地下工程选址工程地质评价
地下建筑位置的选择，除取决于工程目的要求外，还需要考虑区域稳定、山体稳定以及地形、岩性、地质构造、地下水及地应力等因素的影响。首先要考虑区域稳定性及山体的稳定。一般要求：建洞地区应是区域地质构造稳定，无区域性大断裂通过，附近没有发震构造，地震动峰值加速度小于 0.2g（或 0.3g）。理想的建洞山体应具备以下条件：① 建洞区地质构造简单，岩层厚、节理组数少、间距大，无影响整个山体稳定的断裂带；② 岩体坚硬完整；③ 地形完整，没有滑坡、崩塌等早期埋藏和近期破坏的地形；无岩溶或岩溶很不发育；④ 地下水影响小；⑤ 无有害气体和异常地热。
1. 地形条件
在地形上要求山体完整，洞室周围包括洞顶及傍山侧应有足够的山体厚度，但也要尽量避免隧洞埋置过深。因为深部的高地应力不利于围岩稳定，同时遇地热异常和有毒有害气体的可能性大，还会增加施工运输的难度。
隧洞进出口地段的边坡应下陡上缓，无滑坡、崩塌等现象存在。地面坡度宜大于 30°。洞口岩石应直接出露或坡积层薄，岩层最好倾向山里以保证洞口边坡的安全。在地形陡的高边坡开挖洞口时，应不削坡或少削坡即进洞，必要时可做人工洞口先行进洞，以保证边坡的稳定性。进出口洞段方向应尽量垂直地形等高线，一般交角不宜小于 30°，否则可能产生偏压，不利于岩体稳定。隧洞进出口不应选在排水困难的低洼处，也不应选在冲沟、傍河山嘴及谷口等易受水流冲刷的地段。进厂交通洞进口位置选择时，还应避开泄洪水雾集中的区域。
2. 岩性条件
岩性是影响围岩稳定的基本因素之一。坚硬完整的岩体，围岩一般是稳定的，能适应各种断面形状的地下洞室。而软弱岩体，如黏土岩类、破碎及风化岩体、吸水易膨胀的岩体等，通常力学强度低，遇水易软化、崩解及膨胀等，不利于围岩的稳定。
因此，洞室位置应尽量选在坚硬完整岩石中。一般在坚硬完整岩层中掘进，围岩稳定性好，日进尺快，造价低。在软弱、破碎、松散岩层中掘进，顶板易坍塌，边墙及底板易产生鼓胀挤出，需边掘进、边支护或超前支护，工期长，造价高。洞口应尽量布置在中等风化及其以下的岩体内，不宜放在全风化岩体内。
岩浆岩、厚层坚硬的沉积岩及变质岩，作围岩时的稳定性好，适于修建大型的地下工程。凝灰岩、黏土岩、页岩、胶结不好的砂砾岩、千枚岩及某些片岩，作围岩时稳定性差，不宜建设大型地下洞室。松散及破碎岩石稳定性极差，选址时应尽量避开。
此外，岩层的组合特征对围岩稳定性也有重要的影响。一般软硬互层或含软弱夹层的岩体，稳定性差。层状岩体的层次愈多，单层厚度愈薄，稳定性愈差。均质厚层及块状结构的硬质岩层稳定性好。
3. 地质构造条件
地质构造是控制岩体完整性及渗透性的重要因素。选址时应尽量避开地质构造复杂的地段，否则会给施工带来困难。
下面就褶皱、断层及岩层产状对围岩稳定性的影响进行简要的分析。
3.1 褶皱的影响
褶皱剧烈地区，通常断裂也很发育，特别是褶皱核部岩层完整性最差。
如下图 中 Ⅰ 洞所示，向斜核部岩层呈倒拱形，顶部被张裂隙切割的岩块上窄下宽，易于塌落。
1—石灰岩；2—砂岩；
3—页岩；4—隧洞
另外，向斜核部往往是承压水储存的场所，地下洞室开挖时地下水会突然涌入洞室。因此，在向斜核部不宜修建地下洞室。如图 中 Ⅱ 洞所示，在背斜核部，岩层呈上拱形，虽岩层破碎，然犹如石砌的拱形结构，能将上覆岩层的荷重传递至两侧岩体中去，故有利于洞顶的稳定。尽管洞顶张裂隙发育，却因岩块呈上宽下窄形，所以不易掉块。
在理论上背斜核部虽较向斜核部优越，但实际上由于背斜核部外缘受拉伸，内缘受挤压，加上风化作用，岩层往往很破碎。因此，在布置地下洞室时，原则上应避开褶皱核部。若必须在褶皱岩层地段修建地下工程，可以将洞室放在褶皱的两翼之中。
3.2 断裂的影响
断裂是指存在于地质体中的破裂构造，如断层、节理、劈理、原生节理及次生裂隙等。由于断裂构造破坏岩体的完整性和连续性，并形成构造岩，同时为地下水的渗流提供通道。因此，几乎所有的围岩变形和破坏都与断裂构造的存在有关。断层破碎带及断层交汇区，稳定性极差。
一般情况下，应避免将洞室轴线沿断层带布置。例如，渔子溪一级、映秀湾以及流溪河电站的地下厂房围岩均较完整，但在轴线选择时将轴线与主要的和次要的构造面都近于平行，开挖过程中曾造成较大的塌方事故。若洞室轴线垂直或近于垂直断裂带，则所需穿越的不稳定地段较短，但也可能发生塌方或大量地下水涌入。因此，在选址时应尽量避开大断层。
3.3 岩层产状的影响
（1）洞室轴线与岩层走向垂直
在这种情况下，围岩的稳定性较好，特别是对边墙稳定有利。当岩层较陡时[图 （a）]，稳定性最好。当岩层较平缓且节理发育时[图（b）]，在洞顶易发生局部岩块塌落现象，洞室顶部常出现阶梯形超挖。
（a）单斜陡倾构造；（b）单斜缓倾构造
（2）洞室轴线与岩层走向平行
当岩层近于水平（倾角 ＜10°）时，若岩层较薄，彼此之间联结性差，在开挖洞室（特别是大跨度的洞室）时常常发生顶板的坍塌。因此，在水平岩层中布置洞室时，应尽量使洞室位于均质厚层的坚硬岩层中（图a）。若洞室必须切穿软硬不同的岩层组合时，应将坚硬岩层作为顶板，避免将软弱岩层或软弱夹层置于顶部，因后者易于造成顶板悬垂或坍塌（图 b）。软弱岩层位于洞室两侧或底部（图 c）也不利，它容易引起边墙或底板鼓胀变形或被挤出。例如，水槽子水电站地下厂房，由于岩体中有凝灰岩夹层，影响边墙和顶拱的稳定，选址时将洞室移至夹层以下 25m。
a—位于坚硬岩层中；b—顶板有软弱夹层；c—底板为软弱的黏土岩
在倾斜岩层中，一般说来是不利的。如下图的 a 和 b 所示，当洞身通过软硬相间或破碎的倾斜岩层时，逆倾向一侧的围岩易于变形或滑动，造成很大的偏压；顺倾向一侧围岩侧压力小，有利于稳定。因此，在倾斜岩层中最好将洞室选在均一完整坚硬的岩石中（图 c）。
a—因破碎岩层造成偏压的洞室；b—因软弱夹层造成偏压的洞室；c—坚硬完整岩层中的洞室
此外，岩层的倾角对围岩的稳定性也有影响，选址时应结合其他因素综合考虑。
3.4 地下水
地下工程施工中的塌方或冒顶事故，常常和地下水的活动有关。所谓「治塌先治水」就是一条重要的经验。
因此，洞室位置要尽量选择在地下水位以上或地下水少的地段，尽可能避开向斜核部破碎带、大型正断层破碎带、岩溶管道发育地段，这些部位地下水丰富，渗水量大，地下水活动对岩体构成恶化因素，不利于围岩稳定，容易造成塌方、堵洞等严重事故。地下水的力学作用有静水压力作用和动水压力作用，这两种作用都能使岩体发生水力劈裂，使裂隙延伸范围扩大、张开度增大，从而增加渗透力，使局部隔水屏障作用被突破，地下水位高出，从而形成大量出水的现象——涌水。此外，在一定水压力作用下，沿松散（软）岩带或充填性溶洞，突然大量涌出水、泥、沙等混杂物的现象称为突泥。如果地下水位高、外水压力大，必须采用排水洞和排水孔相结合的措施做好排水，而且排水孔洞遇破碎带或夹层时应采取反滤，防止产生细颗粒被冲淘等渗透变形。
下图是地下工程与地下水位关系示意图。
Ⅰ—包气带；Ⅱ—地下水水位变幅带；Ⅲ—常年地下水流带
在包气带（Ⅰ）中开挖地下工程，雨季可能沿裂隙滴水；旱季干燥，但是当地表有大面积稳定的地表水体时，也可能遇到集中的渗流。地下水位变幅带（Ⅱ）的涌水量及外水压力随季节而变化，由于岩体饱水、脱水交替变化，可能加速软弱破碎岩石性质的恶化，引起塌方。在常年地下水流带（Ⅲ）中的地下工程，一开始施工就可能有较大的涌水和渗透压力，因此要做好防水、排水设计。
3.5 地应力
在分析工程问题之前，必须对工程所在地区的初始地应力值的大小、分布、方向有基本的认识，可以通过区域地质构造分析，也可以与相近已有工程的类比来实现，最理想的是现场实测地应力。然后进行洞室选线和洞室断面选型。
（1）洞室选线
诸多高地应力地区的最大主压应力 σ1接近水平（与构造应力有关），洞室轴线接近平行于 σ1方向布置对洞室围岩稳定最为有利，因为，这时在洞室断面上对围岩稳定起控制作用的是主压应力相对较小的中间主应力 σ2和小主应力 σ3，从岩体强度理论分析不难理解这一点。例如，金川矿断面约 2m×2m 的巷道，巷道的轴线与第一主压应力方向（NE35°）一致时，运行安全；当轴线与第一主应力方向呈 70° 角相交时，巷道完全被破坏，原来 2m 的跨度被挤压到仅剩约 0.3m。拉西瓦水电站地下洞群实测地应力第一主应力方向在 NW300°～NE50° 之间，共拟定 13 条洞群轴线，进行地下洞群围岩稳定有限元计算，对比拱脚应力、侧墙最大变位和洞群围岩屈服正面积，最终推荐洞群轴线为 NW320°～NE30°。
（2）洞室断面选型
取决于断面的水平地应力 σh与垂直地应力 σv之比，即侧压力系数 λ，当 λ＝1 时，取圆形断面；当 λ＜1 时，取长轴直立的椭圆形断面；当 λ＞1 时，取长轴水平的横卧椭圆断面。这样做，围岩应力分布合理，有利于稳定，否则，将出现相反的情况，甚至产生拉应力造成塌方事故。
最终确定洞室的轴线和断面型式时，还需综合分析实际应用条件及地质因素等。
3.6 岩溶
在岩溶地区选择洞轴线还应考虑岩溶和地下暗河的不利影响，岩溶一般也是沿断层破碎带、向斜核部、相对隔水层接触带发育，宜将洞底面高程布置在岩溶现代侵蚀排泄基准面以下一定高度，可以减少隧洞与溶洞和暗河相遇的概率，能够避免溶洞突水造成施工安全事故。
岩溶内容：
