂隙发育，岩体被切割成20~50cm的岩块，锤击易碎，用镐难挖掘，岩心钻方可钻进
强风化
组织结构大部分破坏，矿物成分已显著变化，含大量粘土质粘土矿物，风化裂隙很发育，岩体被切割成碎块，干时可用手折断或捏碎，浸水或干湿交替时可较迅速地软化或崩解，用镐或锹可挖掘，干钻可钻进
全风化
组织结构已全部破坏，矿物成分已全部改变并已风化成土状，锹镐易挖掘，干钻易钻进，具可塑性
4.5、裂隙宽度（mm）
1）填写内容：＞5、3～5、 1～3、＜1、其它。
2）填写依据
依据下表《节理宽度分级表》正确填写。
节理宽度分级表
分级名称
节理宽度 单位（mm）
密闭节理
b＜1
微张节理
1≤b＜3
张开节理
3≤b≤5
宽张节理
b＞5
4.6、裂隙形态
1）填写内容：密集、部分张开、开口、夹有粘土、其它。
2）填写依据
依据上表《节理宽度分级表》正确填写。充填有软弱介质的节理如实填写。
4.7、涌水状态
1）填写内容：无水、渗水、整体湿润、涌出或喷出、特别大。
2）填写依据
依据下表《地下水状态的分级表》正确填写。
地下水状态的分级表
级别
状态
渗水量〔L/（min·10m）〕
Ⅰ
干燥或湿润
＜10
Ⅱ
偶有渗水
10~25
Ⅲ
经常渗水
25~125
注：任一隧道延米地下水涌出量大于1.5m3/d的地段进行注浆堵水。
4.8、围岩级别划分
按设计填写。
4.9、描述的基本内容
1）岩性
（1）地层时代及岩性
跃龙门隧道右线测区属构造剥蚀中～高山地貌，隧道洞身穿越志留系中上统茂县群（S[2-3]mx(1)）第一亚组千枚岩、炭质千枚岩夹灰岩；志留系下统龙马溪群（S[1]ln）黑色炭质板岩与薄层硅质岩互层；奥陶系中统宝塔组（O[2]b）泥灰岩、结晶灰岩；寒武系下统清平组（∈[1]c）粉砂岩、磷灰岩；震旦系下统邱家河组（Zbq）硅质岩、页岩、炭质页岩夹灰岩、白云岩；同时本区分布有大面积的侵入岩岩脉（βμ），以辉绿岩为主。
杨家坪隧道洞身主要通过志留系中上统茂县群（S2-3mx1、Smx3、Smx4、Smx5）千枚岩、炭质千枚岩、灰岩、石英千枚岩、透镜状泥质灰岩、砂岩等。
（2）风化程度
参照4.4、风化程度描述。
2）地质构造
（1）褶皱、断层、节理裂隙特征
①褶皱
岩层在形成时，一般是水平的。岩层在构造运动作用下，因受力而发生弯曲，一个弯曲称褶曲，如果发生的是一系列波状的弯曲变形，就叫褶皱。
要描述褶皱的性质、形态、地层的完整程度等。
②断层
岩层或岩体在构造运动影响下发生破裂，若破裂面两侧岩体沿破裂面发生了明显的相对位移，这种构造就称为断层。
断层要描述断层的发育位置、产状、性质、破碎带的宽度、物质成分、含水情况以及与隧道的关系
③节理裂隙
岩石受力作用形成的破裂面或裂纹，称为节理，它是破裂面两侧的岩石没有发生明显位移的一种构造。
节理裂隙要描述节理裂隙的组数、产状、间距、充填物、延伸长度、张开度及节理面特征，分析组合特征、判断岩体完整程度。
节理裂隙的描述首先应根据其产状特征进行分组归类，一般产状差异不大的节理应划分为一组。对于成组出现的节理，应示意性地标示在图纸上，图纸采用的节理倾角应为换算的视倾角，标注的产状为真实产状，图示节理间距应能表明其真实发育程度（即不同发育程度的节理组，在图纸上显示节理间距应不同）。对于零星发育的节理应作为随机节理描述，贯通性好、对岩体稳定性影响大的随机节理（包括岩脉）应重点描述，并按其实际出露位置标示在图纸上。

破坏面和破坏带分类描述
岩体完整程度的划分
完整程度
结 构 面 特 征
结构类型
岩体完整性指数（Kv）
完整
结构面1～2组, 以构造型节理或层面为主, 密闭型
巨块状整体结构
Kv＞0.75
较完整
结构面2～3组, 以构造型节理、层面为主, 裂隙多呈密闭型，部分为微张型，少有充填物
块状结构
0.75≥Kv＞0.55
较破碎
结构面一般为3组, 以节理及风化裂隙为主，在断层附近受构造影响较大，裂隙以微张型和张开型为主，多有充填物
层状结构, 块石、碎石状结构
0.55≥Kv＞0.35
破碎
结构面大于3组, 多以风化型裂隙为主，在断层附近受构造作用影响大，裂隙宽度以张开型为主，多有充填物
碎石角砾状结构
0.35≥Kv＞0.15
极破碎
结构面杂乱无序，在断层附近受断层作用影响大，宽张裂隙全为泥质或泥夹岩屑充填，充填物厚度大
散体状结构
Kv≤0.15
层状岩层的层厚划分
巨厚层：大于1m； 厚层：大于0.5m； 中层：0.1m～0.5m； 薄层：小于0.1m。
（注：沉积岩才有薄层状，变质岩一般可以叫薄片状或薄板状。）
围岩节理发育程度划分
等 级
基 本 特 征
节 理
不发育
节理（裂隙）1～2组，规则，为原生型或构造型，多数间距在1m以上，多为密闭，岩体被切割呈巨块状
节 理
较发育
节理（裂隙）2～3组，呈x形，较规则，以构造形为主，多数间距大于0.4m，多为密闭，部分微张，少有充填物，岩体被切割呈大块状
节 理
发 育
节理（裂隙）3组以上，不规则，呈x形或米字形，以构造型或风化型为主，多数间距小于0.4m，大部分微张，部分张开，部分为粘性土充填，岩体被切割呈块（石）碎（石）状
节 理
很发育
节理（裂隙）3组以上，杂乱，以风化型和构造型为主，多数间距小于0.2m，微张或张开，部分为粘性土充填，岩体被切割呈碎石状
3）岩溶
描述岩溶规模、形态、位置、所属地层和构造部位，充填物成分、状态，以及岩溶展布的空间关系。
4）特殊地层
煤层、沥青层、含膏盐层、膨胀岩和含黄铁矿层应单独描述。
5）人为坑洞
正在使用或废弃的各种坑道和洞穴的分布位置及其与隧道的空间关系。
6）地应力
包括高地应力显示性标志及其发生部位，如岩爆、软弱夹层挤出、探孔饼状岩心等现象。
7）塌方
应记录塌方部位、方式与规模及其随时间的变化特征，并分析产生塌方的地质原因及其对继续掘进的影响。
8）有害气体及放射性危害源存在情况。
4.10、产状要素的确定
  岩层的空间位置决定于其产状要素，岩层产状要素包括岩层的走向、倾向和倾角见下页图。

岩层产状要素极其测量方法
1）岩层走向的测量
岩层走向是岩层层面与水平面相交线的方位，测量时将罗盘长边的底棱紧靠岩层层面，当圆形水准器气泡居中时读指北或指南针所指度数即所求（因走向线是一直线，其方向可两边延伸，故读南、北针均可）。
2）岩层倾向的测量
岩层倾向是指岩层向下最大倾斜方向线（真倾向线）在水平面上投影的方位。测量时将罗盘北端指向岩层向下倾斜的方向，以南端短棱靠着岩层层面，当圆形水准器气泡居中时，读指北针所指度数即所求。
3）岩层倾角的测量
岩层倾角是指层面与假想水平面间的最大夹角，称真倾角。真倾角可沿层面真倾斜线测量求得，若沿其他倾斜线测得的倾角均较真倾角小，称为视倾角。测量时将罗盘侧立，使罗盘长边紧靠层面，并用右手中指拨动底盘外之活动扳手，同时沿层面移动罗盘，当管状水准器气泡居中时，测斜指针所指最大度数即岩层的真倾角。若测斜器是悬锤式的罗盘，方法与上基本相同，不同之处是右手中指按着底盘外的按纽，悬锤则自由摆动，当达最大值时松开中指，悬锤固定所指的读数即岩层的真倾角。
4）岩层产状的记录方法
如用方位角罗盘测量，测得某地层走向是330°、倾向为240°、倾角为50°，记做330°/SW∠50°，或记做240°∠50°（即只记倾向与倾角即可）。如果用方位角罗盘测量但要用象限角记录时，则需把方位角换算成象限角，再作记录。 如上述地层产状其走向应为γ=360°－330°=30°，倾向β=240°-180°=60°。其产状记作N30°W/SW∠50°，或直接记作S60W∠50则可。在地质图或平面图上标注产状要素时，需用符号和倾角表示。首先找出实测点在图上的位置，在该点按所测岩层走向的方位画一小段直线（4mm）表示走向，再按岩层倾向方位，在该线段中点作短垂线（2mm）表示倾向，然后，将倾角数值标注在该符号的右下方。
5、地质素描示例

成兰铁路成川段
掌子面地质素描记录表
工程名称：杨家坪隧道 施工里程： 编号：
编号
项目
名称
状态描述
1
掌子面尺 寸
开挖宽度（m）

开挖高度（m）

开挖面积（m2）

开挖方式

其他

2
掌子面状 态
正面不能自稳
3
毛开挖面状态
要超前支护
4
岩石强度（MPa）
15～30
5
风化程度
强风化
6
裂隙间距（mm）
3～5
7
裂隙形态
部分张开
8
涌水状态
渗水
9
围岩级别划分
V级
附图

【岩 性】：掌子面为志留系中上统茂县群千枚岩，强风化，受构造影响，围岩破碎。
【结构构造】：岩层为碎裂状构造，节理裂隙发育，节理面主要为三组，产状分别为 132°∠23°、132°∠23°、132°∠23°（实测填写）。
【地下水】：地下水较发育，掌子面渗水。
【围岩稳定性】：掌子面岩体破碎，围岩稳定性差。
记录人： 复核： 监理工程师： 年 月 日
6、分析判断
根据现场素描获得的地质信息，依据工程地质现象发生的一般规律（地质前兆），结合勘察资料、其他预报手段成果进行综合分析判断，预测预报前方工程地质条件，对于可能发生重大地质异常的地段，提出进行进一步核实预报的措施手段。
断层破碎带的集中主要临近前兆：
1）节理组数的急剧增加。临近断层破碎带时，节理组数可多达6～12组；
2）临近断层破碎带时，出现牵引褶曲或牵引褶皱；
3）临近断层破碎带时，有时会出现由弧形节理组成的小型施卷构造或反倾节理；
4）临近断层破碎带时，一般岩石强度都明显降低；
5）逆断层为主的断层破碎带附近会出现压裂岩和碎裂岩(多数情况下出现夹泥或铁锈染压裂岩、碎裂岩)，平移断层为主的断层破碎带附近会出现以11节理为代表的节理密度明显增加。
大规模塌方的临近前兆主要有：
1）顶板岩石开裂，裂缝旁有岩粉喷出或洞内无故尘土飞扬；
2）支撑拱架变形或发生声响；
3）拱顶岩石掉块或裂缝逐渐扩大；
4）干燥围岩突然涌水等。
煤与瓦斯突出的临近前兆：
1）掌子面岩层发生鼓裂；
2）瓦斯含量突然增大或忽高忽低；
3）工作面有移动感；
4）工作面发出瓦斯强涌出的嘶嘶声，同时带有煤尘；
5）工作面附近，时常听到沉雷声或闷雷声。

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