重慶豐都至忠縣高速隧道圍巖分級探討

包曙光

（重慶甲多公路設計咨詢有限公司，重慶 400039）

0 引言

重慶豐都至忠縣高速公路（以下簡稱豐忠高速）路線全長32.81km，共設8座隧道，總長度6.98km，占路線長度22%。

豐忠路8座隧道所處的地層、巖性以及構(gòu)造背景基本一致。隧道場地地質(zhì)構(gòu)造位于豐都—忠縣向斜南東翼，巖層呈單斜狀產(chǎn)出，地質(zhì)構(gòu)造相對簡單，隧道區(qū)內(nèi)未見有斷裂構(gòu)造通過。隧道穿越的地層為侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組，主要巖性為砂巖、粉砂質(zhì)泥巖及粉砂巖，隧道主要巖層組合為砂泥巖互層。

通過對全線隧道圍巖的勘察以及分析，對所涉及的8座隧道的圍巖進行合理分級，并為設計及支護參數(shù)的選取等提供參考依據(jù)。

1 隧道變更主要問題及對策

1.1 隧道變更問題分析

根據(jù)四川、重慶已經(jīng)或在建的高速公路隧道設計和施工階段變更資料統(tǒng)計結(jié)果分析，主要變更類型包括以下幾種。

1.1.1 隧道施工中由于圍巖級別的變化引起的變更，是隧道施工中變更次數(shù)最多、金額最大的變更項目。

1.1.2 從工程可行性研究階段、初步設計階段到施工圖設計階段，勘察工程中圍巖級別的變化也是影響工程造價的主要原因之一。

1.1.3 施工工程中坍方、涌突水等引起的變更。

1.1.4 監(jiān)控量測不到位，預警不及時，引起初期支護變形、侵限引起的變更。

1.1.5 洞口測量不準確，盲目開挖，邊、仰坡失穩(wěn)等引起的洞口段變更。

1.1.6 設計支護參數(shù)不合理，主要原因如下：a）設計階段地質(zhì)勘察深度不足，勘察質(zhì)量較差，對地質(zhì)資料的搜集和研究不足，對地質(zhì)問題的分析不透徹；b）設計人員責任心不強，對地質(zhì)問題的認識不足；c）施工現(xiàn)場管理不到位，缺乏應有的監(jiān)督；d）施工單位為了追求利益的最大化，施工質(zhì)量差，偷工減料；e）施工單位技術(shù)力量薄弱，缺乏對地質(zhì)情況變化的預判能力和對突發(fā)事件的應急處理能力；f）施工過程中監(jiān)控量測不到位或預警不及時。

1.2 控制隧道變更對策措施

調(diào)整勘查思路，加大勘察力度，提高勘察質(zhì)量。加強服務意識，提高后續(xù)服務效率。加強現(xiàn)場管理，規(guī)范監(jiān)控量測。加強施工現(xiàn)場人員的培訓，提高現(xiàn)場人員的施工和管理水平。建立圍巖級別變更標準，提高施工中變更的準確性和有效性。

2 設計階段隧道勘察情況

2.1 詳勘階段勘察方法及主要工作量

詳勘階段采用了以工程地質(zhì)調(diào)繪、地質(zhì)鉆探為主，物探、水文地質(zhì)以及巖土工程測試為輔，并特別加強綜合分析的綜合勘察方法。

初步設計階段在隧道洞身以及隧道進出口段布置了鉆孔對隧道圍巖進行了初步劃分，詳勘階段利用初設鉆孔27孔/770.75m。詳勘階段結(jié)合初步設計階段布孔情況并結(jié)合規(guī)范要求，在隧道的進出口以及隧道洞身布置了鉆孔，對隧道穿越的地層巖性進一步控制。詳勘階段又布設了鉆孔52孔/1385.2m，并結(jié)合規(guī)范要求進一步加強了隧道地質(zhì)調(diào)查工作。

2.2 隧道圍巖分級原則及方法

隧道圍巖分級實質(zhì)是對圍巖自我穩(wěn)定能力的分級，按照現(xiàn)形規(guī)范共有Ⅰ～Ⅵ六個基本級別。根據(jù)《公路隧道設計細則》（JTG/T D70—2010）公路隧道圍巖分級應采用定性特征劃分和定量指標劃分相結(jié)合的方法進行綜合判定。圍巖的最終判定為定性與定量相結(jié)合進行綜合分析后確定。

根據(jù)巖石的堅硬程度和巖體完整程度的定性特征以及巖體基本質(zhì)量指標[BQ]值，進行初步分級。

在巖體基本質(zhì)量分級基礎上考慮修正因素的影響，修正巖體基本質(zhì)量指標。

按照修正后的BQ，結(jié)合巖體的定性特征綜合評價、確定巖體的詳分級。

本次隧道圍巖分級在初勘的基礎上，根據(jù)圍巖基本質(zhì)量指標BQ值進行劃分，其計算公式如下：

當Rc＞90Kv+30時，應以RC=90Kv+30和Kv代入計算；

當Kv＞0.04Rc+0.4時，應以Kv=0.04Rc+0.4和Rc代入計算BQ值。

式中：[BQ]——圍巖基本質(zhì)量指標修正后值；

BQ——圍巖基本質(zhì)量指標；

Kv——巖體完整性指標；

Vpm——巖體彈性縱波速度，km/s；

Vpr——巖塊彈性縱波速度，km/s；

K1——地下水影響修正系數(shù)；

K2——主要軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀影響修正系數(shù)；

在外力Fl=800 0N，外力方向角θf=180°，即外力方向垂直向下，軸承寬徑比B/d=6/16，軸頸轉(zhuǎn)速ω=600r/min時，運用前述偏位角、偏心率修正方法，尋找平衡時軸心位置。

K3——初始應力狀態(tài)影響修正系數(shù)。

隧道穿越的地層巖性主要為砂巖、粉砂質(zhì)泥巖及粉砂巖。根據(jù)試驗統(tǒng)計分析8座隧道砂巖飽和抗壓強度30～50MPa屬于較硬巖、粉砂質(zhì)泥巖抗壓強度在5～12MPa屬軟巖。

根據(jù)地表巖體節(jié)理裂隙統(tǒng)計中風化粉砂質(zhì)泥巖巖體體積節(jié)理數(shù)Jv=8～10條/m3，巖體完整性系數(shù)Kv=0.65～0.72，砂巖多呈中厚層狀結(jié)構(gòu)，巖體抗風化能力較強，風化層薄，中風化巖體體積節(jié)理數(shù)Jv=3～6條/m3，巖體完整性系數(shù)Kv=0.7～0.75，巖體較完整，巖質(zhì)較堅硬，其工程地質(zhì)性質(zhì)較好。

對施工鉆孔均進行了聲波測井，以獲得巖體不同埋藏條件下的彈性波速特征及巖體完整性系數(shù)。從測試結(jié)果中可以看出，巖體的聲波速度差異主要由巖性、巖體中的節(jié)理裂隙發(fā)育程度不同造成，同一種類巖性聲波速度的差異，則反映出圍巖的不均質(zhì)性及裂隙發(fā)育特性的巖體特征，反映了巖體的完整性。

3 豐忠高速隧道圍巖分級

據(jù)地質(zhì)調(diào)繪及鉆孔揭露，隧道穿越地層為侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組（J2s），主要巖性為砂巖、泥巖。

3.1 豐忠路隧道圍巖分級

表1 豐忠路隧道圍巖分級統(tǒng)計表

3.2 豐忠路隧道圍巖分級差異分析

從表1可以看出，Ⅲ級圍巖比例從初勘的19.75%降到了詳勘的5.24%，減少了14.51%，Ⅳ級圍巖比例從初勘的75.62%增加到詳勘的77.39%，增加了約1.77%，Ⅴ級圍巖比例從初勘的4.63%增加到詳勘的17.36%，增加了12.73%。主要的變化就是從初勘到詳勘階段，有14.51%的III級圍巖調(diào)整為Ⅳ級圍巖，有12.73的Ⅳ級圍巖調(diào)整為Ⅴ級圍巖。

3.2.1 Ⅲ級圍巖調(diào)整為Ⅳ級圍巖主要是在洞身段，通過詳勘鉆孔驗證，隧道洞身段大多數(shù)穿越的是薄層砂巖和粉砂質(zhì)泥巖，因此調(diào)整為Ⅳ級圍巖。

3.2.2 Ⅳ級圍巖調(diào)整為Ⅴ級圍巖主要集中在洞口，通過詳勘鉆孔驗證的覆蓋層厚度較初步設計要厚，或范圍要廣，因此部分段落調(diào)整為Ⅴ級圍巖。

以任家?guī)r隧道為例，詳勘階段在隧道洞口和洞身共布置了15個鉆孔。從調(diào)查及鉆孔資料分析，洞身段圍巖主要由粉砂質(zhì)泥巖夾砂巖組成。圍巖劃分情況如下：

a）粉砂質(zhì)泥巖屬軟巖，Rc=10.54MPa，Kv=0.68，BQ=291.6，[BQ]=241.6，以薄～中厚層狀結(jié)構(gòu)為主，工程地質(zhì)性質(zhì)較差，遇水易軟化，失水易開裂；

b）砂巖屬較堅硬巖，Rc=50.05MPa，Kv=0.75，BQ=427.7，[BQ]=377.7，以中厚層狀結(jié)構(gòu)為主，中～未風化，左洞未穿過厚層砂巖，僅在右洞局部穿過厚層砂巖，隧道洞身總體以Ⅳ級圍巖為主，累計長度2383m；

c）洞口段上覆坡殘積粉質(zhì)粘土厚約0.5～3m，下覆粉砂質(zhì)泥巖屬軟質(zhì)巖，薄～中厚層狀，遇水易軟化，失水開裂，工程地質(zhì)性質(zhì)較差，含少量裂隙孔隙水，呈滴水狀、線狀滲出為主，為Ⅴ級圍巖，累計長度285m。

因此任家?guī)r隧道III級圍巖減少1366m。

4 結(jié)語

通過對豐忠高速全線8座隧道的詳勘與初勘隧道圍巖變化的分析對比，同時考慮到后期施工過程中隧道變更的主要原因，提出相應的對策，對后期的施工圖設計和支護參數(shù)的選取提供有力支撐，并對今后開展相關(guān)類似地質(zhì)條件的隧道勘察和設計提供寶貴的設計經(jīng)驗。

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