圖拉茲隧道外文翻譯—張彥閏

1、土耳其圖茲拉隧道在斷裂帶的開(kāi)挖摘要圖茲拉隧道主要在斷裂帶開(kāi)挖，成份是頁(yè)巖和石灰?guī)r，采用傳統(tǒng)的盾構(gòu)TBM工法進(jìn)行開(kāi)挖。頁(yè)巖中的斷裂帶是角礫巖和粘土，灰?guī)r中是塊狀結(jié)構(gòu)。為圖茲拉隧道斷裂帶提出的巖石質(zhì)量評(píng)價(jià)、巖體分類和支撐系統(tǒng)不夠充分，不能說(shuō)明隧道中遇到的變形和破壞機(jī)制。另外，堤壩曝光、斷裂坍塌的溶巖系統(tǒng)以及地下水在隧道開(kāi)挖過(guò)程中都引起了一些問(wèn)題。在圖拉茲隧道中與斷裂帶最相關(guān)的是隧道掘進(jìn)機(jī)的選擇。在隧道開(kāi)挖之前，巖石就被認(rèn)定為質(zhì)量相當(dāng)差，因此，在質(zhì)量相當(dāng)差的隧道中采用掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖是不經(jīng)濟(jì)的。然而，在開(kāi)挖過(guò)程中，沿線70%的長(zhǎng)度都遇到了質(zhì)量極差的斷裂帶，斷裂帶造成環(huán)刀受阻，偏離了隧道走線。從這個(gè)方面來(lái)說(shuō)

2、，采用TBM工法開(kāi)挖是存在問(wèn)題的。在斷裂帶隧道中遇到的巖土技術(shù)問(wèn)題需要采用特殊的措施。在采取措施后，通過(guò)把隧道周圍巖體不均質(zhì)的情況變成均質(zhì)，隧道開(kāi)挖和支護(hù)成功完成。序言即將竣工的圖拉茲隧道外徑5m,內(nèi)徑4.5m，全長(zhǎng)6500km。這個(gè)單管隧道是為污水處理而建，隧道是淺埋隧道，通常到隧道頂部是15-20m，圖拉茲隧道開(kāi)挖在斷層帶，主要是頁(yè)巖和石灰?guī)r，在頁(yè)巖中開(kāi)鑿的隧道通常會(huì)膨脹，這可能引起一些巖體塌方或滑落。在圖拉茲隧道調(diào)查中沒(méi)有在頁(yè)巖中發(fā)現(xiàn)膨脹問(wèn)題，但是占隧道長(zhǎng)度70%的斷裂帶出現(xiàn)在頁(yè)巖中。特別是在地殼淺部的圖茲拉隧道觀察到的頁(yè)巖脆性剪切帶，大部分在地球表面以下5-10km，在這個(gè)深度變形是被

3、脆性機(jī)理控制的，例如壓裂和斷層。實(shí)際上，脆性剪切帶通常是斷裂帶，以斷層泥和其他角礫巖系列為標(biāo)志，這種脆性巖石變形，例如由顆粒壓碎和剪切顆粒重新定位引起的顆粒大小減少，產(chǎn)生了典型的細(xì)粒泥。在隧道開(kāi)挖過(guò)程中，在斷裂帶遇到了一些巖土工程問(wèn)題，比如說(shuō)掌子面失穩(wěn)、超挖、由擠壓和膨脹斷裂巖石引起的較大變形、由流動(dòng)性地基引發(fā)的涌水。為了評(píng)估在圖拉茲隧道斷層地帶遇到的問(wèn)題及解決方法，在研究中，隧道沿線鉆探井的數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)室研究和觀測(cè)、以及一些措施在隧道中都應(yīng)用了。隧道沿線鉆孔的位置是根據(jù)軸和隧道表面結(jié)構(gòu)確定的，沿線共打了33個(gè)孔，鉆孔從2.28到10.44m。在實(shí)驗(yàn)室中，隧道沿線巖石的樣品進(jìn)行了單位體積重量、單

4、軸抗壓強(qiáng)度、間接抗拉強(qiáng)度、點(diǎn)荷載強(qiáng)度等指標(biāo)的測(cè)試。在觀測(cè)資料以及隧道和實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)RMR巖體分類系統(tǒng)做出了巖體質(zhì)量評(píng)估。根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)，在斷裂帶的鉆孔工作、估計(jì)和測(cè)量的巖體值、巖石分類方法的缺陷、由堤巖引起的問(wèn)題、巖溶環(huán)境、地下水的影響、地震活動(dòng)性、傳統(tǒng)盾構(gòu)TBM工法開(kāi)挖和支護(hù)的性能都得到檢查。圖1研究區(qū)域局部地圖EiStSirtwdtt-1iriH惟創(chuàng)圖itKariFm_*iirnwixHiBerdliBtaCUTand*COVER*eONVENTKW*圖2圖拉茲隧道地質(zhì)2、隧道地質(zhì)情況圖拉茲隧道是在伊斯坦布爾泥盆紀(jì)序列巖體（被稱作是卡爾塔爾構(gòu)造）的石灰?guī)r和頁(yè)巖中開(kāi)挖的。沿著隧道

5、，有多種不同的巖石，例如石灰?guī)r和頁(yè)巖交替出現(xiàn)、石灰?guī)r巖溶中的巖塊、塊狀和角礫狀的巖石等。頁(yè)巖短而粗的，由石英、長(zhǎng)石和絹云母組成。石灰?guī)r中等厚度且有相當(dāng)高的強(qiáng)度。該研究主要是關(guān)于塊狀巖、糜棱巖以及粘土斷層帶。另外，最近沿線觀察到了由新第三紀(jì)粘土組成的沖基層。在目前的研究中,在隧道路線的新第三紀(jì)和第四紀(jì)沉積巖的具體特征沒(méi)有做調(diào)查。E和F軸之間，圖拉茲隧道是在頁(yè)巖和石灰?guī)r中交替開(kāi)挖的。軸和G軸之間得到部分，一些是在頁(yè)巖中，一些是在石灰?guī)r中。在F和G軸之間的隧道，其開(kāi)挖面頂部主要是粘土，這些巖土也包含一些來(lái)自巖床巖石碎片。在G到H之間的隧道，由于泥土和巖溶環(huán)境石灰?guī)r的坍塌，這兩種巖石相互混合并且出現(xiàn)了

6、異構(gòu)隧道情形。丨和X1到X2軸之間的隧道主要修建在頁(yè)巖中，頁(yè)巖中有少許石灰?guī)r。由于斷裂，頁(yè)巖部分是糜棱巖和粘土，而石灰?guī)r部分是塊狀的。泥盆紀(jì)巖石單位在隧道路線一直受海西期和阿爾卑斯造山運(yùn)動(dòng)影響，所以在巖溶地帶的頁(yè)巖就形成了粘土和糜棱狀斷層，而在石灰?guī)r中主要是褶曲和塊狀斷層。因?yàn)轫?yè)巖不能抵抗變形，所以在頁(yè)巖和石灰?guī)r交錯(cuò)地帶坍塌是很容易發(fā)生的，而在石灰?guī)r中卻是同軸心的褶皺運(yùn)動(dòng)。在隧道開(kāi)挖過(guò)程中，確定了兩個(gè)不同的斷層走向。第一組斷層在西北方向，第二組在東西方向。這些斷層是正常斷層，通常南邊部分上升而北邊下降。斷層中的壓碎帶在0.2到0.3米之間。由于隧道走向是在南北方向，所以西北方向的斷層比東西方向

7、的影響更大。出現(xiàn)在隧道中的層理通常是南偏東45度并且向下傾斜30到40度。層理表面光滑或者有一點(diǎn)的粗糙，外面還有一層粘土。石灰?guī)r是中等一直到厚層（15300cm）,而一般是中等厚度（30cm）。頁(yè)巖從薄到厚差別很大（0.1一40cm），而通常是薄層（35cm）。對(duì)于中等厚度的石灰?guī)r，原位鉆探試驗(yàn)得到的巖石質(zhì)量指標(biāo)值是50%70%，而疊層頁(yè)巖是040%，在頁(yè)巖曲的巖心率是040%，在石灰?guī)r中是40%100%?；谶@些指標(biāo)，頁(yè)巖的巖心率和巖石質(zhì)量指標(biāo)都低于石灰?guī)r，這是由于頁(yè)巖是在強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的，層薄并且重疊。圖茲拉的隧道位于約5公里的北的北安納托利亞斷層帶,這是在土耳其大多數(shù)活躍的斷層帶（

8、圖3）。北安納托利亞斷層帶,從土耳其西部延伸至東部，是世界上最重要的構(gòu)造之一。右行走滑的北安納托利亞斷層形成。朝鮮安納托利亞斷層帶的邊界通常是Pontide區(qū),lntra-Pontide區(qū)和Sakarya大陸（年代1979）。由于圖拉茲隧道沿線到了活性斷層的南部，但隧道遇到的斷層可能是已經(jīng)失去活性的老的斷層。fsj.iessISTANBOLU:ukMvue7.4Wws7.2NOFfTHANWOLtAMFAULTZONEBLACKSEA圖3北安納托利亞斷層帶對(duì)隧道軸線的位置原位實(shí)驗(yàn)在試驗(yàn)中，常規(guī)壓水試驗(yàn)和壓力測(cè)試實(shí)驗(yàn)是在鉆孔中完成的。從常規(guī)壓水試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)表明石灰?guī)r（1.841/m/s）,）、

9、頁(yè)巖（2.741/m/s閑斷層帶（1.501/m/sO）的滲透性很?。ū砀?）。在圖拉茲隧道中，頁(yè)巖和石灰?guī)r的隧道中沒(méi)有檢測(cè)到地下水，根據(jù)常規(guī)水壓實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)被劃分為滲透性小的巖石。然而在隧道開(kāi)挖過(guò)程中，在每一個(gè)塊狀和糜棱狀斷層中都能檢測(cè)到地下水流和水滴，同時(shí)也檢測(cè)到了斷層泥中的裂隙。在G到H段隧道，根據(jù)記載該處的巖溶石灰?guī)r暴露在高達(dá)30l/s的水流中。由于這股水流，離隧道軸線500米處的泉水消失了。原位壓力計(jì)實(shí)驗(yàn)是為測(cè)量彈性模量和極限壓應(yīng)力。石灰?guī)r、頁(yè)巖、斷層的平均彈性模量分別是3679,800以及70千克/平方厘米。實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)用取自塊狀樣本和鉆探巖心的樣品來(lái)做試驗(yàn)，從而來(lái)確定完整巖石

10、的巖土性質(zhì)參數(shù)NQ大小的樣本實(shí)驗(yàn)是根據(jù)國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)推薦的方法做的（表格2）。通過(guò)這個(gè)試驗(yàn)頁(yè)巖和石灰?guī)r的各種指標(biāo)都被測(cè)到了，這些不同點(diǎn)是由于頁(yè)巖中粘土礦物的存在以及他們易碎的特點(diǎn)?？紤]到頁(yè)巖和石灰?guī)r的剪切變形的聯(lián)系，石灰?guī)r是彈塑性的而頁(yè)巖是脆性的。圖4也說(shuō)明斷裂在頁(yè)巖中非常劇烈而在石灰?guī)r中是有限的。地質(zhì)強(qiáng)度指數(shù)分類在土爾茲隧道開(kāi)挖中觀測(cè)到的巖體是用地質(zhì)強(qiáng)度指數(shù)系統(tǒng)進(jìn)行分類的。隧道中的基巖是塊狀的，當(dāng)沒(méi)有受到斷層影響時(shí)是非常大的塊體。在受到斷層影響的基巖中，巖石是塊狀的、糜棱狀、粘土狀的。大約40%的斷層巖石是塊狀的，30%是糜棱狀的，30%是粘土狀的。這種斷裂巖石的平均地質(zhì)強(qiáng)度指數(shù)分別是35

11、、25、15，上下波動(dòng)在5范圍內(nèi)。塊狀斷層是由許多相互交叉的不連續(xù)集形成的。粘土和角礫狀填補(bǔ)在這種斷層地帶是不常見(jiàn)的。在圖拉茲隧道開(kāi)挖中，這種巖層沒(méi)隔3-5m就會(huì)被探測(cè)到。這種斷層是在石灰?guī)r中探測(cè)到的，并且由于重力原因的塊狀下滑也是經(jīng)常見(jiàn)到的。角礫斷層巖石是一個(gè)弱互鎖,嚴(yán)重破碎巖體的角狀和圓形的巖石碎片混合。這種地區(qū)的填充物是由有光滑面的角狀斷層角礫巖組成的。這種類型的斷層通常是在頁(yè)巖和石灰?guī)r交錯(cuò)出現(xiàn)的地方出現(xiàn)。粘土質(zhì)（葉片狀的層狀的剪切狀的）斷層區(qū)域是薄層壓、構(gòu)造剪切,表面光滑和高度風(fēng)化的。粘土質(zhì)斷層通常是由頁(yè)巖組成。在石灰?guī)r中，由于斷裂的壓碎是非常有限的，這是因?yàn)閿鄬游锢砗蜋C(jī)械的特征。在粘土填充的斷層地帶，淺應(yīng)力條件控制剪切和不連續(xù)破壞，重力控制巖體破壞。另外，使用地質(zhì)強(qiáng)度指標(biāo)系統(tǒng)，斷層巖石的變形模量和剪切模量小于100mpa已經(jīng)通過(guò)陰谷布朗方程估算到。根據(jù)這個(gè)方程，塊狀斷裂巖層、糜棱狀斷裂巖層、粘土狀斷裂巖層的兆帕值分別是34