塔姑隧道围岩级别判定

2017-05-18李源

四川水泥 2017年5期

关键词：掌子面级别修正

李源

（四川济通工程试验检测有限公司）

塔姑隧道围岩级别判定

李源

（四川济通工程试验检测有限公司）

塔姑隧道位于四川省凉山彝族自治州S103美姑大桥至马边界段，为单洞隧道，全长213m。全隧道穿越围岩等级设计为IV级和Ⅴ级。采用新奥法进行施工。隧道开挖后应及时施作初期支护，最大限度地保护围岩，这就要求隧道开挖后能迅速、准确地判定掌子面的围岩级别。

隧道工程；围岩分级

一、隧道围岩级别判定工作流程

隧道工程施工过程中需要进行隧道围岩级别判定的情况较多（本处狭义指可能发生隧道围岩支护参数设计变更时所进行的围岩级别判别工作）。由于隧道工程的特殊性，围岩级别采用六方现场会审制度（地质勘查、监测、施工、监理、设计、业主）。现场会审由业主组织，进行围岩级别判定是由地质勘查方牵头填写判定卡，其他各方共同确认；进行支护参数确认时由设计方提出并经由业主确认。隧道围岩判别工作流程：预判→组织现场会审→审查工作→判定围岩级别→支护参数确认→签字确认。

二、隧道围岩级别判定工作方法

为使得围岩级别判定更加客观与准确，按照我国发布的国家标准《工程岩体分级标准》（GB/T 50218-2014）。该标准适用于公路隧道的岩体质量分级。并采用定性与定量相结合的方法，按两步进行判定围岩分级：先通过测量或观察隧道围岩状况得到岩石硬度和岩体完整度的定量数值或定性结论，计算得到岩体基本质量指标BQ值或利用矩阵法查得围岩基本分级判定结论；第二步综合考虑其它影响岩体质量和稳定因素，选取地下水状况、软弱结构面产状、地应力三个因素进行围岩级别修正，同时结合隧道设计支护参数分亚级的做法，以半级为单位进行修正。

BQ分类岩体基本质量分级，应根据岩体基本质量的定性特征和岩体基本质量指标BQ两者综合确定。

当使用公式（2.1.1）计算时，应符合下列规定：

《工程岩体分级标准》中BQ分类采用定量分析的时候，主要考虑了岩石的强度和岩体的结构特征两个方面，而对于岩体所处的地应力环境，地下水状态以及结构面的方位等只是作为定量结果的一种修正。

1、隧道围岩基本分级判定方法

a.为便于会审各方清晰观察掌子面围岩的相关状况，施工单位须确保掌子面已出渣、清危完毕，洞内具备良好的通风和照明条件。

b.地勘单位拍摄掌子面照片，测绘结构面产状，即时进行地质素描工作。

c.通过对结构和组成物质通过触摸、锤击等方式确认岩性和岩性组合。

e.可直接或间接测量得到体积裂隙数Jv来确定岩体的完整程度；也可以观察测量结构面类型、裂隙发育及结构面结合情况等，判定出岩体完整性。

f.根据岩石坚硬程度和岩体的完整性，计算得到岩体基本质量指标BQ值或利用矩阵法查得围岩基本分级判定结论。

2、隧道围岩综合分级判定方法

b.主要软弱结构面修正：掌子面围岩出现出现近水平贯通结构面（倾角＜10°）、泥化夹层、断层破碎带等状况是，围岩等级降半级；遇其组合则降一级；遇到组合断层围岩等级降一级。

c.初始应力修正：若能测定围岩地应力状况，可根据测量结论进行地应力修正。也可根据施工过程中的异常情况或观察近期初期支护变形情况，结合监控量测资料对地应力进行判断。当发现近期初期支护变形量大并明显开裂时（非施工质量引起，下同），按高应力考虑，降半级；当初级支护变形侵限，按极高应力区考虑，降一级；当可能发生岩爆时，按岩爆烈度扥机考虑支护参数。

强调：对于岩石类围岩，无论多少因素引起的降级修正，最低只能是V级弱。

三、支护参数的确认

支护参数由设计代表提出，业主确认。正常情况下，围岩支护参数与围岩分级判定存在一一对应关系，但是设计综合考虑的因素还有，是否存在偏压，隧道上方是否存在冲沟、隧道四周是否存在通道或需要保护的重要构筑物，隧道是否处于软弱地质影响带等，在这些因素的影响下，确认的支护参数与围岩级别可能不在一一对应。

四、隧道围岩级别确定

地下工程岩体详细定级，当遇有下列情况之一时，应对岩体基本质量指标 BQ进行修正，并以修正后获得的工程岩体质量，确定岩体级别。

1、有地下水;

2、岩体稳定性受结构面影响，且有一组起控制作用;

3、工程岩体存在由强度应力比所表征的初始应力状态。地下工程岩体质量指标[BQ] ，可按式（2.1.2）计算。

1、地下水修正

不同岩性与地下水相遇，对围岩质量和稳定性影响不同，可按表4-1确定

表4-1 地下水影响修正系数1K

2、软弱结构面修正

当隧道围岩出现规模较大、贯通性较好的软弱结构面时（如近水平贯通结构面、泥化夹层、断层破碎带、组合断层等），岩体质量和稳定性将受较大影响，因此需要修正，修正系数2K可按表4-2确定

表4-2 主要软弱结构面产状影响修正系数2K

特别说明：结构面产状与洞轴线组合关系罗盘测得的。掌子面围岩出现出现近水平贯通结构面（倾角＜10°）、泥化夹层、断层破碎带等状况是，围岩等级降半级；遇其组合则降一级；遇到组合断层围岩等级降一级。

3、初始应力修正

隧道围岩初始应力场受多种因素影响，一般来讲，主要因素有埋深、构造运动、地形地貌、地表剥蚀等，但是这些因素对于围岩稳定性的影响程度，尚且没有成熟的理论机制。因此准确获得岩体初始应力值σ的最有效办法是进行现场测试。无实测成果时，可根据工程埋深或开挖深度、地形地貌、地质构造运动史、主要构造线、钻孔中的岩心饼化和开挖过程中出现的岩爆等特殊地质现象，按表4-4作出评估。岩石强度与初始应力之比Rc/σmax对于围岩稳定性或变形影响表现显著，其修正可查表4-3确定。

表4-3 初始应力状态影响修正系数3K

表4-4 围岩强度应力比评估

4、S103塔姑隧道围岩级别确定

塔姑隧道地处凉山州美姑县，为S103省道组成部分，周边地貌以高山、高中山为主，河系发育，山高坡陡，沟谷深切。除河谷平原和山间盆地展布松散土石外，岭脊斜坡地域为其碎屑岩、变质岩、碳酸盐岩和岩浆岩所展露。构造复杂，断裂纵横交错，断隙发育，岩石破碎，风化厉害，在干雨季节分明、降雨集中的特定气候条件下，崩塌、滑坡、泥石流等不良物理地质现象活动频繁，规模巨大，密集成群，分布广泛。进口端存在活动性断裂构造，以松散软弱土石类主的与第四系不同成因的粘性土、砂类土和卵漂(碎石)石层和第三系弱胶结的粘土岩粉砂岩和砂岩等组成，呈散体和软塑结构。进口端存在冲沟，降雨集中条件下对岩层的稳定性影响极大；隧道中间段为坚硬半坚硬地质以层状碎屑结构为主，岩面的厚度比较稳定，但层间结构面发育，岩性组成主要为砂岩、粉砂岩、泥岩、页岩、片岩、千枚岩组成；出口端以松散软弱土石类主的堆积层，呈散体和软塑结构。区域工程地质条件复杂。

在S103塔姑隧道施工现场，由于现场条件限制，在不涉及到变更的情况下对围岩级别判定主要采用矩阵法，查表得出围岩初步分级结论，再对结论进行修正，若当设计支护等级满足围岩等级需求则继续施工，若当前设计支护等级不能满足当前围岩等级需求则需要对设计方案进行变更。涉及变更情况对围岩级别判定进行定量判定过程中主要从以下几个方面进行。

1.岩石坚硬程度，主要采用钻取用钻孔岩心或在坑探槽中采取岩块加工过后测得岩石的饱和单轴抗压强度，而在施工现场的具体操作过程如下：

(1) 隧道开挖、出渣、支护等操作工序技术后，技术人员进入掌子面，选取不低于3组岩块，由施工单位负责取出。

(2) 岩块需大小需满足试件加工要求，岩块选取位置以拱顶、拱腰等位置为主。

为保障岩石的饱和单轴抗压强度准确性，应当注意下几点：

(1)、试件直径宜为 48mm～54mm，并应大于岩石最大颗粒直径的10倍。试件高度与直径之比宜为 2.0～2.50 ；

(2)、试件两端面不平行度误差不应大于0.05mm，沿试件高度、直径的误差不应大于 0.3mm，端面应垂直于试件轴线，最大偏差不应大于 0.25°；

(3)、可采用自由吸水法或强制饱和法使试件吸水饱和。对软岩或极软岩，试件应采取保护措施；

(4)、试验时，试件应置于试验机承压板中心，试件两端面应与试验机上下压板接触均匀。应以每秒 O.5MPa～ 1.OMPa 的速率加载直至破坏。应根据破坏载荷及试件截面面积计算岩石单轴抗压强度。