重庆丰都至忠县高速隧道围岩分级探讨

2013-11-16包曙光

交通运输研究 2013年1期

包曙光

（重庆甲多公路设计咨询有限公司，重庆 400039）

0 引言

重庆丰都至忠县高速公路（以下简称丰忠高速）路线全长32.81km，共设8座隧道，总长度6.98km，占路线长度22%。

丰忠路8座隧道所处的地层、岩性以及构造背景基本一致。隧道场地地质构造位于丰都—忠县向斜南东翼，岩层呈单斜状产出，地质构造相对简单，隧道区内未见有断裂构造通过。隧道穿越的地层为侏罗系中统沙溪庙组，主要岩性为砂岩、粉砂质泥岩及粉砂岩，隧道主要岩层组合为砂泥岩互层。

通过对全线隧道围岩的勘察以及分析，对所涉及的8座隧道的围岩进行合理分级，并为设计及支护参数的选取等提供参考依据。

1 隧道变更主要问题及对策

1.1 隧道变更问题分析

根据四川、重庆已经或在建的高速公路隧道设计和施工阶段变更资料统计结果分析，主要变更类型包括以下几种。

1.1.1 隧道施工中由于围岩级别的变化引起的变更，是隧道施工中变更次数最多、金额最大的变更项目。

1.1.2 从工程可行性研究阶段、初步设计阶段到施工图设计阶段，勘察工程中围岩级别的变化也是影响工程造价的主要原因之一。

1.1.3 施工工程中坍方、涌突水等引起的变更。

1.1.4 监控量测不到位，预警不及时，引起初期支护变形、侵限引起的变更。

1.1.5 洞口测量不准确，盲目开挖，边、仰坡失稳等引起的洞口段变更。

1.1.6 设计支护参数不合理，主要原因如下：a）设计阶段地质勘察深度不足，勘察质量较差，对地质资料的搜集和研究不足，对地质问题的分析不透彻；b）设计人员责任心不强，对地质问题的认识不足；c）施工现场管理不到位，缺乏应有的监督；d）施工单位为了追求利益的最大化，施工质量差，偷工减料；e）施工单位技术力量薄弱，缺乏对地质情况变化的预判能力和对突发事件的应急处理能力；f）施工过程中监控量测不到位或预警不及时。

1.2 控制隧道变更对策措施

调整勘查思路，加大勘察力度，提高勘察质量。加强服务意识，提高后续服务效率。加强现场管理，规范监控量测。加强施工现场人员的培训，提高现场人员的施工和管理水平。建立围岩级别变更标准，提高施工中变更的准确性和有效性。

2 设计阶段隧道勘察情况

2.1 详勘阶段勘察方法及主要工作量

详勘阶段采用了以工程地质调绘、地质钻探为主，物探、水文地质以及岩土工程测试为辅，并特别加强综合分析的综合勘察方法。

初步设计阶段在隧道洞身以及隧道进出口段布置了钻孔对隧道围岩进行了初步划分，详勘阶段利用初设钻孔27孔/770.75m。详勘阶段结合初步设计阶段布孔情况并结合规范要求，在隧道的进出口以及隧道洞身布置了钻孔，对隧道穿越的地层岩性进一步控制。详勘阶段又布设了钻孔52孔/1385.2m，并结合规范要求进一步加强了隧道地质调查工作。

2.2 隧道围岩分级原则及方法

隧道围岩分级实质是对围岩自我稳定能力的分级，按照现形规范共有Ⅰ～Ⅵ六个基本级别。根据《公路隧道设计细则》（JTG/T D70—2010）公路隧道围岩分级应采用定性特征划分和定量指标划分相结合的方法进行综合判定。围岩的最终判定为定性与定量相结合进行综合分析后确定。

根据岩石的坚硬程度和岩体完整程度的定性特征以及岩体基本质量指标[BQ]值，进行初步分级。

在岩体基本质量分级基础上考虑修正因素的影响，修正岩体基本质量指标。

按照修正后的BQ，结合岩体的定性特征综合评价、确定岩体的详分级。

本次隧道围岩分级在初勘的基础上，根据围岩基本质量指标BQ值进行划分，其计算公式如下：

当Rc＞90Kv+30时，应以RC=90Kv+30和Kv代入计算；

当Kv＞0.04Rc+0.4时，应以Kv=0.04Rc+0.4和Rc代入计算BQ值。

式中：[BQ]——围岩基本质量指标修正后值；

BQ——围岩基本质量指标；

Kv——岩体完整性指标；

Vpm——岩体弹性纵波速度，km/s；

Vpr——岩块弹性纵波速度，km/s；

K1——地下水影响修正系数；

K2——主要软弱结构面产状影响修正系数；

在外力Fl=800 0N，外力方向角θf=180°，即外力方向垂直向下，轴承宽径比B/d=6/16，轴颈转速ω=600r/min时，运用前述偏位角、偏心率修正方法，寻找平衡时轴心位置。

K3——初始应力状态影响修正系数。

隧道穿越的地层岩性主要为砂岩、粉砂质泥岩及粉砂岩。根据试验统计分析8座隧道砂岩饱和抗压强度30～50MPa属于较硬岩、粉砂质泥岩抗压强度在5～12MPa属软岩。

根据地表岩体节理裂隙统计中风化粉砂质泥岩岩体体积节理数Jv=8～10条/m3，岩体完整性系数Kv=0.65～0.72，砂岩多呈中厚层状结构，岩体抗风化能力较强，风化层薄，中风化岩体体积节理数Jv=3～6条/m3，岩体完整性系数Kv=0.7～0.75，岩体较完整，岩质较坚硬，其工程地质性质较好。

对施工钻孔均进行了声波测井，以获得岩体不同埋藏条件下的弹性波速特征及岩体完整性系数。从测试结果中可以看出，岩体的声波速度差异主要由岩性、岩体中的节理裂隙发育程度不同造成，同一种类岩性声波速度的差异，则反映出围岩的不均质性及裂隙发育特性的岩体特征，反映了岩体的完整性。

3 丰忠高速隧道围岩分级

据地质调绘及钻孔揭露，隧道穿越地层为侏罗系中统沙溪庙组（J2s），主要岩性为砂岩、泥岩。

3.1 丰忠路隧道围岩分级

表1 丰忠路隧道围岩分级统计表

3.2 丰忠路隧道围岩分级差异分析

从表1可以看出，Ⅲ级围岩比例从初勘的19.75%降到了详勘的5.24%，减少了14.51%，Ⅳ级围岩比例从初勘的75.62%增加到详勘的77.39%，增加了约1.77%，Ⅴ级围岩比例从初勘的4.63%增加到详勘的17.36%，增加了12.73%。主要的变化就是从初勘到详勘阶段，有14.51%的III级围岩调整为Ⅳ级围岩，有12.73的Ⅳ级围岩调整为Ⅴ级围岩。

3.2.1 Ⅲ级围岩调整为Ⅳ级围岩主要是在洞身段，通过详勘钻孔验证，隧道洞身段大多数穿越的是薄层砂岩和粉砂质泥岩，因此调整为Ⅳ级围岩。

3.2.2 Ⅳ级围岩调整为Ⅴ级围岩主要集中在洞口，通过详勘钻孔验证的覆盖层厚度较初步设计要厚，或范围要广，因此部分段落调整为Ⅴ级围岩。

以任家岩隧道为例，详勘阶段在隧道洞口和洞身共布置了15个钻孔。从调查及钻孔资料分析，洞身段围岩主要由粉砂质泥岩夹砂岩组成。围岩划分情况如下：

a）粉砂质泥岩属软岩，Rc=10.54MPa，Kv=0.68，BQ=291.6，[BQ]=241.6，以薄～中厚层状结构为主，工程地质性质较差，遇水易软化，失水易开裂；

b）砂岩属较坚硬岩，Rc=50.05MPa，Kv=0.75，BQ=427.7，[BQ]=377.7，以中厚层状结构为主，中～未风化，左洞未穿过厚层砂岩，仅在右洞局部穿过厚层砂岩，隧道洞身总体以Ⅳ级围岩为主，累计长度2383m；

c）洞口段上覆坡残积粉质粘土厚约0.5～3m，下覆粉砂质泥岩属软质岩，薄～中厚层状，遇水易软化，失水开裂，工程地质性质较差，含少量裂隙孔隙水，呈滴水状、线状渗出为主，为Ⅴ级围岩，累计长度285m。

因此任家岩隧道III级围岩减少1366m。