塔姑隧道圍巖級(jí)別判定

李 源

（四川濟(jì)通工程試驗(yàn)檢測(cè)有限公司）

塔姑隧道圍巖級(jí)別判定

李 源

（四川濟(jì)通工程試驗(yàn)檢測(cè)有限公司）

塔姑隧道位于四川省涼山彝族自治州S103美姑大橋至馬邊界段，為單洞隧道，全長213m。全隧道穿越圍巖等級(jí)設(shè)計(jì)為IV級(jí)和Ⅴ級(jí)。采用新奧法進(jìn)行施工。隧道開挖后應(yīng)及時(shí)施作初期支護(hù)，最大限度地保護(hù)圍巖，這就要求隧道開挖后能迅速、準(zhǔn)確地判定掌子面的圍巖級(jí)別。

隧道工程；圍巖分級(jí)

一、隧道圍巖級(jí)別判定工作流程

隧道工程施工過程中需要進(jìn)行隧道圍巖級(jí)別判定的情況較多（本處狹義指可能發(fā)生隧道圍巖支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)變更時(shí)所進(jìn)行的圍巖級(jí)別判別工作）。由于隧道工程的特殊性，圍巖級(jí)別采用六方現(xiàn)場(chǎng)會(huì)審制度（地質(zhì)勘查、監(jiān)測(cè)、施工、監(jiān)理、設(shè)計(jì)、業(yè)主）。現(xiàn)場(chǎng)會(huì)審由業(yè)主組織，進(jìn)行圍巖級(jí)別判定是由地質(zhì)勘查方牽頭填寫判定卡，其他各方共同確認(rèn)；進(jìn)行支護(hù)參數(shù)確認(rèn)時(shí)由設(shè)計(jì)方提出并經(jīng)由業(yè)主確認(rèn)。隧道圍巖判別工作流程：預(yù)判→組織現(xiàn)場(chǎng)會(huì)審→審查工作→判定圍巖級(jí)別→支護(hù)參數(shù)確認(rèn)→簽字確認(rèn)。

二、隧道圍巖級(jí)別判定工作方法

為使得圍巖級(jí)別判定更加客觀與準(zhǔn)確，按照我國發(fā)布的國家標(biāo)準(zhǔn)《工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50218-2014）。該標(biāo)準(zhǔn)適用于公路隧道的巖體質(zhì)量分級(jí)。并采用定性與定量相結(jié)合的方法，按兩步進(jìn)行判定圍巖分級(jí)：先通過測(cè)量或觀察隧道圍巖狀況得到巖石硬度和巖體完整度的定量數(shù)值或定性結(jié)論，計(jì)算得到巖體基本質(zhì)量指標(biāo)BQ值或利用矩陣法查得圍巖基本分級(jí)判定結(jié)論；第二步綜合考慮其它影響巖體質(zhì)量和穩(wěn)定因素，選取地下水狀況、軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀、地應(yīng)力三個(gè)因素進(jìn)行圍巖級(jí)別修正，同時(shí)結(jié)合隧道設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)分亞級(jí)的做法，以半級(jí)為單位進(jìn)行修正。

BQ分類巖體基本質(zhì)量分級(jí)，應(yīng)根據(jù)巖體基本質(zhì)量的定性特征和巖體基本質(zhì)量指標(biāo)BQ兩者綜合確定。

當(dāng)使用公式（2.1.1）計(jì)算時(shí)，應(yīng)符合下列規(guī)定：

《工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》中BQ分類采用定量分析的時(shí)候，主要考慮了巖石的強(qiáng)度和巖體的結(jié)構(gòu)特征兩個(gè)方面，而對(duì)于巖體所處的地應(yīng)力環(huán)境，地下水狀態(tài)以及結(jié)構(gòu)面的方位等只是作為定量結(jié)果的一種修正。

1、隧道圍巖基本分級(jí)判定方法

a.為便于會(huì)審各方清晰觀察掌子面圍巖的相關(guān)狀況，施工單位須確保掌子面已出渣、清危完畢，洞內(nèi)具備良好的通風(fēng)和照明條件。

b.地勘單位拍攝掌子面照片，測(cè)繪結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀，即時(shí)進(jìn)行地質(zhì)素描工作。

c.通過對(duì)結(jié)構(gòu)和組成物質(zhì)通過觸摸、錘擊等方式確認(rèn)巖性和巖性組合。

e.可直接或間接測(cè)量得到體積裂隙數(shù)Jv來確定巖體的完整程度；也可以觀察測(cè)量結(jié)構(gòu)面類型、裂隙發(fā)育及結(jié)構(gòu)面結(jié)合情況等，判定出巖體完整性。

f.根據(jù)巖石堅(jiān)硬程度和巖體的完整性，計(jì)算得到巖體基本質(zhì)量指標(biāo)BQ值或利用矩陣法查得圍巖基本分級(jí)判定結(jié)論。

2、隧道圍巖綜合分級(jí)判定方法

b.主要軟弱結(jié)構(gòu)面修正：掌子面圍巖出現(xiàn)出現(xiàn)近水平貫通結(jié)構(gòu)面（傾角＜10°）、泥化夾層、斷層破碎帶等狀況是，圍巖等級(jí)降半級(jí)；遇其組合則降一級(jí)；遇到組合斷層圍巖等級(jí)降一級(jí)。

c.初始應(yīng)力修正：若能測(cè)定圍巖地應(yīng)力狀況，可根據(jù)測(cè)量結(jié)論進(jìn)行地應(yīng)力修正。也可根據(jù)施工過程中的異常情況或觀察近期初期支護(hù)變形情況，結(jié)合監(jiān)控量測(cè)資料對(duì)地應(yīng)力進(jìn)行判斷。當(dāng)發(fā)現(xiàn)近期初期支護(hù)變形量大并明顯開裂時(shí)（非施工質(zhì)量引起，下同），按高應(yīng)力考慮，降半級(jí)；當(dāng)初級(jí)支護(hù)變形侵限，按極高應(yīng)力區(qū)考慮，降一級(jí)；當(dāng)可能發(fā)生巖爆時(shí)，按巖爆烈度扥機(jī)考慮支護(hù)參數(shù)。

強(qiáng)調(diào)：對(duì)于巖石類圍巖，無論多少因素引起的降級(jí)修正，最低只能是V級(jí)弱。

三、支護(hù)參數(shù)的確認(rèn)

支護(hù)參數(shù)由設(shè)計(jì)代表提出，業(yè)主確認(rèn)。正常情況下，圍巖支護(hù)參數(shù)與圍巖分級(jí)判定存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，但是設(shè)計(jì)綜合考慮的因素還有，是否存在偏壓，隧道上方是否存在沖溝、隧道四周是否存在通道或需要保護(hù)的重要構(gòu)筑物，隧道是否處于軟弱地質(zhì)影響帶等，在這些因素的影響下，確認(rèn)的支護(hù)參數(shù)與圍巖級(jí)別可能不在一一對(duì)應(yīng)。

四、隧道圍巖級(jí)別確定

地下工程巖體詳細(xì)定級(jí)，當(dāng)遇有下列情況之一時(shí)，應(yīng)對(duì)巖體基本質(zhì)量指標(biāo) BQ進(jìn)行修正，并以修正后獲得的工程巖體質(zhì)量，確定巖體級(jí)別。

1、有地下水;

2、巖體穩(wěn)定性受結(jié)構(gòu)面影響，且有一組起控制作用;

3、工程巖體存在由強(qiáng)度應(yīng)力比所表征的初始應(yīng)力狀態(tài)。地下工程巖體質(zhì)量指標(biāo)[BQ] ，可按式（2.1.2）計(jì)算。

1、地下水修正

不同巖性與地下水相遇，對(duì)圍巖質(zhì)量和穩(wěn)定性影響不同，可按表4-1確定

表4-1 地下水影響修正系數(shù)1K

2、軟弱結(jié)構(gòu)面修正

當(dāng)隧道圍巖出現(xiàn)規(guī)模較大、貫通性較好的軟弱結(jié)構(gòu)面時(shí)（如近水平貫通結(jié)構(gòu)面、泥化夾層、斷層破碎帶、組合斷層等），巖體質(zhì)量和穩(wěn)定性將受較大影響，因此需要修正，修正系數(shù)2K可按表4-2確定

表4-2 主要軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀影響修正系數(shù)2K

特別說明：結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀與洞軸線組合關(guān)系羅盤測(cè)得的。掌子面圍巖出現(xiàn)出現(xiàn)近水平貫通結(jié)構(gòu)面（傾角＜10°）、泥化夾層、斷層破碎帶等狀況是，圍巖等級(jí)降半級(jí)；遇其組合則降一級(jí)；遇到組合斷層圍巖等級(jí)降一級(jí)。

3、初始應(yīng)力修正

隧道圍巖初始應(yīng)力場(chǎng)受多種因素影響，一般來講，主要因素有埋深、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、地形地貌、地表剝蝕等，但是這些因素對(duì)于圍巖穩(wěn)定性的影響程度，尚且沒有成熟的理論機(jī)制。因此準(zhǔn)確獲得巖體初始應(yīng)力值σ的最有效辦法是進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。無實(shí)測(cè)成果時(shí)，可根據(jù)工程埋深或開挖深度、地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造 運(yùn)動(dòng)史、主要構(gòu)造線、鉆孔中的巖心餅化和開挖過程中出現(xiàn)的巖爆等特殊地質(zhì)現(xiàn)象，按表4-4作出評(píng)估。巖石強(qiáng)度與初始應(yīng)力之比Rc/σmax對(duì)于圍巖穩(wěn)定性或變形影響表現(xiàn)顯著，其修正可查表4-3確定。

表4-3 初始應(yīng)力狀態(tài)影響修正系數(shù)3K

表4-4 圍巖強(qiáng)度應(yīng)力比評(píng)估

4、S103塔姑隧道圍巖級(jí)別確定

塔姑隧道地處涼山州美姑縣，為S103省道組成部分，周邊地貌以高山、高中山為主，河系發(fā)育，山高坡陡，溝谷深切。除河谷平原和山間盆地展布松散土石外，嶺脊斜坡地域?yàn)槠渌樾紟r、變質(zhì)巖、碳酸鹽巖和巖漿巖所展露。構(gòu)造復(fù)雜，斷裂縱橫交錯(cuò)，斷隙發(fā)育，巖石破碎，風(fēng)化厲害，在干雨季節(jié)分明、降雨集中的特定氣候條件下，崩塌、滑坡、泥石流等不良物理地質(zhì)現(xiàn)象活動(dòng)頻繁，規(guī)模巨大，密集成群，分布廣泛。進(jìn)口端存在活動(dòng)性斷裂構(gòu)造，以松散軟弱土石類主的與第四系不同成因的粘性土、砂類土和卵漂(碎石)石層和第三系弱膠結(jié)的粘土巖粉砂巖和砂巖等組成，呈散體和軟塑結(jié)構(gòu)。進(jìn)口端存在沖溝，降雨集中條件下對(duì)巖層的穩(wěn)定性影響極大；隧道中間段為堅(jiān)硬半堅(jiān)硬地質(zhì)以層狀碎屑結(jié)構(gòu)為主，巖面的厚度比較穩(wěn)定，但層間結(jié)構(gòu)面發(fā)育，巖性組成主要為砂巖、粉砂巖、泥巖、頁巖、片巖、千枚巖組成；出口端以松散軟弱土石類主的堆積層，呈散體和軟塑結(jié)構(gòu)。區(qū)域工程地質(zhì)條件復(fù)雜。

在S103塔姑隧道施工現(xiàn)場(chǎng)，由于現(xiàn)場(chǎng)條件限制，在不涉及到變更的情況下對(duì)圍巖級(jí)別判定主要采用矩陣法，查表得出圍巖初步分級(jí)結(jié)論，再對(duì)結(jié)論進(jìn)行修正，若當(dāng)設(shè)計(jì)支護(hù)等級(jí)滿足圍巖等級(jí)需求則繼續(xù)施工，若當(dāng)前設(shè)計(jì)支護(hù)等級(jí)不能滿足當(dāng)前圍巖等級(jí)需求則需要對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行變更。涉及變更情況對(duì)圍巖級(jí)別判定進(jìn)行定量判定過程中主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行。

1.巖石堅(jiān)硬程度，主要采用鉆取用鉆孔巖心或在坑探槽中采取巖塊加工過后測(cè)得巖石的飽和單軸抗壓強(qiáng)度，而在施工現(xiàn)場(chǎng)的具體操作過程如下：

(1) 隧道開挖、出渣、支護(hù)等操作工序技術(shù)后，技術(shù)人員進(jìn)入掌子面，選取不低于3組巖塊，由施工單位負(fù)責(zé)取出。

(2) 巖塊需大小需滿足試件加工要求，巖塊選取位置以拱頂、拱腰等位置為主。

為保障巖石的飽和單軸抗壓強(qiáng)度準(zhǔn)確性，應(yīng)當(dāng)注意下幾點(diǎn)：

(1)、試件直徑宜為 48mm～54mm，并應(yīng)大于巖石最大顆粒 直徑的10倍。試件高度與直徑之比宜為 2.0～2.50 ；

(2)、試件兩端面不平行度誤差不應(yīng)大于0.05mm，沿試件高度、直徑的誤差不應(yīng)大于 0.3mm，端面應(yīng)垂直于試件軸線，最大偏差不應(yīng)大于 0.25°；

(3)、可采用自由吸水法或強(qiáng)制飽和法使試件吸水飽和。對(duì)軟巖或極軟巖，試件應(yīng)采取保護(hù)措施；

(4)、試驗(yàn)時(shí)，試件應(yīng)置于試驗(yàn)機(jī)承壓板中心，試件兩端面應(yīng)與試驗(yàn)機(jī)上下壓板接觸均勻。應(yīng)以每秒 O.5MPa～ 1.OMPa 的速率加載直至破壞。應(yīng)根據(jù)破壞載荷及試件截面面積計(jì)算巖石單軸抗壓強(qiáng)度。

掌子面節(jié)理統(tǒng)計(jì)主要步驟：

（1）、布置測(cè)線，以水平測(cè)線為主長度不小于5m，垂直測(cè)線長度不小于2m（可無）；

（2）、對(duì)與測(cè)線相交的各結(jié)構(gòu)面跡線交點(diǎn)位置及相應(yīng)結(jié)構(gòu)面 產(chǎn)狀進(jìn)行編錄，并根據(jù)產(chǎn)狀分布情況對(duì)結(jié)構(gòu)面進(jìn)行分組；

(3)、對(duì)測(cè)線上同組結(jié)構(gòu)面沿測(cè)線方向間距進(jìn)行測(cè)量與統(tǒng)計(jì)，獲得沿測(cè)線方向視間距。應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀與測(cè)線方位，計(jì)算該組結(jié)構(gòu)面沿法線方向的真間距，其算術(shù)平均值的倒數(shù)即為該組結(jié)構(gòu)面沿法向每米長結(jié)構(gòu)面的條數(shù)；

3.對(duì)地下水進(jìn)行修正過程中，一般情況根據(jù)出水狀態(tài)直接查表得出。

4.對(duì)主要軟弱結(jié)構(gòu)面影響系數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，則是主要通過地質(zhì)羅盤測(cè)定主要結(jié)構(gòu)面的傾角和走向，同時(shí)測(cè)定隧道的走向，確定出主要結(jié)構(gòu)面與隧道走向的夾角和結(jié)構(gòu)面傾角，如果存在多個(gè)軟弱結(jié)構(gòu)面，則依次求解出此影響系數(shù)，比較取最大值，則最大值的所確定的軟弱結(jié)構(gòu)面即為對(duì)掌子面穩(wěn)定性影響最大的結(jié)構(gòu)面。確定出此影響系數(shù)。

5.對(duì)地應(yīng)力修正則主要通過巖爆、鉆孔和監(jiān)控量測(cè)等由表4-3、4-4確定。

[1]《工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50218-2014）

[2]《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D70/2-2014）

[3]《公路隧道設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTG/T D70-2010）

[4]《巖石分類和命名方案 火成巖巖石分類和命名方案》（GB/T 17412.1-1998）

[5]《巖石分類和命名方案 沉積巖巖石分類和命名方案》（GB/T 17412.2-1998）

[6]《巖石分類和命名方案 變質(zhì)巖巖石的分類和命名方案》（GB/T 17412.3-1998）

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1007-6344（2017）05-0060-02