公路隧道施工現(xiàn)場圍巖級別判定

公路隧道施工現(xiàn)場圍巖級別判定目前，我國圍巖分類標(biāo)準(zhǔn)很多，常見的有鐵路隧道圍巖分級：采用圍巖由定性劃分和定量指標(biāo)兩種方法綜合確定的巖石堅(jiān)硬程度和巖體完整程度兩個(gè)因素進(jìn)行基本分級；在圍巖基本分級的基礎(chǔ)上，結(jié)合隧道工程的特點(diǎn)，考慮地下水狀態(tài)、初始地應(yīng)力等必要的因素進(jìn)行修正。水工隧洞圍巖分級：根據(jù)圍巖穩(wěn)定性、圍巖總評分（強(qiáng)度、完整程度、結(jié)構(gòu)面狀態(tài)、地下水狀態(tài)）、圍巖強(qiáng)度應(yīng)力比S=Rb?Kv/om進(jìn)行確定。公路隧道圍巖分級：采用堅(jiān)硬程度和巖體完整程度兩個(gè)基本因素的定性特征和定量的巖體基本質(zhì)量指標(biāo)（BQ），綜合進(jìn)行初步分級。在初步分級基礎(chǔ)上，對地下水、軟弱結(jié)構(gòu)面、高初始應(yīng)力等影響因素確定巖體基本質(zhì)量指標(biāo)修正值［BQ］和圍巖定性特征對圍巖進(jìn)行詳細(xì)定級。當(dāng)前只有鐵路隧道的《圍巖分級表》中可單獨(dú)參考彈性縱波速度vp進(jìn)行基本分級，且不具備普遍性；國內(nèi)外在隧道及地下工程施工中進(jìn)行的圍巖評價(jià)，主要是根據(jù)掌子面的觀察來進(jìn)行的，這是比較簡便而現(xiàn)實(shí)的方法，利用掌子面觀察的方法，就成了施工中進(jìn)行圍巖評價(jià)的主要方法，工程技術(shù)人員應(yīng)該掌握這種方法的實(shí)質(zhì)和內(nèi)涵。1.工程概況京滬高速濟(jì)南連接線為總價(jià)包干的設(shè)計(jì)施工總承包管理模式，承建的漿水泉隧道全長3101m,單洞四車道，開挖寬度最大20m，高度13.5m，開挖斷面最大面積達(dá)219.78m2,隧道穿過巖層富水破碎帶5處、有巖溶洞。淺埋段埋深2.7m；施工難度大，安全風(fēng)險(xiǎn)高，地質(zhì)復(fù)雜，地形條件差；隧道施工工法：V級小凈距及V級加強(qiáng)為雙側(cè)壁導(dǎo)坑法；V級一般為CRD法；IV級為CD法；皿為上下臺階法。2.圍巖級別判定工作流程漿水泉隧道是按照隧道工程信息化設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)施工的建設(shè)理念施工的一條公路隧道，對圍巖級別判定，是以掌子面觀察，地質(zhì)超前預(yù)報(bào)資料、量測數(shù)據(jù)反饋等為依據(jù)，由項(xiàng)目辦、總承包單位、監(jiān)理單位到現(xiàn)場勘察，召開專題會，對圍巖級別進(jìn)行判定和驗(yàn)證。其工作流程如圖5所示。圖1圍巖級別判定工作流程2.1掌子面現(xiàn)場觀察根據(jù)地質(zhì)知識及圍巖判定經(jīng)驗(yàn)，按巖石的堅(jiān)硬程度和巖石完整程度兩個(gè)基本因素的定性特征和定量的巖石基本質(zhì)量指標(biāo)BQ，綜合進(jìn)行圍巖初步分級。在詳細(xì)定級時(shí)，考慮修正因素的影響，進(jìn)行修正后的指標(biāo)，結(jié)合巖體的定性特征綜合評判，確定圍巖的詳細(xì)分級。2.1.1定性特征判定根據(jù)地質(zhì)知識和專業(yè)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合巖性、產(chǎn)狀、節(jié)理、結(jié)構(gòu)面、風(fēng)化程度等信息根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（以下簡稱“規(guī)范”）（JTGD70--2004）查表，直接判定圍巖級別。2.1.2定量指標(biāo)判定"規(guī)范”采用多參數(shù)法，以兩個(gè)分級因素的定量指標(biāo)一巖石的單軸抗壓強(qiáng)度RC和巖石的完整性指數(shù)KV為參數(shù)，計(jì)算求得巖石基本質(zhì)量指數(shù)BQ值，按BQ值范圍對現(xiàn)場圍巖進(jìn)行初步分級。當(dāng)按定性劃分和定量指標(biāo)BQ值確定的級別不一致時(shí)，重新審查定性特征和定量指標(biāo)計(jì)算參數(shù)的可行性，并對它們重新觀察、測試。應(yīng)該說，工程技術(shù)人員應(yīng)通過掌子面地質(zhì)觀察技術(shù)的積累，會不斷地豐富自身的地質(zhì)知識和經(jīng)驗(yàn)，從而提高自身的地質(zhì)工作素質(zhì)。2.2地質(zhì)超前預(yù)報(bào)TRT法判定圍巖級別地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的目的是通過科學(xué)手段確定隧道掌子面前方的工程地質(zhì)條件，包括對圍巖巖性及其強(qiáng)度、節(jié)理（裂隙）、斷層破碎帶、巖溶、瓦斯、水文地質(zhì)條件等的判定和預(yù)報(bào)。并結(jié)合掌子面圍巖進(jìn)行取樣實(shí)測得出的其單軸飽和強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度、巖體聲波平均波數(shù)、巖石聲波平均波數(shù)，根據(jù)"規(guī)范”規(guī)定的巖石基本質(zhì)量指數(shù)BQ值或巖石基本質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行修正［BQ］；進(jìn)行公路隧道圍巖分級。3.漿水泉隧道施工導(dǎo)洞現(xiàn)場圍巖判定漿水泉隧道施工導(dǎo)洞設(shè)計(jì)斷面為6.6mx7.8m的圓形直墻凈空，2016年3月，在施工過程中，發(fā)現(xiàn)K0+465處掌子面巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體較破碎，結(jié)構(gòu)面鑲嵌破裂結(jié)合較差，洞體干燥，原設(shè)計(jì)為V級圍巖，臺階開挖法，支護(hù)類型為V級加強(qiáng)。通過現(xiàn)場掌子面觀察，根據(jù)巖石的堅(jiān)硬程度和巖石完整程度兩個(gè)基本因素的定性特征與設(shè)計(jì)對比，掌子面圍巖定性指標(biāo)明顯好于設(shè)計(jì)；項(xiàng)目為費(fèi)用包干且工期壓力大，為加快施工進(jìn)度及減少施工投入，決定對圍巖級別進(jìn)行重新判定。3.1確定計(jì)算參數(shù)采用回彈儀，在工作面現(xiàn)場回彈測試并計(jì)算確定，經(jīng)現(xiàn)場測試，通過計(jì)算，圍巖巖體Rc為43.6MPa。巖體體積節(jié)理數(shù)Jv（條/m3）按"規(guī)范”附錄A進(jìn)行計(jì)算，現(xiàn)場取拱頂處2mx5m的范圍進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)各側(cè)線上節(jié)理?xiàng)l數(shù)如表3.1，Jv=12.40條/m3o3.2定性特征初步分級圍巖主要為中風(fēng)化灰?guī)r，圍巖的巖體的Rc現(xiàn)場回彈計(jì)算值為：43.6MPa；根據(jù)"規(guī)范”表3.6.2-1，屬于較堅(jiān)硬巖。圍巖結(jié)構(gòu)面達(dá)3組節(jié)理和不規(guī)則節(jié)理，主要結(jié)構(gòu)面水平節(jié)理平均間距為0.171m，節(jié)理面粗糙；稍變質(zhì)，無軟質(zhì)礦物覆蓋，有些沙狀物質(zhì)，根據(jù)“規(guī)范”表3.6.2-3屬于較破碎、中薄層狀結(jié)構(gòu)。圍巖主要定性特征分級：較堅(jiān)硬巖，巖體較破碎，中薄層狀結(jié)構(gòu)、鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)可以根據(jù)"規(guī)范”中表3.6.5初步分級為IV級。3.3定量指標(biāo)判定巖石完整性系數(shù)KV計(jì)算：根據(jù)"規(guī)范”中表3.6.2-4,Jv=14.4條/m3,則對應(yīng)的KV=0.462（內(nèi)插計(jì)算）；根據(jù)“規(guī)范”3.6.4公式基本質(zhì)量指標(biāo)BQ=90+3Rc+250Kv=336.3。定量初步分級：圍巖基本質(zhì)量指標(biāo)BQ=336.3；根據(jù)"規(guī)范”中表3.6.5，則可初步分級為V級。3.4地質(zhì)超前預(yù)報(bào)進(jìn)行地質(zhì)定級3.4.1超前預(yù)報(bào)單位對施工導(dǎo)洞K0+465處掌子面巖體進(jìn)行取樣實(shí)測，得出其單軸飽和抗壓強(qiáng)度Rc=44.12Mpa、巖體聲波平均波速Vpm=2827m/s，巖石聲波平均波速Vpr=4110m/s。則巖石完整性系數(shù)：Kv=（Vpm/Vpr）2=0.473巖體基本質(zhì)量指標(biāo)BQ值：BQ=90+3Rc+250Kv=340.613.4.2巖石基本質(zhì)量指標(biāo)修正值由結(jié)構(gòu)面和地下水情況得出：地下水影響修正系數(shù)：K1=0（洞內(nèi)干燥）主要結(jié)構(gòu)面影響修正系數(shù)：K2=0.2（其他組合）初應(yīng)力狀態(tài)影響修正系數(shù)K2=0（無初應(yīng)力狀態(tài)）巖石基本質(zhì)量指標(biāo)修正值[BQ]=BQ-100（K1+K2+K3）=320.613.4.3圍巖等級判定根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)計(jì)算的巖石基本質(zhì)量指標(biāo)修正值[BQ]=320.61按"規(guī)范”中表3.6.5確定該處圍巖等級為IV級?，F(xiàn)場隧道圍巖級別判定表見表3.2。3.6結(jié)論分析設(shè)計(jì)中按照地質(zhì)鉆孔資料顯示，地質(zhì)情況為：強(qiáng)~中風(fēng)化灰?guī)r，結(jié)構(gòu)面發(fā)育，巖體破碎，洞體平時(shí)潮濕無水，雨季雨淋狀出水等要素確定為V級圍巖。而施工后掌子面圍巖結(jié)構(gòu)面為3組節(jié)理和較少不規(guī)則節(jié)理，巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育；節(jié)理面粗糙、稍變質(zhì)，無軟質(zhì)礦物覆蓋，結(jié)合一般；巖體較破碎，洞體干燥，掌子面地質(zhì)定性特征明顯好于設(shè)計(jì)；施工導(dǎo)洞開挖斷面很小，按V級圍巖臺階式開挖，施工進(jìn)度緩慢、施工成本較大，設(shè)計(jì)變更為V級圍巖，按全斷面開挖，V一般支護(hù)支護(hù)形式；在保證施工安全的條件下，既加快了施工進(jìn)度，又提高了效益。4.結(jié)語隧道圍巖分類涉及因素多，現(xiàn)場判定難度較大，以定性方法和定量方法相結(jié)合，并充分發(fā)揮監(jiān)控量測和地