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隧道围岩分级是隧道设计施工的基础条件之一,也是隧道及地下工程技术研究中的一个关键性课题,合理的围岩分级结果是隧道顺利施工与安全运营的保障。隧道围岩分级特别是施工阶段围岩分级指标的获取是正确地进行隧道施工及提供支护方式的基础。一个较好的、符合地下工程实际情况的围岩分级,对改善地下结构设计,发展新的隧道施工工艺,降低工程造价,经济安全地修建隧道,有着十分重要的意义。
十漫高速公路总长107km,其中隧道28座,隧道总长约占整个高速公路长度的14%。隧道沿线地质条件比较复杂,在隧道施工期间,发现现场施工所揭露的围岩级别与设计阶段围岩分级不完全吻合,所以需要对施工阶段所揭露的围岩情况进行分析,确定施工阶段围岩分级的各项指标。施工阶段围岩分级时的地质参数可以直接从掌子面获得,这样得到的参数是最可靠、最客观的,以此参数进行的围岩分级才是最合理的。本文以沿线隧道为依托,对该区域复杂地质条件下施工阶段常用的围岩分级指标及获取进行研究。
本文的研究内容和结论主要有以下几个方面:
(1)十漫高速公路沿线隧道所具有的软岩特性、片岩大量分布且岩层倾角较大,以及沿线软弱结构面、地下水和高地应力的存在,这些均构成影响围岩分级的主要因素。
(2)通过统计分析国内外围岩分级指标体系的选取情况,并结合十漫沿线多条隧道所采用的围岩分级指标,确定出适合于现场的围岩分级指标体系,即将岩石坚硬程度和岩体完整程度作为施工阶段岩体围岩分级的主要指标,并以地下水、地应力和结构面的产状作为施工阶段围岩分级的修正指标,同时结合沿线特有性质确定附加指标—结构型软岩和膨胀型软岩。
(3)对公路隧道施工阶段基本指标的获取主要采用定性划分和定量划分,针对岩石坚硬程度指标,定性划分为硬质岩和软质岩,并进一步划分为五类。定量划分方面,十漫现场多为风化严重、较软弱的岩石,往往遇水软化、崩解,难以加工成试件,室内岩石单轴饱和抗压强度试验并不适合于公路隧道施工阶段围岩级别指标快速的获取。因此,在施工阶段应用点荷载测试法和回弹试验法进行测试,并划算成单轴饱和抗压强度。和室内单轴饱和抗压强度相比,具有良好的相关性,回弹测试适合于较坚硬或裂隙发育相对较少的岩石,在二道垭隧道的白云岩和云岭隧道的灰岩地层应用效果较好。
(4)在现场进行岩体完整性测试,主要根据结构面的结合程度和发育程度将岩体定性划分为五类;采用声波测试、统计岩体体积节理数和统计RQD值等方法进行岩体的完整性程度指标的定量获取,由现场实践可知,声波法虽然测试岩体波速方法简便、耗时较少,但是由于在沿线波速方法的运用有一定的自身局限性,所以该方法不能完全准确地表现围岩的完整性状态;十漫高速公路隧道主要采用条数法对施工阶段岩体完整性指标Jv进行获取。与密度法相比,采用测线法获取的岩石指标指标RQD更加合理。
(5)通过对十漫沿线隧道地下水的定性判别,发现与沿线地质情况有很大关系,岩石越坚硬,岩体完整性越好,地下水对隧道围岩分级的影响就越小;相反,较破碎的软岩地带,地下水对隧道围岩分级的修正就越大,从而就会相应降低围岩的级别;由于沿线多为片岩地层,岩层走向基本与线路走向平行或成小角度相交,且岩层多为陡倾结构面,主要软弱结构面对隧道稳定性的影响较大;同时根据沿线调查和现场测试,发现沿线地区多为中等应力区,局部分布有高应力区,对围岩分级指标的选取也有较大影响。
(6)采用室内试验和快剪法确定附加指标结构型软岩的物理、力学性质指标,沿线的泥化夹层对隧道的稳定性影响较大;通过衍射试验,确定沿线膨胀型岩体中主要矿物成分是石英和云母,部分岩体以长石和绿泥石为主。针对岩体的物理、力学以及膨胀特征,选取了包括岩体含水量、饱和单轴抗压强度、软化系数、蒙/伊含量、膨胀力、围岩强度比、容重、体膨胀量以及吸水率等,作为表征岩体膨胀性的指标,并给出了影响系数建议取值。
因此,本文通过经济、有效、准确地确定施工阶段常用的围岩分级指标体系,并实现现场围岩分级指标的获取及指标值的确定,更好的服务于施工阶段围岩分级,从而为工程的顺利安全施工提供保障,并能够为以后类似工程提供借鉴参考。