復雜地質條件下隧道圍巖分級BQ 修正法的應用

常 嘉 周業萍

(武漢地鐵集團有限公司，湖北武漢 430030)

隧道圍巖分級是正確地進行隧道設計與施工的基礎。一個較好的、符合地下工程實際情況的圍巖分級，對改善地下結構設計，發展新的隧道施工工藝，降低工程造價，多快好省地修建隧道，有著十分重要的意義。但公路隧道設計規范的圍巖分級BQ法對于地下水、結構面強度對圍巖的影響考慮較粗略，在一些復雜地質條件下的圍巖分級準確性較低，適用性較差。為解決以上問題，本文針對目前BQ法對初始地應力、地下水以及主要軟弱結構面影響的折減考慮不太適合[1]，通過將復雜地質條件下的初始地應力[2]、地下水以及主要軟弱結構面影響引入圍巖分級中[3]，采用神經網絡樣本訓練法形成初始地應力折減系數值T1，地下水折減系數T2以主要軟弱結構面影響折減系數值T3，再以BQ法為基礎建立復雜地質條件下的修正BQ圍巖分級法。

1 修正BQ圍巖分級法的建立

BQ修正圍巖分級法的總體計算方式仍沿用BQ法的計算模式，分兩步進行圍巖分級。第一步，根據巖石堅硬程度和巖體完整程度兩個基本因素的定性特征和巖體的初步分級指標BQ進行初步分級，第二步為圍巖詳細定級，考慮復雜地質條件(如地下水狀態、初始地應力狀態以及主要軟弱結構面對圍巖的影響)，對圍巖的初步分級BQ值進行修正，得到BQ修正法的折減系數[BQ]值，然后再根據公路隧道的[BQ]值與圍巖級別的對應關系詳細定級。

圍巖的初步分級BQ值的計算如下式所示:

其中，Rc為采用實測的巖石點荷載強度指數IS(50)的換算值。其中單軸抗壓強度Rc用下式計算:

圍巖完整系數Kv值一般采用圍巖的彈性波測試值計算:

其中，Vpm為巖體巖石的彈性縱波速度，km/s;Vpr為巖石的彈性縱波速度，km/s。

BQ修正法圍巖初步分級指標修正值[BQ]主要是根據第一步計算所得的初步分級指標BQ值，再通過初始地應力狀態、地下水影響、主要軟弱結構的影響作相應的折減，具體按下式計算:

其中，T1為初始應力狀態影響修正系數;T2為地下水影響修正系數;T3為主要軟弱結構面對圍巖影響修正系數，分別見表1～表3。

表1 初始應力狀態影響修正系數T1

表2 地下水影響修正系數T2

表3 主要軟弱結構面影響修正系數T3

2 BQ修正分級法在隧道分級中的應用

將本文建立的BQ修正圍巖分級法運用到某公路隧道已開挖的32個段落(YK53+850～YK63+670段)的圍巖進行分級處理進行圍巖分級，并將BQ修正法的分級結果與BQ法的分級結果和實際圍巖級別進行對比分析。在對該隧道圍巖進行BQ修正分級法分級時，由于已開挖段較為淺埋，地應力值較低，故初始地應力影響折減系數T1取值為0，圍巖分級各指標具體取值及計算結果見表4，表5。根據上述已經建立的分級算法，對部分區段圍巖進行分類(見表6)。通過表6的分級結果可以得出:用BQ圍巖分級方法計算所得的圍巖級別主要為Ⅳ級，有少量的Ⅲ級和Ⅴ級圍巖;而用BQ修正分級法計算所得的圍巖級別有較少Ⅳ級圍巖。兩種分級方法所得的結果有4段不相一致。經過與實際圍巖情況相比較，對于4段BQ法與BQ修正法分級不一致的圍巖，BQ修正法分級所得的圍巖級別均比BQ法所得的圍巖級別稍好。

表4 水文地質試驗成果表

表5 主要物理力學試驗成果表

3 結語

1)公路隧道設計規范中的BQ法對于復雜地質對圍巖分級的影響折減的考慮存在一些不足，主要表現為未對復雜地質條件下對圍巖穩定影響較為突出的地下水和初始地應力給予考慮或區分，造成高地應力條件下圍巖分級結果準確率較低;

表6 隧道圍巖分級表

2)針對復雜地質條件，本文僅用BQ法中的初始地應力影響修正系數T1、地下水狀態影響修正系數T2以及主要軟弱結構面影響修正系數T3三個參數來表示復雜地質對圍巖分級的影響，除此以外，還有其他多種可能影響圍巖穩定性的復雜地質條件，如斷層、破碎帶等，這些因素的影響折減條件仍有待完善;

3)BQ修正法在某隧道圍巖分級中進行應用，結果表明:在復雜地質條件下的圍巖分級結果比，本文建立的BQ修正法的分級結果吻合率比傳統的BQ法更好，但對于初始地應力、地下水狀況以及主要軟弱結構面影響的折減系數T1，T2及T3更精確的取值，還需要在以后的公路隧道工程圍巖分級中繼續檢驗和完善。

[1]JTJ D70-2004，公路隧道設計規范[S].

[2]王明年，何林生.建立公路隧道施工階段圍巖分級的思考[J].廣東公路交通，2008(6):22-23.

[3]張悼元，王士天，王蘭生.工程地質分析原理[M].北京:地質出版社，1994.

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