引汉济渭秦岭隧洞岭北TBM段围岩工程地质环境研究

摘要

引汉济渭秦岭隧洞穿过许多复杂地质单元和构造带，采用传统的地质分析方法预测软岩大变形、围岩失稳、突水涌泥等不良工程地质问题难度很大。针对秦岭输水隧洞围岩特点运用新的构造理论和分析方法对岭北TBM（TunnelBoringMachine）施工段工程地质环境进行分析，有利于优化围岩分类和为隧洞超前地质预报奠定基础。论文具有潜在的工程应用价值和科学意义。 (1)对隧洞地质条件预报研究方法以及隧洞内各种不良地质体出现的前兆特征进行归类总结，分析各种预报方法的优缺点和适用性，指出岭北TBM施工段围岩工程地质环境研究存在的问题是区域构造背景分析与围岩特性分析脱节，围岩分类未能体现出秦岭隧洞隧址区构造的个性特点。 (2)将以板块构造为核心的秦岭造山带理论研究成果作为背景应用于秦岭隧洞地质环境研究中，对隧址区不同构造单元内的岩性分布、地质构造特点进行分析，厘定各构造岩片的大地构造单元归属。 (3)对秦岭隧洞岭北TBM施工段地表及洞室内构造变形特征和空间展布规律进行分析，借助极射赤平投影分析片理和节理产状的空间变化规律，恢复构造应力场，探讨构造变形机制，从宏观尺度预测秦岭隧洞围岩断层、节理、片理等地质环境特征。 (4)对岭北TBM段洞室内典型断面的围岩显微构造特征进行分析，揭示围岩的矿物组成以及微观构造特征，为隧洞工程地质分区和超前地质预报提供依据。 (5)在对当前隧洞围岩分类的几种主要方法进行评述的基础上，分析以水利水电工程围岩分类方法为依据的岭北TBM施工段围岩分类结果的特点和规律性，探索大地构造单元归属、脆性断裂、韧性断裂、岩性对围岩分类的影响，提出优化围岩分类的建议思路。 本文首次将以板块构造为核心的秦岭造山带理论研究成果作为背景应用于隧洞地质环境研究中，可称之为一级决定论，尺度最大。秦岭隧洞的岩性分布，即群、组、段的分布受制于各自的板块位置和沉积、火山活动、变质环境，分布具有规律性，从根本上决定了围岩基本特性，属于二级决定论。本文的特点在于为秦岭隧洞超前地质预报奠定基础，提出了一级决定论、二级决定论，层层逼近三级尺度（围岩超前地质预报范围）的研究思路。

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摘 要

Abstract

1绪论

1.1引言

1.2研究意义

1.2.1TBM施工段隧洞工程地质环境研究意义

1.2.2引汉济渭秦岭输水隧洞工程地质环境研究意义

1.3隧洞工程地质环境国内外研究现状

1.3.1隧洞工程地质问题研究现状

1.3.2隧洞工程地质条件预测研究现状

1.4秦岭输水隧洞工程地质研究现状

1.5秦岭造山带研究现状

1.5.1大地构造理论研究现状

1.5.2秦岭造山带理论的主要研究成果

1.6秦岭输水隧洞岭北TBM施工段主要工程地质问题

1.6.1勘察和设计阶段预测的工程地质问题

1.6.2施工阶段出现工程地质问题的验证

1.7秦岭输水隧洞工程地质环境研究存在的问题

1.8研究内容、方法及技术路线

1.8.1研究内容

1.8.2研究方法

1.8.3技术路线

2隧洞超前地质预报综述

2.1隧洞超前地质预报的定义及内容

2.2隧洞超前地质预报方法分类

2.2.1地质分析方法

a.隧洞地面地质调查与复查

b.掌子面编录法

c.断层参数法

d.不良地质体前兆法

e.地面地质体投射法

2.2.2物探方法

a.TSP探测法

b.水平声波剖面法（HSP）

c.TRT探测法

d.地质雷达法

e.红外线探测法

f.陆地声纳法

g.BEAM探测法

2.2.3超前地质钻探

a.超前水平钻探

b.超前导洞

2.3隧洞超前地质预报研究方法评价

2.4隧洞超前地质预报存在的问题

2.5本章小结

3秦岭输水隧洞岭北TBM施工段大地构造单元划分研究

3.1工程概况

3.2区域构造背景

3.2.1秦岭造山带构造单元划分

3.2.2秦岭造山带三个主要演化时期

3.2.3秦岭造山带三大套构造岩石地层单元

3.2.4岭北TBM施工段大地构造单元的槽台学说划分

3.2.5槽台学说与板块学说的区别

3.3岭北TBM施工段地形地貌特征

3.4岭北TBM施工段地质构造特征

3.5岭北TBM施工段岩性分布特点

3.6岭北TBM施工段分段工程地质和水文地质条件评价

3.7岭北TBM施工段围岩划分的一级和二级决定论

3.8本章小结

4岭北TBM施工段地表和洞室构造变形特点分析

4.1构造变形指示标志特征

4.2地表构造变形分析

4.2.1商丹韧性断裂带露头观测

4.2.2丹凤群露头观测

4.2.3罗汉寺岩群露头观测

4.2.4刘岭群露头观测

4.3洞室构造变形分析

4.4地表构造与洞室构造综合对比分析

4.5本章小结

5岭北TBM施工段围岩显微构造特征

5.1围岩细观尺度研究意图

5.2岩石薄片制作

5.3典型断面围岩显微组构分析

5.3.1商丹断裂围岩显微构造分析

5.3.2罗汉寺岩群围岩显微构造分析

5.3.3刘岭群围岩显微构造分析

5.4岭北花岗岩、千枚岩扫描电镜分析

5.4.1岭北花岗岩扫描电镜分析

5.4.2岭北千枚岩扫描电镜分析

5.5岭北TBM施工段分段构造特征

5.6围岩工程地质环境对TBM掘进的影响

5.7本章小结

6秦岭输水隧洞围岩分类优化研究

6.1常用围岩分类标准的特点和比较

6.2岭北TBM施工段围岩分类特点

6.3岭北TBM施工段围岩类别变化规律和围岩分类优化思路

6.4本章小结

7结论与展望

7.1结论

7.2展望

致 谢

参考文献

附 录