基于規(guī)范法探討分析公路、鐵路、城軌工程中對隧道圍巖分級及其修正因素之間的區(qū)別

基于規(guī)范法探討分析公路、鐵路、城軌工程中對隧道圍巖分級及其修正因素之間的區(qū)別

Summary：公路工程、鐵路工程、城市軌道交通工程中對隧道圍巖分級、地下工程巖體分級、巖石的基本質(zhì)量指標規(guī)定稍有區(qū)別，在實際項目施工過程中在選擇和使用規(guī)范時會出現(xiàn)巖體分級、對于各類不利因素修正情況出現(xiàn)不一致的情況。本文試結(jié)合目前現(xiàn)行的《公路隧道設(shè)計規(guī)范第一冊土建工程》、《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》、《城市軌道交通巖土工程勘察規(guī)范》里的相關(guān)內(nèi)容，結(jié)合地下工程、隧道實際情況，對以上3本規(guī)范中對地下工程、隧道圍巖基本分級及其修正因素、指標進行簡要地歸類、比較、分析，并分析出其間不同的主要區(qū)別。Keys：隧道圍巖分級、分級修正因素及區(qū)別以工程行業(yè)特點和施工工藝來比較的話，公路和鐵路項目屬性和特點相對建筑工程、城市軌道交通工程更為接近，建筑工程在土木工程行業(yè)應(yīng)用最為廣泛，也是其他行業(yè)借鑒和分級的基礎(chǔ)；城市軌道交通工程因其涵蓋了軌道隧道、高架橋梁、站臺建筑等工程，兼具了鐵路運輸?shù)奶攸c、涵蓋了公路鐵路站臺路基隧道、功能上又和建筑工程關(guān)聯(lián)密切、所以城市軌道既有其他細分行業(yè)的特點，又獨有城軌項目自身的特點，在規(guī)范的分級內(nèi)容上和其他三類稍有區(qū)別，但規(guī)范思想存在可尋的理論相交共性特點。1公路隧道圍巖公路隧道圍巖分級及其修正，分為初步分級和考慮修正因素的影響得出基本質(zhì)量指標修正值[BQ]，修正前后圍巖分為6個級別，分別是I級、II級、III級、IV級、V級、VI級，但該分級方法不適于特殊圍巖分級，在結(jié)合巖體、土體的主要定性特征，結(jié)合定性定量方法對其圍巖級別進行劃分，相關(guān)考慮因素詳見表1-1公路隧道圍巖分級及修正考慮因素。表1-1公路隧道圍巖初步分級、詳細分級考慮因素序號分級及修正考慮因素1圍巖初步分級劃分因素圍巖巖體或土體主要定性特征基本質(zhì)量指標BQ堅硬程度完整性程度單軸飽和抗壓強度Rc巖體完整系數(shù)Kv2初級分級后詳細分級[BQ]時修正考慮因素K1：地下水影響修正系數(shù)K2：主要軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀影響修正系數(shù)K3：初始應(yīng)力狀態(tài)影響修正系數(shù)注：1、基本質(zhì)量指標保持和GB/T50218-2014通用式一致，BQ=100+3Rc+250Kv；2、詳細分級時修正后的基本質(zhì)量指標[BQ]=BQ—100（K1+K2+K3）。詳細分級時修正因素的主要軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀影響修正系數(shù)K2受到結(jié)構(gòu)面走向與洞軸線夾角、結(jié)構(gòu)面傾角大小關(guān)系的影響，初始應(yīng)力狀態(tài)影響修正系數(shù)K3在鉆探和施工過程中出現(xiàn)的高應(yīng)力情況、Rc/σmax（垂直洞軸線方向的最大初始應(yīng)力）綜合判斷。地下隧道工程的圍巖分級判斷內(nèi)容和GB/T50218-2014基本一致，總體思路也是基于國標的規(guī)范思想和應(yīng)用領(lǐng)域開展出初步分級、詳細分級對巖體或土體進行分級和修正，但GB/T50218-2014中無明確指明地下工程等同于隧道，在實際應(yīng)用中可以認為隧道屬于地下工程。國標里對地下工程里只限制于巖質(zhì)圍巖的分級，但沒有對土質(zhì)圍巖的情況進行分級說明，由于公路隧道涉及地質(zhì)情況較為復(fù)雜，縱橫向巖體分部在個別地區(qū)差異很大，局部不良地段會存在V級，甚至是VI級的圍巖，原公路隧道設(shè)計規(guī)范沒有考慮土質(zhì)圍巖的定性分級特征，為適應(yīng)實際情況考慮公路隧道的特點，現(xiàn)行JTG3370.1-2018《公路隧道設(shè)計規(guī)范第一冊土建工程》借鑒了《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》里相關(guān)內(nèi)容，引入土質(zhì)圍巖分級概念，土質(zhì)圍巖分級的標準尚未開展缺少相應(yīng)的大范圍項目數(shù)據(jù)支撐，在業(yè)內(nèi)算是一個相對欠缺研究的領(lǐng)域。2鐵路隧道圍巖2.1鐵路圍巖分級、修正考慮因素鐵路隧道圍巖分級較為詳細，TB10003-2016《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》中附錄B將其劃分為6個主要級別，和公路項目類似，根據(jù)巖體特征、土體特征、圍巖基本質(zhì)量指標BQ、圍巖彈性縱波波速vp、巖性類型5個內(nèi)容按照表B.1.5將基本分級分為I級、II級、III級、IV級、V級、VI級，其中BQ=100+3Rc+250Kv計算得到。附錄C在附錄B的基礎(chǔ)上根據(jù)圍巖主要工程地質(zhì)特征、結(jié)構(gòu)特征和完整狀態(tài)、圍巖基本質(zhì)量BQ三個方向?qū)II級、IV級、V級進行亞分級，分為III1級、III2級、IV1級、IV2級、V1級、V2級共6個亞級，這也是鐵路規(guī)范獨有的分級體系。鐵路隧道規(guī)范推薦采用的也是定性和定量修正相結(jié)合的方法，不管是在主要分為6個圍巖級別，還是再劃分為亞分級的級別，這個方法貫穿分級類別。鐵路隧道圍巖分級、亞分級及其相關(guān)修正方法見下表2-1。表2-1鐵路隧道圍巖分級、亞分級圍巖分級、修正考慮因素序號圍巖基本分級、亞分級考慮因素1圍巖基本分級巖體特征土體特征圍巖基本質(zhì)量BQ巖性類型1圍巖彈性縱波波速vp2圍巖亞分級主要工程地質(zhì)特征結(jié)構(gòu)特征和完整狀態(tài)圍巖基本質(zhì)量BQ3圍巖分級、亞分級修正相關(guān)因素——定量法4地下水出水狀態(tài)的分級地下水影響的修正初始力狀態(tài)評估基準2初始地應(yīng)力影響的修正主要結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀狀態(tài)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀和洞軸線組合關(guān)系工程特性富水情況5圍巖分級、亞分級基本質(zhì)量指標修正[BQ]3相關(guān)因素——定性法6K1：地下水影響修正系數(shù)K2：主要軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀修正系數(shù)K3：初始地應(yīng)力影響修正系數(shù)注：1、巖性類型根據(jù)巖石成因和地質(zhì)年代按照表B.1.2-2劃分為A、B、C、D、E五種巖性的巖石。2、初始力狀態(tài)評估基準為巖石單軸飽和抗壓強度Rc和垂直洞軸線方向的最大初始地應(yīng)力值σmax值之比。3、圍巖分級、亞分級其基本質(zhì)量指標修正值[BQ]=BQ-100（K1+K2+K3），修正后再按TB10003-2016圍巖基本分級表B.1.5對其進行重新確定修正后修正分級、按表C.1.1重新確定修正后亞分級。

鐵路規(guī)范里對圍巖分級劃分相對公路而言考慮因素較多，修正因素涉及內(nèi)容也較為具體，相對而言比較嚴謹，也提高了圍巖分級、亞分級的結(jié)果的可靠新。在基本質(zhì)量指標BQ確定里就結(jié)合了巖性特征的情況來相輔確定，巖性特征并非簡單地劃分為巖漿巖、變質(zhì)巖、沉積巖，除了在考慮成因外，還系統(tǒng)地考慮了巖石里的鈣質(zhì)、鐵質(zhì)膠結(jié)面的影響，結(jié)合地質(zhì)年代第三紀、Rc軟質(zhì)巖強度臨界強度來進行綜合劃分，劃分為A、B、C、D、E五種類別。

2.2鐵路圍巖分級和公路圍巖分級的主要區(qū)別圍巖基本分級時，鐵路考慮圍巖彈性縱波波速vp，該因素間接反映了圍巖的巖體致密程度，能直觀地體現(xiàn)出圍巖的基本質(zhì)量好壞：縱波波速vp越高則說明圍巖內(nèi)缺陷裂縫少、層理不明顯、結(jié)合面完好、結(jié)構(gòu)面趨于不發(fā)育，說明圍巖基本質(zhì)量約好，反之越低則圍巖基本質(zhì)量越差。修正[BQ]值里考慮的K1、K2、K3公路鐵路隧道設(shè)計內(nèi)容基本一致，修正因素也大致接近，但在劃分初步基本質(zhì)量指標BQ時考慮IV級、V級、VI級時土質(zhì)圍巖定性描述時兩本規(guī)范稍有不同，VI級圍巖里公路隧道里只考慮了“軟塑狀粘性土及潮濕、飽和及粉細砂層、軟土，不涉及破碎狀巖石”；鐵路隧道考慮的土質(zhì)圍巖和公路較為接近，為“軟塑狀黏性土，飽和的粉土、砂類土等，風(fēng)積沙，嚴重濕陷性黃土”還列出了“受構(gòu)造影響嚴重呈碎石、角礫及粉末、泥土狀的富水斷層帶，富水破碎帶的綠泥石或炭質(zhì)千枚巖”，呈現(xiàn)了鐵路考慮VI級圍巖不僅列出土質(zhì)圍巖，更把破碎的巖質(zhì)圍巖和富水狀態(tài)也體現(xiàn)在分類描述里，這也側(cè)面說明鐵路在VI級圍巖探究方面走在公路隧道的前面。3城市軌道交通工程圍巖城軌勘察規(guī)范對圍巖分級考慮情況較為簡單，其基本質(zhì)量分級沒有涉及到BQ值概念，或許是和規(guī)范編寫年代較早，在GB/T50214-2014年代之前，也沒有借鑒國標系統(tǒng)基本分級和分級后根據(jù)隧道工程所處地質(zhì)環(huán)境和特點對不利情況進行修正。基本分級方法和前述公路鐵路隧道規(guī)范類似，也采用定性定量相結(jié)合的方法，在主要工程地質(zhì)特征里規(guī)范用飽和單軸抗壓強度fr，但沒有考慮到巖體的完整性指數(shù)Kv，考慮隧道類型也只是單線，這和城市軌道交通常以單線單洞設(shè)計施工的特點有關(guān)，相對來講考慮因素比較簡單。根據(jù)《城市軌道交通巖土工程勘察規(guī)范》GB50307-2012，城軌隧道圍巖分級考慮相關(guān)因素見下表3-1。表3-1城軌隧道圍巖分級考慮因素序號隧道圍巖分級1圍巖主要工程地質(zhì)條件圍巖開挖后的穩(wěn)定狀態(tài)（單線）圍巖壓縮波波速vp主要工程地質(zhì)特征結(jié)構(gòu)形態(tài)和完整狀態(tài)2確定圍巖分級后需要修正情況III級、IV級、VI級遇地下水時城軌隧道圍巖分級后的修正要求寫的比較模糊，在規(guī)范原文也只是一句在表格備注里的話簡短的帶過：“III、IV、V級圍巖遇有地下水時，可根據(jù)具體情況和施工條件適當降低圍巖級別”。城軌規(guī)范里只提及了地下水的修正情況，對主要軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀、初始地應(yīng)力影響等環(huán)境的不利因素影響并沒有提及太多，筆者估計城規(guī)項目開挖隧道單線跨度較?。ǘ嘁詥尉€規(guī)劃單軌道車輛為主），在地鐵項目開挖早期對隧道圍巖的等級規(guī)定的研究停留在比較簡單的水平，也和規(guī)范編寫年代較早的環(huán)境有關(guān)。4公路、鐵路、城規(guī)隧道圍巖分級、修正考慮因素根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范的要求和規(guī)定，可以對比分析出其幾種隧道圍巖分級考慮因素的區(qū)別和特點，這三類隧道工程分級的基本思想都參考或借鑒了《工程巖體分級標準》，基于定性特征定量指標相結(jié)合的方法進行初步（基本）分級、考慮不利環(huán)境的修正因素后進行詳細分級。鐵路隧道要求最為嚴謹、規(guī)定最詳細、考慮修正因素較多，鐵路隧道里對VI級巖體的破碎狀圍巖、富水狀態(tài)下也作了詳細的規(guī)定，同時還對分級后的圍巖再進行亞分級的分類；公路隧道基本上參考了GB/T50218-2014里地下工程的分級和修正因素內(nèi)容，在此基礎(chǔ)上引入了鐵路隧道里土質(zhì)圍巖分級的概念，但分類又稍有不同；城市軌道隧道圍巖分級相對簡單，定量指標只和巖石飽和單軸抗壓強度fr、圍巖壓縮波波速vp有關(guān)，這點和公路、鐵路差別較大，修正因素里也只考慮了地下水的不利影響，和規(guī)范編寫年代較早有關(guān)，現(xiàn)行的公路、鐵路隧道是在國標GB/T50