軌道交通隧道圍巖分級(jí)研究

軌道交通巖質(zhì)圍巖分級(jí)研究圍巖分級(jí)目的（1）適應(yīng)勘察、設(shè)計(jì)、施工與工程預(yù)算需要（2）對(duì)圍巖進(jìn)行定性與半定量的分級(jí)，以區(qū)分圍巖的優(yōu)劣，作為設(shè)計(jì)施工的依據(jù)（3）按圍巖分級(jí)確定各級(jí)圍巖的力學(xué)參數(shù)，以便進(jìn)行計(jì)算，確保安全下達(dá)到最經(jīng)濟(jì)隧道塌方事故統(tǒng)計(jì)表序

地號(hào)

點(diǎn)時(shí)間

項(xiàng)目名稱事故情況1

7月14

云桂鐵路

14名獲救，1名失蹤云南2

9月15

廣大鐵路

4名獲救，2名失蹤。４人死亡、４人受傷。3

7月1

滬昆客運(yùn)專(zhuān)線貴貴州石阡縣江4

8月10

甕高速公路隧道州13名施工人員被困,全部獲救。5

8月16

寶蘭鐵路

5名全部獲救。甘肅6

11月4

蘭渝鐵路

8名被困工人失蹤。陜黃延高速公路7

7月28日3名施工人員失蹤西廣南寧軌道交

１人死亡、２人失通１號(hào)線

蹤。8

10月7日西廣東東莞至9

7月17日

惠州城際

未造成人員傷亡軌道交通廣州自7月起，合計(jì)發(fā)生9起事故，云南2起、貴州2起、甘肅2起、陜西1起、廣西1起、廣東1起，獲救36人，死亡與失蹤21人。事故多發(fā)表明初襯強(qiáng)度不足。隧道圍巖穩(wěn)定分析、設(shè)計(jì)、施工理念1、圍巖的整體性：理論+經(jīng)驗(yàn)計(jì)算方法+圍巖分級(jí)+各級(jí)圍巖參數(shù)定量計(jì)算為定性服務(wù)，在確保安全下最經(jīng)濟(jì)2、圍巖施工的特殊性巖體有不穩(wěn)定塊體，土體是散體，施工中易坍落，巖體不能形成拱作用，無(wú)法發(fā)揮巖體承載力。一、圍巖穩(wěn)定性分級(jí)方法及其改進(jìn)1

考慮圍巖穩(wěn)定因素,增加洞跨因素圍巖分級(jí)以圍巖穩(wěn)定性作為分級(jí)基礎(chǔ)，圍巖等級(jí)體現(xiàn)隧道圍巖穩(wěn)定性地質(zhì)因素：巖體完整程度和巖塊強(qiáng)度、地下水、結(jié)構(gòu)面性質(zhì)與參狀。工程因素：如洞形、洞跨（洞高）、埋深、重度等。

二級(jí)圍巖洞跨

12m

27m

48m安全系數(shù)

5.63

3.83

1.4

2、兩種圍巖分級(jí)方法及其優(yōu)化（1）定性與指標(biāo)結(jié)合的分級(jí)方法巖石堅(jiān)硬性（抗壓強(qiáng)度）與巖體完整性（完整性系數(shù)）如國(guó)標(biāo)

錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范》和行標(biāo)《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（2）人為量化分級(jí)方法綜合各類(lèi)因素人為打分的定量分級(jí)的方法如國(guó)標(biāo)《工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》和行標(biāo)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》

。編制要求：科學(xué)性，實(shí)用簡(jiǎn)便，針對(duì)性（工程對(duì)象與地區(qū)巖性）優(yōu)化方向：綜合兩種方法取長(zhǎng)補(bǔ)短，互相協(xié)調(diào)，提高圍巖分級(jí)的科學(xué)性。

3、影響巖體圍巖分級(jí)的基本因素

（1）巖塊強(qiáng)度（巖石堅(jiān)硬程度）以巖塊強(qiáng)度來(lái)表示巖石質(zhì)量，定量指標(biāo)用巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度Rc表達(dá)。Rc與巖石堅(jiān)硬程度的劃分5

560

60（2）巖體完整程度

巖體的定量完整性指標(biāo)：采用彈性波速度、巖體完整性系數(shù)。

定性的巖體完整程度可按結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度（組數(shù)、平均間距）、主要結(jié)構(gòu)面的結(jié)合程度、類(lèi)型等確定。4、應(yīng)采用定性與量化相結(jié)合的分級(jí)方法（1）定性分級(jí)已積累相當(dāng)經(jīng)驗(yàn)，但科學(xué)性不足，它只能對(duì)應(yīng)一種洞跨，且會(huì)導(dǎo)致選用等級(jí)偏低于實(shí)際。假設(shè)兩種因素都按大于90分為優(yōu),相差兩分可使圍巖等級(jí)相差兩級(jí),顯然不合理。巖石堅(jiān)硬程度

巖體完整性

圍巖等級(jí)909089908989Ⅰ級(jí)Ⅱ級(jí)Ⅲ級(jí)（2）定性標(biāo)準(zhǔn)與量化標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)協(xié)調(diào)，還應(yīng)適應(yīng)工程與地方特點(diǎn)國(guó)標(biāo)提出圍巖基本質(zhì)量指標(biāo)BQ值BQ=

100+

3Rc+

250KvRc—巖石單軸抗壓強(qiáng)度；Kv完整性系數(shù)可見(jiàn)國(guó)標(biāo)定性分極與量化分級(jí)相差一級(jí)，若考慮地下水等影響，甚至相差兩級(jí)，因而必須改進(jìn)各級(jí)圍巖的界限BQ值。工程巖體基本質(zhì)量分級(jí)巖體基本質(zhì)量的定性特征巖體基本質(zhì)量指標(biāo)（BQ）基本質(zhì)量級(jí)別I堅(jiān)硬巖，巖體完整>550表2.3巖體基本質(zhì)量分級(jí)堅(jiān)硬巖，巖體較完整；較堅(jiān)硬巖，巖體完整550~451II堅(jiān)硬巖，巖體較破碎；較堅(jiān)硬巖或軟硬III

巖互層，巖體較完整；較軟巖，巖體完整450~351350~251堅(jiān)硬巖，巖體破碎；較堅(jiān)硬巖，巖體較破碎~破碎；較軟巖或軟硬巖互層，且以IVV軟巖為主，巖體較完整~較破碎；軟巖，巖體完整~較完整較軟巖，巖體破碎；軟巖，巖體較破碎~破碎；全部極軟巖及全部極破碎巖≤250不同圍巖級(jí)別定性特性的BQ值44272二、地鐵工程巖質(zhì)圍巖分級(jí)方法研究

1、巖體基本質(zhì)量定性特征的調(diào)整與改進(jìn)

盡量實(shí)現(xiàn)定性分級(jí)和定量分級(jí)協(xié)調(diào)一致

，定性分級(jí)針對(duì)一種洞跨，只適應(yīng)區(qū)間隧道。定性分級(jí)中增加了滿足本級(jí)BQ值的各種巖石堅(jiān)硬程度與巖體完整程度的組合

。巖石地鐵工程圍巖分級(jí)表注：Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ圍巖定性特征只適用區(qū)間隧道

2、基本質(zhì)量指標(biāo)BQ值的改進(jìn)

采用過(guò)高的巖塊強(qiáng)度，不能準(zhǔn)確地表征巖體質(zhì)量，反而影響圍巖分級(jí)。需要限制堅(jiān)硬巖的RC值。

對(duì)堅(jiān)硬巖，公式中BQ值的確定強(qiáng)度指標(biāo)占據(jù)主要地位，過(guò)高估計(jì)強(qiáng)度因素。強(qiáng)度與完整性指標(biāo)中更應(yīng)重視完整性指標(biāo)，過(guò)高巖塊強(qiáng)度并無(wú)實(shí)際意義。

堅(jiān)硬巖最低值采用60MPa，也會(huì)使每級(jí)中堅(jiān)硬巖的BQ值明顯大于其它亞級(jí)，例如表中第Ⅱ級(jí)圍巖堅(jiān)硬巖與較完整情況下的BQ值為423，而同級(jí)的較堅(jiān)硬巖與完整情況下BQ值為383，兩個(gè)亞級(jí)分值相差40分，將近半級(jí)至一級(jí)；所以限制為50MPa.

極軟巖由5MPa降4MPa，考慮重慶泥巖有不少低于5MPa，而實(shí)際工程中仍按Ⅳ級(jí)圍巖考慮。圍巖基本質(zhì)量指標(biāo)BQ的確定BQ

=

100+

3Rc+

250Kv對(duì)兩個(gè)限制條件進(jìn)行修正：①限制Rc過(guò)高,

當(dāng)Rc

＞50時(shí),應(yīng)以Rc

=50代入計(jì)算BQ值②巖體過(guò)軟，限制Kv過(guò)高，當(dāng)Kv

＞0.04Rc

+

0.44時(shí)，應(yīng)以Kv

=

0.04Rc+

0.44和Rc代入計(jì)算BQ值。3、圍巖分級(jí)必須考慮工程因素，分級(jí)中增加不同跨度的亞級(jí)。車(chē)站隧道跨度大，穩(wěn)定性要比區(qū)間隧道低。

按照各級(jí)圍巖自穩(wěn)性分析，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級(jí)車(chē)站隧道穩(wěn)定性遠(yuǎn)比區(qū)間隧道低，Ⅰ、Ⅱ級(jí)車(chē)站隧道穩(wěn)定性與區(qū)間隧道相近。

車(chē)站隧道BQ值的確定Ⅳ

、Ⅴ級(jí)，穩(wěn)定性降低半級(jí)，規(guī)定跨度大于12m時(shí)，跨度每增加1m，BQ值增加2分，跨度由12

m增加到27m時(shí)，BQ值增加30分

。例如跨度12m的區(qū)間隧道，Ⅴ級(jí)圍巖BQ值為250分，則車(chē)站隧道BQ值為280分Ⅲ

級(jí)圍巖增加15分;Ⅱ級(jí)增加5分三、

圍巖自穩(wěn)能力判斷各級(jí)圍巖的自穩(wěn)能力指隧洞無(wú)襯砌情況下圍巖的自穩(wěn)能力。增加量化標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)圍巖穩(wěn)定性分級(jí)給出區(qū)間隧道毛洞圍巖穩(wěn)定安全系數(shù)，由此衡量圍巖的自穩(wěn)能力。如很穩(wěn)定＞3.5

、穩(wěn)定＞2.4、基本穩(wěn)定＞1.5、不穩(wěn)定＞1.0

、很不穩(wěn)定＜

1.0（在確定各級(jí)圍巖參數(shù)時(shí)，針對(duì)洞跨12米區(qū)間隧道安全系數(shù)反算得到參數(shù)）地鐵工程巖質(zhì)圍巖自穩(wěn)能力級(jí)

安全別

系數(shù)自穩(wěn)能力區(qū)間與車(chē)站隧道，很穩(wěn)定，偶有掉塊，無(wú)塌方。Ⅰ

≥3.5區(qū)間隧道，穩(wěn)定，偶有掉塊，無(wú)塌方；2.4

車(chē)站隧道，穩(wěn)定，局部可發(fā)生掉塊，無(wú)塌方。≥Ⅱ區(qū)間隧道，基本穩(wěn)定，可發(fā)生局部塊體掉塊，偶有小塌方。車(chē)站隧道，基本穩(wěn)定~不穩(wěn)定，或暫時(shí)穩(wěn)定可發(fā)生中、大塌方。Ⅲ1＞2.0ⅢⅢ2＞1.5毛跨12m別

安全級(jí)自穩(wěn)能力系數(shù)Ⅳ1＞

區(qū)間隧道，不穩(wěn)定或暫時(shí)穩(wěn)定，1.25可發(fā)生中~大塌方。車(chē)站隧道,不穩(wěn)定~極不穩(wěn)定,無(wú)自穏能力。ⅣⅤⅣ2＞1.0區(qū)間隧道，極不穩(wěn)定，跨度3~4m時(shí)＜1.0可穩(wěn)定數(shù)小時(shí)

數(shù)日；~車(chē)站隧道，極不穩(wěn)定，無(wú)自穩(wěn)能力。四、各級(jí)圍巖的物理力學(xué)參數(shù)采用無(wú)襯砌情況下，

跨度10米左右隧洞圍巖的安全系數(shù)作為圍巖穩(wěn)定性等級(jí)的定量指標(biāo)，通過(guò)數(shù)值方法反算得到巖體強(qiáng)度參數(shù)。圍巖參數(shù)只與圍巖性質(zhì)有關(guān)，不隨洞跨而變，應(yīng)以跨度12米區(qū)間隧道的圍巖等級(jí)反算確定圍巖參數(shù)，該參數(shù)與跨度無(wú)關(guān)，采用這一參數(shù)計(jì)算大跨度隧道，其安全系數(shù)與穩(wěn)定性會(huì)自然降低。地鐵工程巖石圍巖物理力學(xué)參圍巖

彈性模量重度

內(nèi)摩擦

黏聚力/kN/m3

角/°

/MPa泊松比類(lèi)別/GPa>50

>2.1Ⅰ330.20

26~2837~50

1.3~2.1Ⅱ16~33

0.20~0.25

25~276~16

0.25~0.3

24~266~16

0.25~0.3

24~261,3~6

0.3~0.35

23~241,3~6

0.3~0.35

23~2434~37

0.8~1.332~34

0.3~0.829~32

0.2~0.327~29

0.1~0.2Ⅲ上ⅢⅣⅢ下Ⅳ上Ⅳ下<27

0.05~0.1<25

<0.05Ⅴ

Ⅴ上Ⅴ下<1.3<1.3>0.35-

22~23>0.35

22~232.4＞1.5＞1.251.5＞1.25黏聚力c(MPa)級(jí)

別分級(jí)方法ⅠⅡⅢⅣⅤ0.2~0.70.2~0.7>2.1

1.5~2.1

0.7~1.5>2.1

1.5~2.1

0.7~1.5<0.2<工程巖體分級(jí)鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范0.20.0250.1鐵路隧道錨噴構(gòu)筑法技術(shù)規(guī)范0.1~0.40.1~0.2>6.3

1.7~6.3

0.4~1.7Z·T·Bienawski>0.4

0.3~0.4

0.2~0.30.15~0.<0.1(RMR)