极简隧道工程地质知识

极简隧道工程地质知识（供老中铁路II标段现场工程师参考）第一节沉积岩一、沉积岩的含义沉积岩是由原来的岩石（主耍是岩浆岩，也有变质岩、沉积岩）在地表经受大气营力的风化破坏作用后，其破坏的物质或者停留在原地或者被搬运到它处沉积下来，经过硬结成岩作用而成的。沉积岩是地表分布很广的岩石，大约占地球表面的75%,其厚度各处不一。沉积岩的形成有三个途径。1.原来的岩石由于机械破坏作用形成细小的碎屑物，其原来成分很少受到改变。这些碎屑物被搬运到一定位置后沉积下来，就称为碎屑沉积物。2.由于水和水中的酸、氧、二氧化碳等的作用，使岩石分解，可溶部分溶入水中，并被搬运到其他地方，在一定的环境下，从溶液中沉淀下来而形成化学沉积物。如石膏、岩盐等。3.由于生物作用的结果而形成的沉积物称为生物沉积物，如动植物遗体的堆积等。这些沉积物，开始是松散的，后来经过相当长的时间变为周致密坚硬的岩石。这一过程称为沉积物固结。固结的因素很多，如由于不断的沉积的作用，沉积物厚度增加，下部物质受到愈来愈大的压力，而逐渐变得紧密。同时，溶于水中的物质以及被水带来的其他物质沉淀下來，使原来松散的沉积物发生胶结。胶结物可以是硅质的、铁质的、钙质的、泥质的等各种成分，其中以 硅质胶结的最为牢固，铁质的易于风化，钙质的易于溶解，而泥质胶结的遇水软化、崩解。岩石中的胶结物成分可以是单一的，也可以是多种的。此外，还有物质的重结晶作用等均可使沉积物发生固结。二沉积岩的构造沉积岩的构造主耍有下列几种：1•层理，是沉积岩最突出的构造特征。沉积是缓慢的长期的过程，在不同的时期，有不同的沉积条件和不同的沉积成分，这就决定了沉积岩的成层排列一一层理构造，不同时期沉积的层具有不同的特点（包括成分、硬度、颜色等），层与层之间的接触面称为层面，一般在小范围内当作平面，与较新层之接触面称为顶面，与较老层的接触面为底面，顶面至底面的垂直距离称之为岩层厚度。岩层的厚度向侧方逐渐变薄以致消失称为岩层的尖灭，向四周尖厚层层厚在50-100厘米中层层厚在10~50厘米 薄层层厚在2~10厘米 片状层层厚在0.2~2厘米微细层层厚在＜0.2厘米2•结核，是包括在沉积岩层中的呈各种形状的包裹体，其成分与周围成分有所不同，可以是铁质、钙质、磷质等。其形成原因不一,有的结核是由于水在岩石中活动，溶解了岩石中的某种成分，这些成分聚集到一定程度，环绕着一个中心（如小砂粒、石了等）进行沉积就形成了大致等轴的外形。而有的结核，则是在岩石形成过程中同时形成的。3•化石，古代生物的遗体或遗迹，经过石化作用保存在沙土和岩石中称为化石。不同的时代和不同的环境有不同的生物，因此不同的地层也就有不同的化石。根据地层所含的化石可以推断地层形成的时代及环境。此外，沉积岩中还有波痕、雨痕、干裂、交错层等构造特征。三、沉积岩的分类分类原则，系根据沉积岩的成因类型及其组成物质，见下表。四、主要沉积岩描述沉积岩根据成因不同，可分为四类：碎屑岩、火山碎屑岩、生物岩和化学岩。1•碎屑岩，是由碎屑沉积物形成的才石。根据碎屑颗粒的大小可分可分为粗碎屑岩、砂岩、粉砂岩和粘土岩等。（1）粗碎屑岩，凡碎屑物的直径大于2毫米的岩石称为粗碎屑L±J 碎屑物可以是棱角状的，也可以是圆滑的，其大小不等。棱角状碎屑物可分为：块石（碎屑直径大于200毫米），碎石（直径200-20毫米），角砾（直径20~2毫米）。圆滑的碎屑物可分为：漂石（直径大于200毫米），卵石（直径200-20毫米），砾石（直径20~2毫米）。沉积岩分类表分类特征岩石名称岩石亚类火山碎屑U-I石碎屑结构碎屑直径>200mm集块岩按火山碎屑含量和胶结物分为：层火山集块岩；火山集块岩；熔火山集块岩。碎屑直径2~100mm火山角砾岩按火山碎屑含量和胶结物分为：层火山角砾岩；火山角砾岩；熔火山角砾岩。碎屑直径<2mm凝灰岩按火山碎屑含量和胶结物分为：层凝灰岩；凝灰岩；熔凝灰岩。正常碎屑岩碎屑结构砾状结构粒径>2.0mm砾岩角砾岩（颗粒呈棱角状）；砾岩（颗粒呈浑圆或圆棱状）砂状结构粒径0.05^2.0mm砂岩石英砂岩（颗粒成分中，石英>95%）杂砂岩（石英25~50%,长石15^25%，多量暗色矿物）长石砂岩（石英、长石25^60%）粉砂状结构粒径0.005~0.05mm粉砂岩粉砂岩（石英、长石及粘土矿物等）粘土岩泥质结构粒径<0.005mm泥岩高岭石粘土岩；蒙脱石粘土岩（斑脱岩）；水云母粘土岩页岩粘土页岩；碳质页岩；铁质页岩化学U-I石及生物化学;11石生物结构或化学结构铁质岩赤铁矿；褐铁矿；菱铁矿（岩）镭质岩软镭矿；硬猛矿；菱猛矿（岩）铝质岩红土；铝土磷质岩磷灰岩硅质岩硅藻岩；燧石（岩）碳酸盐岩石灰岩；白云质灰岩；白云岩盐质岩盐岩；石膏岩可燃性有机岩煤；油页岩 由棱角状碎屑胶结而成的岩石称为角砾岩，由圆滑的碎屑胶结而成的称砾岩。其胶结物质可以是硅质(SO或SiO4.nH2O)＞钙质(CaCO3)＞铁质(Fe2O3.nH20或FeCO3)＞粘土质等成分。在描述砾岩和角砾岩时，必须注意碎屑由何种岩石或矿物组成，碎屑的大小、形状、圆度及胶结物质的成分等。因砾岩和角砾岩的强度及工程性能是由碎屑成分及胶结物成分而定的。(2)砂岩，凡碎屑物直径为2~0・05毫米的岩石称为砂岩。砂岩根据其碎屑物的成分可分为：单矿物砂岩，市石英组成；复矿物砂岩，由两种以上的矿物和岩石碎屑组成，如石英、云母、长石、角闪石、辉石、海绿石、磁铁矿、石灰岩及页岩、砂等。如果其中某种成分占主要，则将复矿物砂岩分别称为云母质的、长石质的、角闪石质的、磁铁矿的等。砂砾也有棱角形的和圆滑的。根据砂砾大小，砂岩还可分为：粗砂岩颗粒直径2~0.5毫米，颗粒均匀。中砂岩颗粒直径0・5~0.25毫米，颗粒均匀。细砂岩颗粒亡径0.25^0.05毫米，颗粒均匀。等粒砂岩和不等粒砂岩。砂岩的胶结物质有硅质、钙质、铁质、粘土质等成分。 砂岩的工程地质性质由砂粒的矿物成分及胶结物质的性质而定。(3)粉砂岩，凡碎屑物直径为0.05~0.005毫米的岩石称粉砂岩。与其相当的未经固结的代表性沉积物为黄土。(4)粘土质岩，凡碎屑物的直径小于0.005毫米的岩石。主要成分不是矿物机械破坏的碎屑，而是矿物(主要是长右)经化学变化后的产物。其组成颗粒的直径一般不超过0.005毫米，其中还有许多胶体状颗粒。粘土质岩包括粘土、泥板岩和页岩。粘土具有可塑性，没有粗糙感，比重约为2°5,颜色为红、褐、黄、浅蓝、绿灰、灰或黑色等，矿物成分复杂，主要由高岭石、石英、云母、氧化铁及其他矿物细粒组成。还可含有钙质、碳质、黄铁矿质、沥青质、石膏、盐类等成分。根据粘土的用途可分为耐火粘土、漂白粘土、瓷土、可塑粘土、胶结粘土等。泥板岩为致密坚硬的胶结了的粘土。没有塑性及粘性，能被小刀刻划，具有层理后层理不好，层理好者又常称为粘土质页岩。2.火山碎屑岩火山喷发时，岩浆喷出地表，压力减小大量气体逃逸，岩浆物质被喷至高空，形成火山灰、火山砾、火山弹等碎屑物质，当其降落时,堆积成层，以后经过固结成岩，称火山碎屑岩。这种岩石，物质上为岩浆岩成分，结构构造上具有沉积岩特征，碎屑结构，层理构造。常见的几种火山碎屑岩有：(1)凝灰岩，在火山喷发吋，随着水蒸气和气体喷发至高空的火山灰，玻璃质碎片及围岩的岩屑沉积下来，经胶结作用而成凝灰岩。凝灰岩的成分变化很大，颜色较浅，多为灰口色、灰色、深灰色、绿 灰色或红色等，具有角砾状至火山灰碎屑结构，在野外可见到成层性。凝灰岩分布颇广，在中酸性火山岩发育的地区，…般都可见到凝灰岩,有的地方厚达数百米。凝灰岩可以作为建筑材料，质地纯净的流纹质凝灰岩可作为优良的抗硫酸盐水泥的混合材料。(2)火山角砾岩，火山喷出的颗粒，围岩的碎块，经固结作用而形成的岩石。按火山塑性颗粒的大小，分类如下:(1)粒径〉100毫米，集块岩(2)粒径100~2毫米，火山角砾岩(3)粒径＜2毫米，凝灰岩其中，2-0.5毫米，粗粒状凝灰岩0.5~0・25毫米，中粒状凝灰岩0.25~0.05毫米,细粒状凝灰岩2.生物岩及化学岩生物岩是由生物作用或生物死亡后的遗体堆积而形成的，如煤、石油、沥青、介壳石灰岩、珊瑚石灰岩等。化学岩是随着水流带到湖泊或海洋中去的溶解质，当水分蒸发到饱和而结晶析出形成的。如岩盐、石膏、石灰岩等，化学岩及生物岩的种类较多，兹将对工程有意义的几种介绍如下：(1)石灰岩,简称灰岩，主要成分是CaCO3,遇HC1起泡，硬度3.5左右，小刀能够刻划，颜色常为深灰色、灰黑色，有时略带红、黄或褐色，结构致密，常含有各种生物化石。若由生物堆积形成的有介壳灰岩、珊瑚灰岩等，强度较低。若由化学生成的灰岩，常为结晶质的块状岩石，也有具鲫状结构、肾状结构。其强度由成因而定,如介壳灰岩，抗压强度差，鲫状灰岩易风化，力学强度、抗冻性等较低；竹叶状灰岩强度较高，如含硅质较多则硬度较大，力学强度增高; 硅质灰岩，抗压强度较大，有些常呈硅质条带，若灰岩含由粘土则强度要降低。所有的灰岩，均属微溶解于水的岩石，能被岩石中流动的水所溶解，形成较大的(有时很大)裂隙和溶洞一一这现象称岩溶，岩溶对工程影响很大。如有岩溶且含有水，勘测时要特别注意。(2)泥灰岩，是石灰岩和粘土岩间的过渡类型，石灰岩中粘土含量达20%~50%时即称泥灰岩。常呈灰色、黄色、褐色及红色等。表面致密，滴HC1起泡，起泡后表面可见到白色斑点状之泥质残余物。泥灰岩的物理力学性质与粘土含量有关。一般遇水后易于膨胀，崩解,强度有所降低。(3)白云岩，属化学岩，为白云石［CaMg(C03)21组成，致密块状，为细粒的结晶质岩石，多为灰色，硬度3・5~4,遇热盐酸起泡，粉末遇冷酸可起泡，很少含化石。五、沉积岩鉴定特征1・构造，如层理、结核、化石、雨痕、波痕、干裂、交错层等。2•颗粒一般有磨圆，也有带棱角，但较为少数。3•砂的成分较单一。复杂的少见。砾岩的成分复杂些，颜色也多样化。第二节岩体稳定概念岩体稳定是相对概念，是指在一定时间内，在一定的工程力作用下，岩体不产生破坏性的剪切滑动、塑性变形或张裂的意思。 大量的工程地质实践表明，边坡岩体的破坏，隧洞岩体的塌落，都是沿着岩体中软弱结构面发生的。也就是说岩体受工程作用力的破坏过程，主要是结构体沿着结构面的剪切滑移、拉开，以及整体的累积变形和破坏。第三节地质构造对隧道工程的影响一、水平或倾斜不大的岩层：当隧道通过水平或微倾斜岩层而乂较坚硬的厚层岩层（50厘米以上）都较为稳定，如果是松软的薄岩层，则开挖后可能会有顺层剥落或坍塌的危险，尤其是易风化的半岩质岩层、含水的松软地层，则在施工中会造成更大困难。二、直立岩层：坚硬岩层、地下水很少的直立岩层，一般是较稳定的。如果层次较薄，并有较弱夹层，只要有少量的地下水活动，也会造成较大的地层压力，将有掉块和坍塌冒顶的可能。三、倾斜岩层：岩层倾斜角度的大小和岩层的性质两者对隧道稳定性的影响来说，是带有关键性的因素。若为平缓坚硬的岩层，是较稳定的；当岩层的倾角大，风化破碎并夹有软弱层和地下水活动时，则地层压力较大或产生严重的偏压，如下图，右侧大，左侧小，如在塑性强的粘土质中，可能引起隧道边墙的坍塌或顺层滑动。 有时在一个断面上出现几种岩层，或者出现不整合面或断层破碎带等，这时地层压力是比较复杂的而且是巨大的，同时地下水常沿此活动，在设计施工中都得慎重处理。四、节理：1•是地下水的通道；2•加速风化破坏；3•降低岩石力学强度，降低稳定性；4•降低地基承载能力；5•降低爆破效率。五、褶曲：分为向斜和背斜的影响，在向斜岩层轴部修筑隧道，由于两侧岩层向当中挤压和核部向下堕落，一般压力是较大的；在背斜轴部修筑隧道，往往因张节理的发育，是地下水活动的通过，故应特别注意水的问题。在褶曲地段修筑隧道,最好是选在翼部通过较好,如下图中甲的位置不宜选在乙的位置。在选线中对于千枚岩以及粘土岩等地层的褶曲层，应予避开。因为这些岩层石墨化后形成滑面，易引起滑坍。 六、断层：断层使隧道的修筑更为复杂。对活动断层和与线路平行的、交角小的断层必须避开。对一般宽度大的断层破碎带，也应尽量绕避，如避开确有困难，应使线路中线与断层走向直交或近于直交,以减少对隧道的影响范围。断层的存在，常常伴随着较大的地下水涌出，对于隧道的施工、运营威胁都很大。在施工中极易引起坍方，支撑受压折断，坑道变形，衬砌严重开裂，渗水漏水等。如宝天线有一座隧道约200米长平行断层走向，因巨大的山体压力，引起导坑支撑折断，衬砌开裂，拱圈发生严重变形，为施工运营带来了极大困难。七、节理与断层解释1、断裂变动断裂变动是指岩层由于构造作用力超过了岩石的强度使岩层的连续性、完整性受到破坏的构造变形。根据岩石破裂后两侧岩石产生位移大小的情况，断裂变动分为两大类：一类是没有或只有微小断裂变位的节理；另一类是沿着断裂有显著的位移的断层。2.节理的基本概念节理是指岩石在发生断裂变形后，沿着断裂面的两侧岩块尚无或仅有微小的错动位移时的断裂构造，因此它属断裂变动的初期阶段。节理在地壳中广泛分布，观察证明，几乎无节理的岩石，仅是一些湿润的沉积物是例外。节理按其表现出程度有开口的、闭合的和隐蔽的。开口节理具有明显可见的裂隙，两壁有些张开，它往往是地下矿液和地下水活动的通道；闭合节理虽为肉眼可见，但不具明显的开口，两壁紧闭；隐蔽节理为毛发状裂纹，一般肉眼不易觉察，只有当岩石受打击而沿此破裂时，才能显现出来。 节理可以各种产状出现。有直立的，水平的和成不同角度的倾斜。3.节理发育程度分级与对工程的影响节理发育程度分级发育程度等级基本特征附注节理不发育节理1至2组，规则，为构造型，间距在1米以上，多为密闭节理，岩体切割成巨块状。对基础工程无影响，在不含水且无其它特殊不良因素时,对山体稳定性影响不大。节理较发育节理2至3组，呈X型，较规则，以构造型为主，多数间距大于0.4m,多为密闭节理，部分为微张节理，少有充填物，液体切割成大块状。对基础工程影响不大，対其它工程建筑物可能产生相当影响。节理发育节理3组以上，不规则，呈X型或米字型，以构造型或风化型为主，多数间距为0.4m,大部分为张开节理，部分有充填物，岩体切割成小块状。对工程建筑物可能产生很大影响。节理很发育节理3组以上，杂乱，以风化和结构型为主，多数间距小于0.2叫以张开节理为主，一般均有充填物，岩体切割成碎石块。对工程建筑物产生严重影响。节理宽度分级宽度等级分级名称节理宽度（毫米）1密闭节理<12微张节理1〜53张开节理5〜104宽张节理>102.断层断层是断裂变动中主要的一种类型。断层是指岩石在构造应力作用下发生断裂，沿着断裂面两侧的岩块发生明显的相对位移的构造现 象。因此，它们是节理的进一步发展和扩大。断层广泛分布在地壳中。断层两侧岩块的相对运动往往不局限于一个面上进行，而是沿着许多破裂面运动。因此，严格地说，断层面不是一个面而是一个带。断层规模越大，这个带就越宽，也越复杂，有时可宽达数十米，数百米，或更大。实际上，这是在两侧岩块作相对运动时形成的一个带，所以也叫做断层破碎带（或断层带）。断层面只有在少数情况下是一个简单的面，多数情况下则是弯曲和不规则的。断层岩石破碎若重新胶结，能形成一种特殊的角砾状岩石，叫做断层角砾岩；那些很细的则称为糜棱岩，其未胶结者称为断层泥。2.岩层产状的解释岩层的原始状态基本上是水平的。后来受到地壳运动作用，就发生了变化，使原始水平岩层变成与水平面成一定角度的倾斜岩层。倾斜岩层的空间位置以产状表示。岩层产状有三个要素即走向、最大倾斜线在水平面上投影的方位角，与走向成直交（90度），即垂直于岩层走向的方向。倾角：岩层面与水平面之间的夹角。倾角分为两种：（1）真倾角岩层面与水平面所夹的最大角度。（2）假倾角（视倾角）岩层面与水平面在任一已知方向上的夹角，小于真倾角。岩层的产状要素测定后，岩层的空间位置就确定了。（附图） 第四节水文地质水文地质学是研究地下水的科学，其主要任务是研究地下水的形成、分布、埋藏和运动规律以及地下水的物理性质和化学成分，研究利用地下水资源和防治地下水灾害。在地壳中，地下水是一种常见的自然物，它对工程建设与人们生活都可发生有利的和不利的影响，这取决于所在地区的工程建筑物和人们在生活上和生活上对地下水的具体要求及所在地区地下水的主要形式、物理性质、化学成分、埋藏特点、运动规律和地下水形成的自然历史条件。地下水作为资源来说在铁路建设中起到很重要的作用，供水常常需要地下水资源。但在另一方面地下水也常常形成铁路工程建筑中的病害，如滑坡、错落、路基沉陷、翻浆冒泥、冻胀变形、隧道涌水等,都与地下水有直接关系。因此，必须对地下水进行研究，掌握其规律。一、地下水的形成条件地下水是指埋藏在地面以下的水，是地质发展过程中的口然产物。它的类型和性质则与具体的岩石、地质构造、地史、气候和地理等条件有关。 1•地下水形成的土石条件松散的土和节理裂隙发育的岩石，是地下水储存的好条件，致密的、节理裂隙较少的土石，地下水储存就较困难。2.地下水形成的构造条件土石具有储水的孔隙和裂隙，而构造上不具备蓄水条件，仍然是不能形成丰富的地下水资源。在开阔的盆地和向斜构造中，石灰岩和其他易透水的岩石都能储蓄大量的地下水。3•地下水形成的地史条件地下水的形成与一个地区的地质发展史是分不开的，例如西北一些盐湖盆地下面的淡自流水，其形成主要与这些地区在新第三纪和第四纪以来长期下降，接受大量的松散沉积物和大量共生淡水的储聚有关。4•地下水形成的气候条件长时间处于干旱的地区，对地下水的形成是不利的。在这些地区,不但地表水大量消耗于蒸发，就是地下水也通过土的毛细作用和某些植物的作用大量消耗于蒸发，因而使得地下水中的盐分逐渐增大，成为高矿化度的地下水，这在我国西北地区是很普遍的。相反，若长期处于湿热状态的地区，对地下水的形成是有利的。在这些地区，不但大气降水利地表水的大量渗入地下，而冃还有土壤的凝结和吸收补充地下水，因此地下水的储量很大。5•地下水形成的地理条件在高山的周围和山前平原地带由于能够得到高山冰川雪水的补 给，地下水是很丰富的，如新疆天山南部和昆仑山北坡就是属于这种情况。在同一河谷中由于所处的地理位置和地貌不同，对于地下水的形成也有很大影响，例如在河流的上游和中下游的超河漫滩阶地上的地下水主要依靠大气降水补给；而在河漫滩上和河流下游的两侧和三角洲上的地下水，除有大气降水补给以外，还有河流的大量补给。总之：影响地下水的形成条件是多种多样的，有的对地下水的形成是不利的，有的是有利的，其中以松散的土和节理裂隙发育的岩石以及能蓄水的构造对地下水的形成最为有利。二、地下水的类型及其主要特征地下水按其埋藏条件分为：上层滞水、潜水、自流水三类，按含水层性质的不同乂分为孔隙水、裂隙水、喀斯特水三类。上诉分类通过不同组合，地下水共分为九类，见下表。地下水的分类表水岩层性质按埋藏条件、孔隙水松散沉积物孔隙中的水裂隙水坚硬基岩裂隙中的水喀斯特水喀斯特化岩石中的水上层滞水包气带中局部隔水层上的水，主要是季节性存在。坚硬基岩风化壳中季节性存在的水。垂直渗入带中季节性及经常性存在的水。 潜水坡积、冲积、洪积、湖积、冰磧和冰水沉积物中的水，当经常出露或十分接近地表时成为沼泽、沙漠、及滨海砂丘中的水。坚硬基岩上部裂隙中的水。裸餌喀斯特化岩层中的水。自流水松散沉积物构成的向斜和自流盆地中的水，松散沉积物构成的单斜和山前平原一一自流斜地中的水。构造盆地或向斜中基岩的层状裂隙水，单斜岩层中层状裂隙水，构造破碎带及不规则裂隙中深部水。构造盆地或向斜中喀斯特化岩层中的水，单斜喀斯特化岩层中的水。1•上层滞水在凿井吋，开始掘出的土石看起来是干燥的，实际上也含有水,这种水不能自由流动，若继续深挖，井壁岩石潮湿有水，但不能自由流岀来，这是毛细水。若再深挖，水便流入井中，并逐渐形成稳定的水面，这个面称为地下水面。地下水面以上土石的孔隙未被水充满饱和，含有相当数量的气体，称此为“包气带”。在地下水面以下的土石孔隙里被水充满饱和称为“饱水带”，而这两个带之间存在过渡带，称毛细水带。图8—1地下水的垂直分带示意图1——上层滞水；2——包气带；3——毛细水带；4—饱水诵5——毛细水面；6——地下水面；7——井。上层滞水是埋藏于气包带中局部隔水层之上的重力水。（所谓隔 水层是相对透水层而言。）上层滞水的隔水层，通常是弱透水或实际不透水的透镜体状岩层，阻止了水的下渗，形成季节性的地下水。一般分布范围不大，如在粗碎屑物质中夹有粘土或砂粘土透镜体，黄土层中夹有钙质结核层，常为上层滞水的埋藏地带。上层滞水是市当地大气降水或地表水渗入来补给，雨季即出现，干旱季节往往消失。在铁路施工中或病害处理中，应根据其规律和具体条件作好处理和防治工作，如采取引导开挖等方法。2.潜水潜水是地表以下第一个含水层的水，其下部为不透水层。潜水具自由表面称潜水面，无承压。…般埋藏在第四纪的松散沉积物中及出露于地表的基岩的上部。潜水面至地面的距离称为潜水的埋藏深度（h）o从潜水面至隔水层间的厚度叫含水层的厚度（H）o潜水的埋藏深度及含水层的厚度变化很大，受地形的影响最为显著，在山区潜水埋藏深度一般由几十米到百余米，平原地区潜水埋藏浅，另外气候和地质构造等对潜水的埋藏深度和含水层的厚度都有不同的影响，见下图。 图8—3潜水流1地表面；2潜水面;3——含水层；4——隔水层;潜水而的形状：潜水面的形状通常和地形相一致，但起伏变化比地形小。潜水在重力作用下，有高水位流向低水位叫潜水流，它具有一定的坡度称为水力坡度。潜水面的坡度在山区很大，在平原地区坡度就小，但含水层厚度愈大，透水性愈好时，潜水面坡度也就愈小。在特殊情况下，潜水面可以呈水平静止不动称为潜水盆地(潜水湖)。因此根据地形、地貌和地质条件的特点潜水面可以分为潜水流、潜水盆地，见上图8—3和图8—4o1・潜水的补给、径流和排泄条件(1)潜水的补给：大气降水的渗透是潜水的主要补给来源。潜水的补给区与分布区往往是一致的。大气降水补给潜水的数量与降水性质、植物覆盖、地形坡度、地表岩层透水性等有关，时间不长的小雨、大雨及暴雨大部分以地表径流形式消耗掉了，补给潜水的量很少, 只有连绵不断的细雨才能绝大部分补给潜水；植物覆盖能阻止降水沿地表很快流走，故对潜水的补给也很有利；地形坡度越大，降水就越不易在地表储存，很快沿地表流走，因此陡坡不利于潜水的补给。岩石透水性越好，降水就能很快地渗入到潜水面补给潜水。河水也是潜水补给来源之一，河水在洪水期水位往往高于两岸的潜水位，这样河水就补给潜水。有的大河下游，河床位置较高，所以河水经常补给潜水。例如我国黄河下游，就属此种情况。(1)潜水的径流排泄：潜水经常以泉的方式出露于地表，或直接补给地表水而排泄。另外地下水在流动过程中还要不断地蒸发成为水蒸汽进入大气中。影响潜水径流排泄条件的主要因素是地形的切割程度及含水层的透水性。地面坡度越大，切割越厉害，径流条件越好,因此山区的径流条件比平原地区好。3.自流水自流水也为称承压水。它是充满于两个隔水层之间的地下水。其补给区与分布区不一致，承受静水压力。当地形适宜时，开凿自流水含水层后，水可以喷出地表形成自喷。自流水一般都为淡水，而埋藏很深的自流水常是矿化度较高的水，如果这种水以泉的形式流出地表就可有形成矿泉。4.裂隙水埋藏在基岩裂隙中的地下水，统称为裂隙水。根据裂隙的性质分为：风化裂隙水，成岩裂隙水纪构造裂隙水三类。(1)风化裂隙水：风化裂隙发育在基岩表层，延伸短，无一定方向，淡密集而均匀。故常可构成统一的地下水面，形成裂隙潜水。 一般为大气降水补给，其径流及排泄条件好，不利于聚集，其埋深随地形而异，在分水岭处理深最大，可达数十米，山坡处理深变小，沟谷中常溢出成泉，或直接排泄到河里。(1)成岩裂隙水：成岩裂隙具有发育均匀且张开并构成连通的裂隙系统的特点，一般常见于喷岀岩中，如玄武岩的柱状节理，喷岀岩常呈层状分布，所有成岩裂隙水也呈层状分布。当岩层裸露地表时，即形成潜水。另外，当具有成岩裂隙的岩层被不透水层所覆盖时，埋藏于成岩裂隙中的地下水常形成自流水。如我国云南某盆地玄武岩的裂隙自流水，水头高出地面17米。(2)构造裂隙水：构造裂隙的发育情况极为复杂，因此形成的构造裂隙水也很复杂，按埋藏条件可分为潜水和自流水，按其产状又可分为层状水和脉状水。(3)层状裂隙水，在裂隙发育良好的坚硬脆性的岩石里，往往构成统一的含水层。当其上下均有隔水层时，则形成裂隙承压水，如我国华北许多盆地中二叠纪砂岩即为裂隙承压含水层，已被普遍利用供水。(4)脉状裂隙水是指埋藏在断层破碎带中的地下水。因断层破碎带延仲远，宽度大，方向性强，有利于地下水的贮存和运动。同时断层破碎带多成为各层状含水层之间的通过，所以沿断层破碎带(特别在低洼处)常有泉水出露。断层带的含水性，主要决定于断层性质、两盘岩性、填充物的性质等，如逆断层及逆掩断层往往是封闭的，不含水；软岩石的正断层为弱含水层，只有坚硬的岩石中较大的正断层及断层带的含水性较好。在山区修建铁路时，如果越岭隧道通过基岩地区，除了研究岩性及构造条件对隧道施工的影响外，还应对裂隙水量的大小加以研究，确定施工时的处理措施。 第五节对隧道围岩分级的说明、围岩受地质构造影响程度的等级划分。见下表。等级地质构造作用特征轻微围岩地质构造变动小，无断裂（层）；层状岩一般呈单斜构造，节理不发育。较重围岩地质构造变动较大，位于断裂（层）或褶曲轴的邻近地段，可有小断层；节理较发育。严审围岩地质构造变动强烈，位于褶曲轴部或断裂影响带内；软岩多见扭曲及拖拉现象；节理发育。很严重位于断裂破碎带内；节理很发育，岩体破碎呈碎石、角砾状。二、围岩受风化作用影响的说明1•风化作用的含义自然界中长期暴露在地表的岩石和矿物，每时都在遭受着破坏，它们在空气、水、生物等长期的综合作用之下发生分解崩解，使之发生本质的变化。这种复杂的变化叫做风化。这种永无止境的地质作用（属于外力作用），称为风化作用。岩石风化后，其物理力学性质发生很大的变化，尤其是岩石的强度会大大的降低，透水性也会发生很大的变化。岩石风化程度分级岩石风化程度分为五级：未风化、微风化、中风化、强风化、全风化。【未风化】岩质新鲜偶见风化痕迹。【微风化】结构基本未变，仅节理面有渲染或略有变色，有少量风化裂隙。【中风化】结构部分破坏，沿节理面有次生矿物，有风化裂隙发 育，岩体被切割成岩块。【强风化】结构大部分破坏，矿物成分显箸变化，风化裂隙发育,岩体破碎。【全风化】结构基本破坏，但尚可辨认，有残余结构强度。2.围岩受风化作用影响的说明（1）圉岩等级方面：当风化作用使岩石成分改变、强度降低时,应按风化后之强度确定岩石等级；（2）结构完整状态方面：当风化作用使岩体结构松散、破碎、软硬不一时，应结合因风化作用造成的各种状况，综合考虑确定围岩的结构完整状态。三、围岩分级受地下水影响的说明1•在I级围岩或属于II级的硬质岩石中，一般地下水对其稳定性影响不大，可不考虑降级;2•在hi级围岩或属于ii级的软质岩，应根据地下水的类型、水量大小和危害程度调整围岩类别，当地下水影响围岩稳定产生局部坍塌或软化软弱面时，可酌情降低1级；3.iv级、v级围岩已成碎石状松散结构，裂隙中并有粘性土充填,地下水对围岩稳定性影响较人，可根据地下水的类型、水量大小、渗流条件、动水和静水压力等情况，判断其对围岩的危害程度，适当降低1~2级；4.在v级围岩中，分级中已考虑了一般含水地质情况的影响，淡在特殊含水地层（如处于饱和状态或具有较大承压水时）需另作处理。四、两相邻隧道的最小净距，见下表。 两相邻单线隧道的最小净距（米）围岩级别1IHIIIVVVI最小宽度(1.5-2.0)B(2.0~2.5)B(2.5-3.0)B(3.0-5.0)B>5.0B注：（1）B——隧道开挖断面的宽度（米）；（2）遇隧道坍塌，采用明挖法施工或采用特殊的施工方法（如加固地层法、盾构开挖法等）表中数值可以酌情增减。