围岩分级方法在某工程实例中的应用

摘要：围岩分级一直是隧道工程中的重要课题，是隧道设计和施工的基础，在隧道工程中起着十分重要的作用。主要以张涿高速公路某隧道进口左线K98+614断面为研究对象，依据《公路隧道设计规范(JTJD70-2004)》并运用BQ法对其进行围岩分级。

关键词：公路隧道；围岩分级；工程应用

中图分类号：U455文献标识码：A

一、隧道工程概况

本文目标段为张涿高速公路某隧道进口左线K98+614，该处掌子面岩性主要为元古界震旦系雾迷山组白云质灰岩。岩体微风化，掌子面岩体完整性较差，节理、裂隙发育较多。岩体锤击声清脆，有回弹，震手，难击碎，为坚硬岩。掌子面岩体较破碎，主要发育有两组优势产状：第①组节理发育较多，产状为154°∠7°，间距约10～20cm，延伸约3～10m，节理面起伏有阶坎，微风化，微张；第②组节理发育较多，产状为210°∠78°，间距约10～20cm，延伸1～3m，节理面平直光滑，夹泥，弱风化，微张。

二、围岩定性分级研究

（一）、围岩分级方法

《公路隧道设计规范(JTJD70-2004)》（以下简称规范）中的两步分级法认为岩体基本质量应由岩石的坚硬程度和岩体的完整程度决定，它通过“定性划分”和“定量确定”两种方法确定参数，然后结合地下水、软弱结构面条件和地应力影响对初步分级结果进行修正。它的优点在于考虑因素比较全面，不仅考虑了岩石的强度，还对岩体的完整性进行了充分的分析。而且在进行地下水修正时，考虑了岩体初步分级的结果。

（二）、 掌子面岩石强度

岩石强度或坚固性是判断围岩质量的重要指标，由于岩石强度可由室内试验获得，因此围岩分类中一般采用岩石单轴抗压强度Rc作为强度指标。该指标既考虑了地下水对岩石的软化，又兼顾考虑了岩石的风化情况、与其他力学指标有较好的互换性。为了测定岩石的饱和单轴抗压强度，我们从掌子面处取回10块岩石样本，对其进行了点荷载强度测试。根据实测的点荷载强度，利用《规范》中的公式3.6.2，即

(1)

计算得到Rc。实际操作时需根据经尺寸修正后的岩石点荷载强度 计算得出岩石的单轴饱和抗压强度Rc。根据计算，本项目段岩石单轴饱和抗压强度的平均值为63.82MPa，根据《规范》中表3.6.2-2，掌子面的岩石属于坚硬岩。

（三）、掌子面岩体的完整程度

岩体的完整程度主要指岩体受结构面的切割程度、单元块体的大小，以及块体之间的结合状态。较普遍选用的表征岩体完整程度的指标有岩体体积节理数Jv、岩体完整性系数Kv。

1、Jv值测量方法简单实用，在工程勘察的各阶段容易获得，不仅可用来评价岩体的完整程度，而且能较好地反映节理裂隙存在于岩体三维空间的特点。岩体Jv值应根据节理统计结果，按下式计算：

(2)

式(2)中Sn为第n组节理每米长测线上的条数。

该目标段从总体上看掌子面岩体较破碎，根据现场节理统计得到岩体体积节理数带入式(2)计算得Jv为20。

2、岩体完整性系数Kv是在获得了大量各类岩石、岩体的纵波速度等参数基础上提出的。Kv值由同一岩体的纵波速度与岩石的纵波速度综合确定，岩石纵波速度Vpr反映的是完整岩石的物理力学属性。因此依据岩石纵波速度Vpr和岩体纵波速度Vpm确定的Kv值，被大多数研究者认为反映了岩体的完整状态和结构面的性状。

根据《规范》式A.0.1-1，岩体的完整性系数Kv为

(3)

现场波速测试试验结果显示，岩体纵波速度Vpm和岩石纵波速度Vpr分别2.4km/s和4.1km/s，从而得到岩体的完整性系数Kv为0.34。此外，根据《规范》中表3.6.2-5所列的Jv与Kv的对应关系获得岩体的完整性系数Kv为0.35。由于两种方法所得结果相近，本目标段以岩体现场波速测试试验得到完整性系数为准，即取Kv为0.34。

（四）、岩体基本质量指标BQ值

根据《规范》中式3.6.2，计算岩体基本质量指标BQ值：

(4)

使用式(4)时应遵守下列限制条件：①如果Rc>90Kv+30时，应以Rc=90Kv+30和Kv带入计算BQ；②如果Kv >0.04Rc+0.4时，应以Kv=0.04Rc+0.4和Rc带入计算BQ。在本目标段中，Rc =63.82，90Kv +30=60.6，满足条件①，应以Rc =90Kv+30=60.6代入计算得BQ=90+3×60.6+250×0.34=356.8。

（五）、修正的岩体基本质量指标[BQ]值

国标BQ分类采用定量分析的时候，在围岩基本质量指标BQ基础上，需要引入地下水修正K1、软弱结构面修正K2和高初始应力修正K3后计算得到修正结果[BQ]。根据《规范》中式3.6.4，修正公式如式(5)：

(5)

本目标段掌子面未见有地下水出露，没有软弱结构面，也未发现高地应力地质现象，因此K1、K2、K3值均为零，则[BQ]计算结果为356.8。

（六）、围岩级别确定

当得到[BQ]值后，根据《规范》中表3.6.5即可得到相应的围岩级别。由以上计算，该工程中[BQ]值为356.8时，根据以上判定方法，围岩等级为III级。根据现场编录和试验测试结果，围岩的等级判定为III级。两组优势产状组合切割可能形成不稳定掉块，易发生塌落掉块。因此，建议按III级支护方案施工。

三、结语

本文通过《公路隧道设计规范(JTJD70-2004)》中的两步分级法，对目标段进行了围岩分级，较为准确地判断了隧道的围岩级别，真正地做到动态设计、动态施工。目标隧道进口左线K98+614断面现场围岩分级工作的研究与应用，为隧道施工提供了及时的指导，产生了良好的经济和社会效益。

参考文献

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