塔姑隧道圍巖級別判定

李 源

（四川濟通工程試驗檢測有限公司）

塔姑隧道圍巖級別判定

李 源

（四川濟通工程試驗檢測有限公司）

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設計為IV級和Ⅴ級。采用新奧法進行施工。隧道開挖后應及時施作初期支護，最大限度地保護圍巖，這就要求隧道開挖后能迅速、準確地判定掌子面的圍巖級別。

隧道工程；圍巖分級

一、隧道圍巖級別判定工作流程

隧道工程施工過程中需要進行隧道圍巖級別判定的情況較多（本處狹義指可能發生隧道圍巖支護參數設計變更時所進行的圍巖級別判別工作）。由于隧道工程的特殊性，圍巖級別采用六方現場會審制度（地質勘查、監測、施工、監理、設計、業主）。現場會審由業主組織，進行圍巖級別判定是由地質勘查方牽頭填寫判定卡，其他各方共同確認；進行支護參數確認時由設計方提出并經由業主確認。隧道圍巖判別工作流程：預判→組織現場會審→審查工作→判定圍巖級別→支護參數確認→簽字確認。

二、隧道圍巖級別判定工作方法

為使得圍巖級別判定更加客觀與準確，按照我國發布的國家標準《工程巖體分級標準》（GB/T 50218-2014）。該標準適用于公路隧道的巖體質量分級。并采用定性與定量相結合的方法，按兩步進行判定圍巖分級：先通過測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值或定性結論，計算得到巖體基本質量指標BQ值或利用矩陣法查得圍巖基本分級判定結論；第二步綜合考慮其它影響巖體質量和穩定因素，選取地下水狀況、軟弱結構面產狀、地應力三個因素進行圍巖級別修正，同時結合隧道設計支護參數分亞級的做法，以半級為單位進行修正。

BQ分類巖體基本質量分級，應根據巖體基本質量的定性特征和巖體基本質量指標BQ兩者綜合確定。

當使用公式（2.1.1）計算時，應符合下列規定：

《工程巖體分級標準》中BQ分類采用定量分析的時候，主要考慮了巖石的強度和巖體的結構特征兩個方面，而對于巖體所處的地應力環境，地下水狀態以及結構面的方位等只是作為定量結果的一種修正。

1、隧道圍巖基本分級判定方法

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

b.地勘單位拍攝掌子面照片，測繪結構面產狀，即時進行地質素描工作。

c.通過對結構和組成物質通過觸摸、錘擊等方式確認巖性和巖性組合。

e.可直接或間接測量得到體積裂隙數Jv來確定巖體的完整程度；也可以觀察測量結構面類型、裂隙發育及結構面結合情況等，判定出巖體完整性。

f.根據巖石堅硬程度和巖體的完整性，計算得到巖體基本質量指標BQ值或利用矩陣法查得圍巖基本分級判定結論。

2、隧道圍巖綜合分級判定方法

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

c.初始應力修正：若能測定圍巖地應力狀況，可根據測量結論進行地應力修正。也可根據施工過程中的異常情況或觀察近期初期支護變形情況，結合監控量測資料對地應力進行判斷。當發現近期初期支護變形量大并明顯開裂時（非施工質量引起，下同），按高應力考慮，降半級；當初級支護變形侵限，按極高應力區考慮，降一級；當可能發生巖爆時，按巖爆烈度扥機考慮支護參數。

強調：對于巖石類圍巖，無論多少因素引起的降級修正，最低只能是V級弱。

三、支護參數的確認

支護參數由設計代表提出，業主確認。正常情況下，圍巖支護參數與圍巖分級判定存在一一對應關系，但是設計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的重要構筑物，隧道是否處于軟弱地質影響帶等，在這些因素的影響下，確認的支護參數與圍巖級別可能不在一一對應。

四、隧道圍巖級別確定

地下工程巖體詳細定級，當遇有下列情況之一時，應對巖體基本質量指標 BQ進行修正，并以修正后獲得的工程巖體質量，確定巖體級別。

1、有地下水;

2、巖體穩定性受結構面影響，且有一組起控制作用;

3、工程巖體存在由強度應力比所表征的初始應力狀態。地下工程巖體質量指標[BQ] ，可按式（2.1.2）計算。

1、地下水修正

不同巖性與地下水相遇，對圍巖質量和穩定性影響不同，可按表4-1確定

表4-1 地下水影響修正系數1K

2、軟弱結構面修正

當隧道圍巖出現規模較大、貫通性較好的軟弱結構面時（如近水平貫通結構面、泥化夾層、斷層破碎帶、組合斷層等），巖體質量和穩定性將受較大影響，因此需要修正，修正系數2K可按表4-2確定

表4-2 主要軟弱結構面產狀影響修正系數2K

特別說明：結構面產狀與洞軸線組合關系羅盤測得的。掌子面圍巖出現出現近水平貫通結構面（傾角＜10°）、泥化夾層、斷層破碎帶等狀況是，圍巖等級降半級；遇其組合則降一級；遇到組合斷層圍巖等級降一級。

3、初始應力修正

隧道圍巖初始應力場受多種因素影響，一般來講，主要因素有埋深、構造運動、地形地貌、地表剝蝕等，但是這些因素對于圍巖穩定性的影響程度，尚且沒有成熟的理論機制。因此準確獲得巖體初始應力值σ的最有效辦法是進行現場測試。無實測成果時，可根據工程埋深或開挖深度、地形地貌、地質構造 運動史、主要構造線、鉆孔中的巖心餅化和開挖過程中出現的巖爆等特殊地質現象，按表4-4作出評估。巖石強度與初始應力之比Rc/σmax對于圍巖穩定性或變形影響表現顯著，其修正可查表4-3確定。

表4-3 初始應力狀態影響修正系數3K

表4-4 圍巖強度應力比評估

4、S103塔姑隧道圍巖級別確定

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，嶺脊斜坡地域為其碎屑巖、變質巖、碳酸鹽巖和巖漿巖所展露。構造復雜，斷裂縱橫交錯，斷隙發育，巖石破碎，風化厲害，在干雨季節分明、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現象活動頻繁，規模巨大，密集成群，分布廣泛。進口端存在活動性斷裂構造，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的粘土巖粉砂巖和砂巖等組成，呈散體和軟塑結構。進口端存在沖溝，降雨集中條件下對巖層的穩定性影響極大；隧道中間段為堅硬半堅硬地質以層狀碎屑結構為主，巖面的厚度比較穩定，但層間結構面發育，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，呈散體和軟塑結構。區域工程地質條件復雜。

在S103塔姑隧道施工現場，由于現場條件限制，在不涉及到變更的情況下對圍巖級別判定主要采用矩陣法，查表得出圍巖初步分級結論，再對結論進行修正，若當設計支護等級滿足圍巖等級需求則繼續施工，若當前設計支護等級不能滿足當前圍巖等級需求則需要對設計方案進行變更。涉及變更情況對圍巖級別判定進行定量判定過程中主要從以下幾個方面進行。

1.巖石堅硬程度，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得巖石的飽和單軸抗壓強度，而在施工現場的具體操作過程如下：

(1) 隧道開挖、出渣、支護等操作工序技術后，技術人員進入掌子面，選取不低于3組巖塊，由施工單位負責取出。

(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度準確性，應當注意下幾點：

(1)、試件直徑宜為 48mm～54mm，并應大于巖石最大顆粒 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大于0.05mm，沿試件高度、直徑的誤差不應大于 0.3mm，端面應垂直于試件軸線，最大偏差不應大于 0.25°；

(3)、可采用自由吸水法或強制飽和法使試件吸水飽和。對軟巖或極軟巖，試件應采取保護措施；

(4)、試驗時，試件應置于試驗機承壓板中心，試件兩端面應與試驗機上下壓板接觸均勻。應以每秒 O.5MPa～ 1.OMPa 的速率加載直至破壞。應根據破壞載荷及試件截面面積計算巖石單軸抗壓強度。

掌子面節理統計主要步驟：

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

（2）、對與測線相交的各結構面跡線交點位置及相應結構面 產狀進行編錄，并根據產狀分布情況對結構面進行分組；

(3)、對測線上同組結構面沿測線方向間距進行測量與統計，獲得沿測線方向視間距。應根據結構面產狀與測線方位，計算該組結構面沿法線方向的真間距，其算術平均值的倒數即為該組結構面沿法向每米長結構面的條數；

3.對地下水進行修正過程中，一般情況根據出水狀態直接查表得出。

4.對主要軟弱結構面影響系數的現場測定，則是主要通過地質羅盤測定主要結構面的傾角和走向，同時測定隧道的走向，確定出主要結構面與隧道走向的夾角和結構面傾角，如果存在多個軟弱結構面，則依次求解出此影響系數，比較取最大值，則最大值的所確定的軟弱結構面即為對掌子面穩定性影響最大的結構面。確定出此影響系數。

5.對地應力修正則主要通過巖爆、鉆孔和監控量測等由表4-3、4-4確定。

[1]《工程巖體分級標準》（GB/T 50218-2014）

[2]《公路隧道設計規范》（JTG D70/2-2014）

[3]《公路隧道設計細則》（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 變質巖巖石的分類和命名方案》（GB/T 17412.3-1998）

U45

B

1007-6344（2017）05-0060-02