Vol.27 No.2 刘宝许等：基于动态围岩分类的高速公路隧道围岩稳定性评价方法 ·147. 22隧道设计与施工方案 的比值，通过这两个指标来评价地下水条件对隧 隧道采用“新奥法”原理设计，施工中应尽量 道围岩稳定性的影响程度 减少对围岩的扰动破坏程度，充分发挥围岩的自 (5)现场确定开挖周期内岩体隧道开挖质量 承能力.隧道采用复合式衬砌，以锚杆加固、挂钢 指标Q,用于量化评价隧道的稳定性.指标Q的数 筋网、喷混凝土、格栅钢架支撑等为初期支护，模 值按下式确 筑混凝土或钢筋混凝土为二次支护，并在两层衬 Q-RgD (1) 砌之间铺设防水板.隧道开挖轮廓预留变形量 式中，J为节理组数，为节理粗糙度系数，J为节 为：Ⅱ类围岩15cm,I类围岩10cm,V类围岩7 理蚀变影响系数，J节理水折减系数 cm.隧道净宽12.25m,断面采用曲墙带仰拱断面 3.2地质雷达探测 形式（Ⅱ、Ⅱ类围岩带仰拱，V类围岩不带仰拱）， 为了对隧道围岩情况做出全面准确的了解， 曲墙与顶拱为同一半径，半径为6.35m,仰拱半 现场应用美国GSSI公司生产的SR一2型地质雷 径为13.25m.隧道处于基本烈度6度地震区，按 达系统对实验隧道围岩进行地质雷达探测.地质 烈度7度地震区设防，隧道衬砌结构采用曲墙喷 雷达技术运用了瞬态电磁场的基本原理，地质雷 锚带仰拱的复合式衬砌. 达利用高频电磁波以宽频带短脉冲形式，由地面 通过天线发射纳秒级宽频域无载波窄脉冲，通过 3现场地质跟踪调查 在时域上接收雷达的散射及被测目标的反射信 号区分不同的介质层面，以精确标定不同层面物 31围岩综合信息的现场测试与核定 质的深度，并可有效地探测出埋藏在介质中不同 施工隧道工作过程中，钻孔、爆破、掘进、出 于周围介电常数的洞穴、裂隙、断层、软地层等目 渣、喷锚、初期支护等工序交替循环进行，在现场 标6,1 实验隧道施工地质调查中课题组采用了一些快 本次地质雷达探测目的是探测出掌子面前 速、简易的辅助性测试手段2，这有利于迅速判 方20m范围内岩石的破碎程度及节理裂隙、断层 定当前隧道掘进周期内围岩类别的真实情况. 发育及含水量等情况，将现场获取的围岩综合信 (1)现场采用便于操作的点荷载仪，系统测定 息和地质雷达探测结果综合对比分析，对结果进 围岩的点荷载强度和回弹值，进而快速求得岩石 行优化，在此基础上做出隧道围岩的动态分类， 的抗拉和抗压强度等数据，用于量化判定岩石强 从而达到围岩稳定性动态评价的目的.地质雷达 度等级， 探测采用了100MHz探测天线，对所探测地质体 (2)现场测定洞壁岩石质量指标(RQD).借鉴 垂向探测最大解释深度为15m,推测深度为25 黄润秋教授的做法：在洞壁施测的若干典型 m.从实测剖面图上看，岩石中反射波的能量对 节理网路图(2m×2m)内每隔10°引出一条测线作 比适中，异常反映较清晰，剖面图像可作为记录 为假想的钻孔轴线，由这些轴线上节理发育情 时间、速度判层的依据，从而推断出隧道掘进工 况，就可以计算分割出长度大于10cm的岩块与 作面前方20m以内岩体中不良地质体变化的规 测线总长度之比值作为反映岩体质量好坏的 律 RQD值；根据上述原理计算出每条测线的RQD 图1是节理裂隙和岩层层面较发育的雷达 值后，就可以求得所有测线的平均RQD,从而得 波.其波形主要特征：断层界面反射强烈，反射面 到综合反映测点岩体结构的“测网RQD”, 附近波幅显著增强，反射波的同相轴错断，破碎 (3)现场测定洞壁体积节理数认，用于量化评 面上反射波高频部分衰减很快，经开挖后证实， 价节理裂隙发育程度和构造影响程度.Palmstrom 掌子面前方有数条小断层切割隧道，节理发育、 认为=+片，式中伪第组节理裂隙间距， 岩石破碎.图2是掌子面前方有较多裂隙水的雷 m,N,为随机节理裂隙数.与RQD的关系为 达波，图3是掌子面前方有断层破碎带的雷达 RQD=115-3.3w. 波，图4是掌子面前方有松散体和间歇性空洞存 (4)现场量测隧道地下水流量，用于判断地下 在的雷达波，这些情况经后来实际开挖后均得到 水对隧道围岩稳定性的影响程度.需要测量每10 了证实.利用探测雷达波的成果指导施工方及时 m长隧道涌水量以及节理水压力与最大主应力 采取相应的对策，多次避免了险情的发生叭〕 一 刘 宝 许 等 基 于 动 态 围岩 分 类 的 高速 公 路 隧 道 围岩 稳 定 性 评 价 方 法 隧 道 设 计 与施 工 方 案 隧道 采 用 “ 新 奥法 ” 原 理 设 计 ， 施 工 中应 尽 量 减 少对 围岩 的扰动 破 坏程度 ， 充分 发挥 围岩 的 自 承 能力 隧道采用 复合 式衬 砌 ， 以锚杆加 固 、 挂钢 筋 网 、 喷混凝土 、 格栅 钢架 支 撑 等 为初 期支 护 ， 模 筑 混凝 土 或 钢 筋混 凝 土 为二 次 支护 ， 并在两 层 衬 砌 之 间铺 设 防水 板 隧 道 开 挖 轮 廓 预 留变 形 量 为 类 围岩 巧 ， 类 围岩 ， 类 围岩 隧道 净 宽 ， 断面 采 用 曲墙 带仰 拱 断 面 形 式 、 类 围岩 带 仰 拱 ， 类 围岩 不 带仰 拱 ， 曲墙 与 顶 拱 为 同一 半径 ， 半径 为 ， 仰 拱 半 径 为 隧道 处 于 基 本 烈 度 度 地 震 区 ， 按 烈 度 度 地 震 区 设 防 ， 隧道衬 砌 结构 采 用 曲墙 喷 锚 带仰拱 的复合 式 衬 砌‘，” 的 比值 ， 通 过 这 两个 指 标 来 评 价 地 下 水 条件对 隧 道 围岩 稳 定 性 的影 响程 度 现 场 确 定 开挖 周 期 内岩 体 隧道 开 挖 质 量 指 标 ， 用 于 量 化 评 价 隧道 的稳 定 性 指标 的数 值 按 下 式 确 定 门 旦旦旦 火 五 竺匕 匕 现 场 地 质 跟 踪 调 查 围岩 综 合 信 息 的现 场 测 试 与核 定 施 工 隧道 工 作过 程 中 ， 钻 孔 、 爆 破 、 掘 进 、 出 渣 、 喷锚 、 初 期支 护 等 工 序交 替循 环 进行 ， 在现 场 实验 隧道 施 工 地 质 调 查 中课 题 组 采 用 了 一 些 快 速 、 简 易 的辅 助 性 测 试 手 段 「， 一 ， 这 有 利 于 迅 速 判 定 当前 隧道 掘 进 周 期 内围岩 类 别 的真 实情况 现 场采 用 便 于操 作 的点荷 载 仪 ， 系 统测 定 围岩 的点荷 载 强度 和 回弹值 ， 进 而 快速 求 得 岩 石 的抗 拉和 抗压 强度 等 数据 ， 用 于 量 化判 定 岩 石 强 度 等 级 现 场 测 定洞 壁 岩 石 质 量 指 标 借 鉴 黄润 秋 教授 『， 的做 法 在 洞 壁 施 测 的若 干 典 型 节 理 网路 图 又 内每 隔 引 出一 条 测 线 作 为假 想 的钻 孔 轴 线 ， 由这 些 轴 线 上 节 理 发 育情 况 ， 就 可 以计 算 分割 出长 度 大 于 的岩 块 与 测 线 总 长 度 之 比 值 作 为 反 映 岩 体 质 量 好 坏 的 值 根 据 上 述 原 理 计 算 出每 条 测 线 的 值 后 ， 就 可 以求 得 所 有 测 线 的平 均 ， 从 而 得 到 综 合 反 映测 点岩 体 结 构 的 “ 测 网 ” 现 场 测 定洞 壁 体 积 节 理 数 ， 用 于 量 化 评 价 节 理 裂 隙发育程度 和 构 造 影 响程 度 认 为 一 粤谬 ， 式 中、 为 第、组 节 理 裂 隙 间距 ， 叭 ” “ ’ ’ 产、 ’ “ ’ 月 目 ’ ’ ” ’ ’ “ “ ’ ，从 为 随 机 节 理 裂 隙 数 与 的 关 系 为 巧 一 现 场 量测 隧道 地 下 水 流 量 ， 用 于判 断地 下 水对 隧道 围岩 稳 定性 的影 响程度 需要 测 量 每 长 隧道 涌 水 量 以及 节 理 水 压 力 与 最 大主 应 力 式 中 ， 为节 理 组数 ， 沂为节 理粗 糙度 系数 ， 为节 理蚀 变 影 响系 数 ， 节 理 水 折 减 系 数 地 质 雷 达 探 测 为 了对 隧道 围岩 情 况 做 出全 面 准 确 的 了解 ， 现 场 应 用 美 国 公 司 生产 的 一 型 地 质 雷 达 系 统对 实验 隧道 围岩 进行 地质 雷达 探测 地质 雷达 技术运用 了瞬 态 电磁 场 的基 本 原 理 ， 地质 雷 达 利用 高频 电磁 波 以宽频 带 短脉 冲 形 式 ， 由地 面 通 过 天 线 发射 纳 秒 级 宽频 域 无载 波 窄脉 冲 ， 通 过 在 时 域 上 接 收 雷 达 的散 射 及 被 测 目标 的反 射 信 号 区分 不 同的介 质 层 面 ， 以精确 标 定 不 同层 面物 质 的深 度 ， 并可有 效地 探测 出埋 藏在 介质 中不 同 于周 围介 电常数 的洞 穴 、 裂 隙 、 断层 、 软地层 等 目 标 【“ ‘， 本 次 地 质 雷 达 探 测 目的 是 探 测 出掌 子 面 前 方 范 围 内岩 石 的破 碎 程度 及 节 理 裂 隙 、 断层 发 育及 含 水 量 等 情 况 ， 将现 场 获取 的 围岩 综合 信 息和 地 质 雷 达探 测 结果 综 合对 比分 析 ， 对 结果进 行 优 化 ， 在 此 基 础 上 做 出隧道 围岩 的动 态 分类 ， 从 而达 到 围岩稳 定 性 动态 评 价 的 目的 地质 雷达 探 测 采 用 了 探 测 天 线 ， 对 所 探 测 地质 体 垂 向探 测 最 大 解 释 深 度 为 ， 推 测 深 度 为 从 实测 剖 面 图上 看 ， 岩 石 中反射 波 的能量 对 比适 中 ， 异 常 反 映较清 晰 ， 剖 面 图像 可 作 为记 录 时 间 、 速 度 判 层 的依 据 ， 从 而 推 断 出隧道 掘进 工 作 面 前 方 以 内岩 体 中不 良地 质 体 变化 的规 律 图 是 节 理 裂 隙和 岩 层 层 面 较 发 育 的 雷 达 波 其 波 形 主 要 特 征 断层 界面 反射 强 烈 ， 反射 面 附近 波 幅 显 著增 强 ， 反射 波 的 同相 轴 错 断 ， 破 碎 面 上 反 射 波 高频 部 分 衰 减 很 快 经 开 挖 后 证 实 ， 掌 子 面 前 方 有 数 条 小 断层 切 割 隧道 ， 节 理 发育 、 岩 石 破 碎 图 是 掌 子 面前方 有 较 多裂 隙水 的雷 达 波 ， 图 是 掌 子 面 前 方有 断 层 破 碎 带 的 雷达 波 ， 图 是 掌 子 面 前 方 有 松 散体和 间歇 性 空 洞 存 在 的雷 达 波 ， 这些 情况 经 后 来 实 际 开挖 后均 得 到 了证 实 利 用 探 测 雷达 波 的成 果 指 导施 工 方及 时 采 取 相 应 的对 策 ， 多次避 免 了 险情 的发 生