地质观察在矿井隧道施工安全评估中的应用

金红帅

（中钢集团郑州金属制品研究院股份有限公司，河南 郑州 450000）

针对特殊用途的局部初支隧道或毛洞再次投入使用有必要进行针对性的安全评估，若只是茫无目的加固不但延长了后期投入使用的时间，也增加了经济上的负担。目前，多数相关矿井隧道安全评估规范主要针对具有完善复合衬砌的运营隧道，针对特殊用途的局部初支隧道或毛洞较少。笔者认为，再次投入使用的局部初支隧道或毛洞的安全评估应该由地质观察入手，以地质观察为基础，开展其他方面的必要工作。现以矿山工程实例为基础，从地质观察入手，从岩性、结构、构造、蚀变、结构面特征及渗漏水等方面与设计资料进行比对分析，进而对再次投入使用的局部初支隧道或毛洞进行整体上的初步安全评价，为后期工作提供基础和依据。

1 矿井隧道概况

矿井隧道共分为5个隧道段，分别为进入隧道段、1#主隧道段、2#主隧道段、3#主隧道段及施工隧道段，最大埋深约332m；隧洞长约3公里，于2011年投运，原设计使用年限5年，后期主要用于参观、物资存放等；主隧道断面尺寸为6.2m，隧道断面高度7.1m，隧道进口段50米范围内采用钢筋混凝土衬砌作为永久支护形式，隧道内其它段落拱顶采用喷锚支护作为永久支护形式，边墙采用裸洞形式；场区围岩可划归为II类；隧道二次衬砌设计厚度55cm。

2 矿井隧道工程地质条件

2.1 地层特性

矿区地层特性主要为燕山期中-粗粒花岗岩和泥盆纪砂岩。花岗岩和砂岩接触带发育角岩和角岩化砂岩，接触带未见构造作用和热液蚀变作用所形成的软弱破碎带，同化混染现象普遍存在，工程性质良好。

2.2 地质构造

矿井主要构造为节理、褶皱及断裂。

场址区节理主要分布于矿体中，绝大部分为剪节理，闭合光滑无填充，个别节理硅质胶结，结合紧密，未见软弱带和泥化现象。节理倾向主要是200°与275°两个方向，为高角度节理，节理延伸长度集中在1m～5m范围内。

褶皱主体为北东向的排牙山背斜，分布于响螺山-排牙山-虎头山一带，背斜轴呈北东50°～60°，向北东倾伏。背斜核部的地层为中泥盆统老虎头组砂岩、砂砾岩；两翼为上泥盆统春湾组杂色砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩夹条带状钙硅质岩等。

研究区域范围位于莲花山断裂的西南端，在此范围内该断裂带分为南北两支：北支为五华-深圳断裂，由多条断裂雁列组成，总体走向40°～60°，倾向NW，倾角60°～80°；南支为大埔-海丰断裂带，亦由多条断裂雁列组成，总体倾向SE，倾角50°～60°，见图1。

图1 地质构造纲要图

3 本次地质观察

笔者针对矿井隧道进入隧道段围岩从岩性、结构、构造、节理特征、风化程度、蚀变及地下水等方面进行初步调查，进而与设计进行比对分析，初步评价该隧道的安全性。

3.1 矿石特性观察

笔者通过对矿井隧道进入隧道段出露围岩进行详细观察，矿石主要为灰白色-浅肉红色中粗粒花岗岩，具有典型的花岗结构，锤击声较清脆，有轻微回弹，稍震手，较难击碎，浸水后有轻微吸水反应，为较硬岩，块状-碎裂状构造，见图2。

图2 典型花岗岩

3.2 节理裂隙、蚀变及地下水观察

节理、裂隙是矿体在应力作用下形成的结构面，是一种能反映出矿体内主要构造特点的结构特征。节理的分布情况影响着围岩的稳定性，通过对矿井隧道围岩内分布的节理裂隙进行测量，记录其产状、数量等，将节理裂隙分布情况制作成玫瑰花图，来分析围岩的完整性。

笔者通过对矿井隧道进入隧道段94条节理进行观察、统计分析，见表1、图3、图4，得出观察区节理以单向节理为主，剪节理次之，节理倾向主要是300°，倾角大于60°，为高角度节理；单向节理段围岩较完整，节理裂隙较闭合，未见明显的填充物，该段矿石整体上微-中风化，未见明显的渗漏水现象及蚀变现象，围岩稳定性较好；剪节理段，矿石破碎，中-强风化，沿节理面见有明显的渗漏水及滴水现象，并伴生有褐铁矿化现象，使矿石呈褐黄色-褐红色，节理间隙内填充物主要为泥质、铁质等，围岩稳定性一般-较差。

表1 进入隧道段节理倾向分组统计表

图3 节理倾向玫瑰图

图4 节理倾角分布直方图

4 结语与建议

通对矿井隧道进入隧道段地质观察结果与设计资料进行对比分析，该段围岩整体上未发生蚀变、风化，在应力场分布方面基本上与区域应力场一致，未发生明显的改变，围岩整体上基本稳定，只有局部剪节理发育部位有明显的蚀变及地下水发育，应该加强关注。

本次地质观察主要从围岩的特性、结构、构造、蚀变及地下水等方面进行的定性分析，与观察者经验有关，笔者认为，要对矿井隧道安全性做出最终评价，应该在地质观察的基础上进行取样（水质分析、矿石强度等）、进行深部围岩质量勘察（地质雷达等）及监测等，并从各方面进行与设计比对分析，进行有效性的综合性安全评价。