公路隧道围岩分级中存在问题的探讨
公路隧道围岩分级中存在问题的探讨
●_——●●_—●—__———_—_—I——_●_-——l__一II文章编号:1009—6582(2009)05—0051--04
II
m
III————_-_———●—-——●_●———_●——●●_-_-_——-——-●●●——--l__————●—-—●____一
耥裂NELL啪
现代隧道技术
公路隧道围岩分级中存在问题的探讨
秦峰
(招商局重庆交通科研设计院有限公司,重庆400067)
摘要《JrI'GD70—2004公路隧道设计规范》采用了国标(GB50218—94工程岩体分级标准》的围岩分级方法进行隧道围岩分级。新规范实施后,很多建设业主反应采用新规范的隧道围岩分级普遍偏高.致使工程造价普遍增加。文章对围岩分级和原围岩分类进行了比较,对围岩分级的定性与定量数据进行了对比分析,阐明了出现这一现象的原因,提出了准确使用新规范围岩分级方法的几点建议。
关键词公路隧道中国分类号:U45l+.2
围岩分级存在问题
文献标识码:A
l
问题的提出
(JTGD70—2004公路隧道设计规范》(下称新
老规范围岩分类标准参照采用的是((TBJ3—85铁路隧道设计规范》对隧道围岩分类标准,该分类标准是建国后几十年来铁路隧道建设的经验总结.在铁路隧道建设中起到了极为良好的作用。该分类标准主要考察围岩工程地质条件和围岩开挖后的稳定状态两方面内容。该分类标准虽然也辅以RQD、移。、,等值进行围岩分类定量综合确定(表2)。但是由于RQD值一般局限于钻孑L采取处、秽。值因测试方法局限又太宏观、,值的采取不普及等原因制约。从实际工程应用上说。围岩分类仍是一种以定性指标为主的分级标准,特别是施工现场分类时,通常是以技术人员的经验判断为主。对于有丰富现场经验的工程技术人员,可以有较高的准确性。而对于缺乏地质知识和工程经验的人员,特别是一些建设管理业主,则往往为拿不出确切的数据进行准确的围岩分类而苦恼。随着高速公路隧道以每年200km的建设速度增长,要求围岩分级定量化的呼声日趋高涨。
新规范围岩分级采用的是国标《工程岩体分级
规范)于2004年11月1日起开始实施。新规范在很多方面相对于原《JW026—1990公路隧道设计规范》(下称老规范)做了较大的修改,其中新增了“隧道调查及围岩分级”一章,并采用了国标(GB50218—94工程岩体分级标准》的围岩分级方法进行隧道围岩分级,代替原规范围岩分类的方法,使隧道围岩级(类)的判别,由原来的定性化向定量化方向迈出了一大步。
然而.新规范实施后的几年来。陆续得到建设业主单位、设计单位的反馈,认为采用新规范的围岩分级后.出现了普遍低估围岩自承能力的现象,较以前围岩分类保守了。致使隧道工程造价较新规范执行前有了普遍增加。特别是在同一地区相近地质条件下修建隧道时,对比十分明显。这种情况是否真实,本文特对此进行了深入分析。
2两种分级(类)标准的对比
老规范围岩分类与新规范围岩分级对应比较表见表1。
标准》,它以岩石强度、岩体完整程度为主参数,并辅
以地下水状态、地应力状态、软弱结构面产状三参数进行修正,以计算所得的陴Q】值进行定量分级。其计算公式如下:
修改稿返回日期:2009--05—30
作者简介:秦峰(1971一),男,副研究员,从事公路隧道科研、设计、检测、咨询工作,E—mail:qinfeng@cerdi.cmhk.tom.
第46卷第5期(总第328期)2009年lo月出版
V01.46,No.5,Total.No.328Oct.2009
铬9
现代隧道技术
MODERN
TUNNELLING
TECHNOLOGY
公路隧道围岩分级中存在问题的探讨
表1围岩分类与围岩分级对比
Table1
Contrastoftwoclassificationsofrock
masses
围岩分类
围岩主要工程地质条件
结构特征和完
主要T程地质特征
整状态
围岩分级
围岩或土体主要定性特征
BQ或
【BQ】
硬质岩石[饱和抗压极限强度R6>60MPa(600kgf/Ⅵ
呈巨块状整体结构
I
cm2)]:受地质构造影响轻微,节理不发育,无软弱面(或夹层);层状岩层为厚层。层间结合良好
硬质岩石[风>30MPa(300kgf/cm2)]:受地质构造影响较重,节理较发育,有少量软弱面(或夹层)和贯通微张
坚硬岩,岩体完整,巨块整体状或巨厚层状结构
≥550
呈大块状砌体结构
Ⅱ
节理,但其产状及组合关系不致产生滑动;层状岩层为
V
坚硬岩,岩体较完整,块状或厚层状结构
555—45l
中层或厚层,层间结合一般,很少有分离现象;或为硬
质岩石偶夹软质岩石
软质岩石[R6—30MPa(300kgf/cm)]:受地质构造影响轻微,节.理不发育;层状岩层为厚层,层间结合良好
硬质岩石[R。>30MPa(300kgi/cmz)]:受地质构造影响严重,节理发育,有层状软弱面(或夹层),但其产状及组合关系尚不致产生滑动;层状岩层为薄层或中层;层
呈巨块状整体结构
较坚硬岩。岩体完整,块状整体结构
呈块(石)碎
(石)状镶嵌结构
Ⅲ
呈大块状砌体结构
较坚硬岩或较软硬岩层,岩体较完整,块状体或中层结构
坚硬岩,岩体较破碎,巨块(石)碎(石)状
镶嵌结构
450~35l
Ⅳ
问结合差,多有分离现象,或为硬、软质岩石互层软质岩石[R产5~30MPa(50—300ksf/cmz)]:受地质构造影响较重,节理较发育;层状岩层为薄层、中层或厚
层;层问结合一般
硬质岩石[R6>30MPa(300kgf/cm2)]:受地质构造影响很呈碎石状压碎严重,节理很发育;层状软弱面(或夹层)已基本被破坏
结构
坚硬岩,岩体破碎,碎裂结构
软质岩石[尺庐5~30MPa(50~300ksf/cm2)]:受地质呈块(石)碎(石)构造影响严重,节理发育
(1)略具压密或成岩作用的粘性土及砂性土
压密结构(2)呈巨块状
(2)一般钙质、铁质胶结的碎、卵石土、大块石土
整体结构(3)呈巨块状
土体:压密或成岩作用的粘性土及砂岩体较完整一较破碎。中薄层状结构
状镶嵌结构(1)呈大块状
Ⅲ
Ⅳ
较软岩或软硬岩互层,且以软岩为主,
25l
较坚硬岩,岩体较破碎一破碎,镶嵌结构
350~
(3)黄土(Q,、Q:)
整体结构呈角f砾)碎
性土;黄土(Q,、Q:);一般钙质、铁质胶
结的碎、卵石土、大块石土
石质围岩位于挤压强烈的断裂带内,裂隙杂乱。呈石夹土或土夹石状Ⅱ
一般第四系的半干硬~硬塑的粘性土及稍湿至潮湿的
(石)状松散结构
非粘性土.呈松散结构粘性土及黄土.呈松软结构
石质围岩位于挤压极强烈的断裂带内,呈角砾、砂、泥松软体I
V
较软岩,岩体破碎;软岩,岩体较破碎一破碎;极破碎各类岩体,碎、裂状,松散结构
一般第四系的半干硬~硬握的粘性土及稍湿至潮湿的一般碎、卵石土及圆
≤250
一般碎、卵石土,圆砾、角砾土及黄土(Q,、Q4)
砾、角砾土及黄土(Q,、Q4)。非粘性土呈松散结构,粘性土及黄土呈松软结构
呈松软结构
粘性土呈易蠕
软塑状粘性土及潮湿、饱和的粉细砂Ⅵ
层、软土等
软塑状粘性土及潮湿的粉细砂等
动的松软结构砂性土呈潮湿松散结构
《塑
苎堂堂苎!塑!璺苎苎垫塑!垫竺竺!!星岜竖
V01.46,No.5,TotaI.No.328Oct.2009
公路隧道围岩分级中存在问题的探讨
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I
I_●-●—-___-_●_●●_●__●I_l●ll_-—_●●●_●●_---一
微裂NELLlNG
现代隧道技术
镱
\类别参数\
RQO/(%)vp/(km/s)
,
表2按RQD、%、I的围岩分级
ClassificationofrockVI
V
Table2
maSSeSaccordingto(RQD),咋andI
Ⅲ
50—751.5~3.O0.4~O.6
Ⅳ
75~852.5~4.00.6~0.8
Ⅱ
25—501.O~2.OO.2~O.4
I<25
<1.O一<1.5(饱和粘土)
<0.2
>95>4.5
85。753.5~4.5
0.8—1.0
注:锤击法时采用低值(1)划分
BQ=90+3R。+250K,[BQI=BQ-IOO(Kl+K2+K3)
笔者采用规范提供的eQ值和旧纠值的计算方法.使用规范中各级围岩的特征做指标.进行了各级围岩的BQ值计算。以IV级围岩中“较坚硬岩,岩体较破碎~破碎,镶嵌结构”为例,其8Q值计算方法如下:
按规范取“较坚硬岩”R。上限为60,下限为30:“岩体较破碎~破碎”K,上限为0.55,下限为0.15,代人计算公式.可求得IV级围岩中“较坚硬岩,岩体较破碎~破碎。镶嵌结构”所对应的8Q的上限与下限值,再选取最常规情况下的各项修正系数,可计算出
相应的『B()1值。
式中B9——围岩基本质量指标;R.——岩石单轴饱和抗压强度;
K广岩体完整程度;
陋p1——围岩基本质量指标修正值;K,——地下水影响修正系数;
K厂主要软弱结构面产状影响修正系数;K广初始应力状态影响修正系数。
从表l可以看出,围岩分类与围岩分级在相同级(类)的围岩定性主要特征描述上几乎是完全一致的,如果按定性描述来分级(类),这两种分级(类)方法得出的围岩级(类)别应该没有差别。3
各级围岩的8Q值和进行最常规修正后的[BQl上下限计算结果见表3。各级围岩陴p】值结果分布详见图1。计算结果表明,根据围岩分级的主要定性特征进行计算得到的【B例值,与规范给定的各级围
8Q计算结果分析
Table3
Calculatedvaluesof
表3各级围岩BQ和【西Q】计算值
BQand【BQIfordifferentgradesofrockmass鹤
围岩级别
I
尺c岩石抗压强度
特征描述
上限
坚硬岩,岩体完整,具整体状或具厚层状结构
坚硬岩.岩体较完整,块状或厚层状结构
10060
6030
100
‰岩体
完整程度上限
l
修正系数最常规修正款
计算值低于定性分级
计算值
高于定性分级值概率
口Q
上
K.
K2
后[BQ】
上限
下限
下限
60
下限
0.75
下限
457.5
O
O.3
0
610
427.5
限
640
值概率
67%
0.75l
0.550.75
570520
407.5367.5
0.10.1
O.3O.3
00
530480
367.5327.5
5l%80%
30%
II
较坚硬岩,岩体完整,块状整体结构坚硬岩,岩体较破碎,巨块(石)碎(石)状镶Ⅲ
较坚硬岩或较软硬岩层,岩体较完整,块状体或中层结构嵌结构
100600.550.35466357.5O.10.30426317.5
60300.75O.55458317.50.1O.30417.5277.552%31%43%53%
4%
坚硬岩,岩体破碎’碎裂结构
IV
10060
6030
O.350.55
0.150.15
362408
258217.5
O.10.2
O.3O.3
OO
322357.5
218167.5
较坚硬岩.岩体较破碎一破碎,镶嵌结构较软岩或软硬岩互层,且以软岩为主,岩
30
150.75
0.35368222.5O.2O.3
O
317.5172.5
体较完整一较破碎。中薄层状结构较软岩,岩体破碎
V
30155
1555
0.350.550.1
0.15O.150.1
268273130
172.5142.5130
0.40.40.4
0.30.30.3
O00
197.5202.560
102.572.560
软岩,岩体较破碎~破碎
极破碎各类岩体.碎、裂状.松散结构
注:(1)坚硬岩尺。上限按100计取,极破碎岩尺。上下限按5计取;(2)地下水出水状态选最常见的潮湿或点滴状出水;K:系数均按O.3计取;
(3)计算时按规范当Rc>90xK,+30时,R.!=90xKv+30;当K知.04xRc+0.4时,Kr---O.04×尺。+o.4.
J■~
第46卷第5期(总第328期)2009年10月出版铬身
V01.46.No.5,Total.No.3280ct.2009
现代隧道技术
鬻案NRONLO型G严LuNG
TECH
Y
公路隧道围岩分级中存在问I题的探讨’“Ⅳo≮qⅧ自月“l7n仁JM”J”’1
岩定级偏高的主要原因。
(3)隧道工程围岩通过定性分为6级(类)的思想,是长期以来的隧道丁程实践的经验总结,已广泛为隧道建设者接受.并已成为指导设计参数的重要依据。而新规范采用的『曰p1定量定级的方式尚缺少隧道T程经验积累,如何采用旧p1值进行精确的支护参数设计有待深入研究。因此.建议在应用新规范围岩分级方法进行隧道工程同岩分级时。应首先强调定性为主,辅I?X[BQ]佐证。
(4)为减小定量分级与定性分级的差别,更有
图1各级围岩计算[BQI值分布
Fig.1
Distributionof
效地使用旧()】进行围岩分级,根据本文的计算,建议采用表4所歹JJ[BQ]ft直进行围岩分级。
表4【BQl分级建议值
calculated【BQI
valuesfor
differentgraderockmasses
岩分级参照的【BQl值范围有一定的偏差。多数情况下,各种定性组合的旧p]计算值均低于规范。出现的最大概率达到80%。相反,计算值高于规范的概率值出现机率较低。由此可见,如直接采用规范给定的【BQl值标准进行围岩定级,就很容易出现围岩级别高于定性分级级别的情况。
Table4
SuggestedclassificationvaluesoffBQ]
围岩级别
IⅡⅢⅣV
建议[BQI取值
≥500500一401400—30l300~201≤200
4结论及建议
(1)采用『BQ]值定量分级将会较定性分级普遍偏高。
(2)虽然规范中明文指出“当定性划分与【8Q】定级不一致时。应重新审查定性特征与定量指标计算参数的可靠性”,但是,面对在定量指标如此明确和可靠情况下的计算结果.很难有人能不直接采用『BQ]值进行围岩定级。这是导致实际工程应用中围
参考文献
References
注:dg表[BQ]值仅针对岩体分级.土体分级详见规范
(5)建议进一步开展隧道围岩分级研究,通过大量现场实验、统计和工程实践,建立[8例与围岩岩体各力学参数的科学对应关系,切实将围岩分级与围岩稳定性定量化计算联系起来。使定量化分级的科学性得以真正体现。
【l】JTGD70—2004公路隧道设计规范【S】.
”JTGD70-2004
CodeforDesignofHighway
Tunnel”【S】.
【2】J”026-90公路隧道设计规范【S】.
”JTJ026-90
CodeforDesignofHighway
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SUN
jianguo,Lhianbin,HUNGrunqiu,WANGfangqi.Designoffuzzyinferencesystemforclassificationofunderground
constructionsurroundingrock”【J】.JournalofEngineeringGeology,1004—96651200311
1(03)一0269—06
(下转第60页)
Q蔓丝鲞蔓!塑!璺苎兰她竺竺生!竺旦堂壁
V01.46.No.5,Total.No.328
Oct.2009
现代隧道技术
MODERN
TUNNELLING
TECIiNOLOGY
隧道施工空间地震超前地质预报系统
10305574.4.
andPatent,Patent
【7】叶英,许鹏.USP地下工程施工超前地质预报系统【P】.发明专利,专利号ZL2008
YeYing,XuPeng.USPGeologicalPredictionSystemofUndergroundnumberZI:2008l0305574.4.
EngineeringConstruction【P】.Invention
【8】加尔彼林著,刘光鼎译.地震观测方位法【M】.北京:地质出版社,1956
LiuGuangdingtranslated.Theazimuthmethodofseismological
observation[M].Beijing:Geological
PublishingHouse,1956
3DSeismicAdvanceGeologicalPredictionSystemAppliedinTunnelling
YeYing
(BeijingMunicipalEngineeringResearch
Institute,Beijing
100037)
Abstract
Thispaperintroduces
a
new
tunneladvancegeologicalpredictionsystemwhichutilizesangleand
positionoffsetunitedsystemtoproceedspacemulti—component,multi-waveadvancegeologicalprediction.Anexampleoftunnel
projectisposedtoshowgoodresuhsobtainedforthree-dimensionalspaceseismicprediction
appliedintunnelconstruction.Keywords
Tunnel;Advancegeologicalprediction;Spacemulti—component;Seismicwave
(上接第54页)
Comments
on
theClassificationofSurroundingRocksforRoadTunnels
Qing
Feng
400067)
(ChongqingCommunicationResearchandDesignInstituteCo.,Ltd.,ChinaMerchants,Chongqing
Abstract”Codefor
Design
ofRoad
Tunnels”(JTGD70-20041
system,complaintshave
adopted
thenewclassification
system
of
surroundingrocksaccordingto”StandardforEngineeringClassificationofRockMasses”(GB50218-94).Alongwiththe
use
ofthenewclassificationbeen
arisen
from
someconstructorsthattheof
constructioncostshavebeenbecominghigher.Throughcontrastandanalysis,thearticleexplainsthe
causes
thisphenomenonandputsforwardsomeusefuladvicesforimplementingthenewcode.Key
words
Roadtunnel;Classificationofsurroundingrocks;Existingproblems
《现代隧道技术))2010年征订启事
邮发代号:62—197刊号:CN51—1600/U
ISSN1009—6582
《现代隧道技术》创刊于1964年,为国内外公开发行的科技期刊,双月刊。由中铁西南科学研究院有限公司和中国土木工程
学会隧道及地下工程分会共同主办,为中国土木工程学会隧道及地下工程分会会刊,全国中文核心期刊、中国科技论文统计源期刊(中围科技核心期刊)、中国期刊全文数据库收录期刊、中国学术期刊综合评价数据库来源期刊。
本刊蘑点报道国内外隧道及地下工程专业理论研究、设计、施工、运营维修方面的新技术、新材料、新设备等。报道栏目包括综述、理论研究、施工方法、施工技术、施工机械、不良地质条件、通风、爆破等。
读者对象为铁路、公路、矿山、水工等部门隧道及地下工程专业的科研、施工技术人员及大中专院校师生。热忱欢迎广大读
者踊跃订阅。
《现代隧道技术》编辑部
—^
链箜墨堑堂苎曼塑!璺兰兰垫塑!!堂竺!!旦些堡
VoI.46。No.5.Total.No.328Oct.2009
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10305574.4.
andPatent,Patent【7】叶英,许鹏.USP地下工程施工超前地质预报系统【P】.发明专利,专利号ZL2008YeYing,XuPeng.USPGeologicalPredictionSystemofUnderground
numberZI:2008l0305574.4.EngineeringConstruction【P】.Invention
【8】加尔彼林著,刘光鼎译.地震观测方位法【M】.北京:地质出版社,1956
LiuGuangdingtranslated.Theazimuthmethodofseismologicalobservation[M].Beijing:GeologicalPublishingHouse,19563DSeismicAdvanceGeologicalPredictionSystemAppliedinTunnelling
YeYing
(BeijingMunicipalEngineeringResearchInstitute,Beijing100037)
AbstractThispaperintroducesanewtunneladvancegeologicalpredictionsystemwhichutilizesangleandpositionoffsetunitedsystemtoproceedspacemulti—component,multi-waveadvancegeologicalprediction.Anexampleoftunnelprojectisposedtoshowgoodresuhsobtainedforthree-dimensionalspaceseismicpredictionappliedintunnelconstruction.
KeywordsTunnel;Advancegeologicalprediction;Spacemulti—component;Seismicwave
(上接第54页)
CommentsontheClassificationofSurroundingRocksforRoadTunnels
QingFeng
400067)(ChongqingCommunicationResearchandDesignInstituteCo.,Ltd.,ChinaMerchants,Chongqing
Abstract”CodeforDesignofRoadTunnels”(JTGD70-20041
system,complaintshaveadoptedthenewclassificationsystemofsurroundingrocksaccordingto”StandardforEngineeringClassificationofRockMasses”(GB50218-94).Alongwiththeuseofthenewclassificationbeenarisenfromsomeconstructorsthatthe
ofconstructioncostshavebeenbecominghigher.Throughcontrastandanalysis,thearticleexplainsthecauses
thisphenomenonandputsforwardsomeusefuladvicesforimplementingthenewcode.
KeywordsRoadtunnel;Classificationofsurroundingrocks;Existingproblems
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公路隧道围岩分级中存在问题的探讨
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年,卷(期):
被引用次数:秦峰, Qing Feng招商局重庆交通科研设计院有限公司,重庆,400067现代隧道技术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGY2009,46(5)4次
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