復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道圍巖分級(jí)BQ 修正法的應(yīng)用

常 嘉 周業(yè)萍

(武漢地鐵集團(tuán)有限公司，湖北武漢 430030)

隧道圍巖分級(jí)是正確地進(jìn)行隧道設(shè)計(jì)與施工的基礎(chǔ)。一個(gè)較好的、符合地下工程實(shí)際情況的圍巖分級(jí)，對(duì)改善地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，發(fā)展新的隧道施工工藝，降低工程造價(jià)，多快好省地修建隧道，有著十分重要的意義。但公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范的圍巖分級(jí)BQ法對(duì)于地下水、結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度對(duì)圍巖的影響考慮較粗略，在一些復(fù)雜地質(zhì)條件下的圍巖分級(jí)準(zhǔn)確性較低，適用性較差。為解決以上問(wèn)題，本文針對(duì)目前BQ法對(duì)初始地應(yīng)力、地下水以及主要軟弱結(jié)構(gòu)面影響的折減考慮不太適合[1]，通過(guò)將復(fù)雜地質(zhì)條件下的初始地應(yīng)力[2]、地下水以及主要軟弱結(jié)構(gòu)面影響引入圍巖分級(jí)中[3]，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)樣本訓(xùn)練法形成初始地應(yīng)力折減系數(shù)值T1，地下水折減系數(shù)T2以主要軟弱結(jié)構(gòu)面影響折減系數(shù)值T3，再以BQ法為基礎(chǔ)建立復(fù)雜地質(zhì)條件下的修正BQ圍巖分級(jí)法。

1 修正BQ圍巖分級(jí)法的建立

BQ修正圍巖分級(jí)法的總體計(jì)算方式仍沿用BQ法的計(jì)算模式，分兩步進(jìn)行圍巖分級(jí)。第一步，根據(jù)巖石堅(jiān)硬程度和巖體完整程度兩個(gè)基本因素的定性特征和巖體的初步分級(jí)指標(biāo)BQ進(jìn)行初步分級(jí)，第二步為圍巖詳細(xì)定級(jí)，考慮復(fù)雜地質(zhì)條件(如地下水狀態(tài)、初始地應(yīng)力狀態(tài)以及主要軟弱結(jié)構(gòu)面對(duì)圍巖的影響)，對(duì)圍巖的初步分級(jí)BQ值進(jìn)行修正，得到BQ修正法的折減系數(shù)[BQ]值，然后再根據(jù)公路隧道的[BQ]值與圍巖級(jí)別的對(duì)應(yīng)關(guān)系詳細(xì)定級(jí)。

圍巖的初步分級(jí)BQ值的計(jì)算如下式所示:

其中，Rc為采用實(shí)測(cè)的巖石點(diǎn)荷載強(qiáng)度指數(shù)IS(50)的換算值。其中單軸抗壓強(qiáng)度Rc用下式計(jì)算:

圍巖完整系數(shù)Kv值一般采用圍巖的彈性波測(cè)試值計(jì)算:

其中，Vpm為巖體巖石的彈性縱波速度，km/s;Vpr為巖石的彈性縱波速度，km/s。

BQ修正法圍巖初步分級(jí)指標(biāo)修正值[BQ]主要是根據(jù)第一步計(jì)算所得的初步分級(jí)指標(biāo)BQ值，再通過(guò)初始地應(yīng)力狀態(tài)、地下水影響、主要軟弱結(jié)構(gòu)的影響作相應(yīng)的折減，具體按下式計(jì)算:

其中，T1為初始應(yīng)力狀態(tài)影響修正系數(shù);T2為地下水影響修正系數(shù);T3為主要軟弱結(jié)構(gòu)面對(duì)圍巖影響修正系數(shù)，分別見表1～表3。

表1 初始應(yīng)力狀態(tài)影響修正系數(shù)T1

表2 地下水影響修正系數(shù)T2

表3 主要軟弱結(jié)構(gòu)面影響修正系數(shù)T3

2 BQ修正分級(jí)法在隧道分級(jí)中的應(yīng)用

將本文建立的BQ修正圍巖分級(jí)法運(yùn)用到某公路隧道已開挖的32個(gè)段落(YK53+850～YK63+670段)的圍巖進(jìn)行分級(jí)處理進(jìn)行圍巖分級(jí)，并將BQ修正法的分級(jí)結(jié)果與BQ法的分級(jí)結(jié)果和實(shí)際圍巖級(jí)別進(jìn)行對(duì)比分析。在對(duì)該隧道圍巖進(jìn)行BQ修正分級(jí)法分級(jí)時(shí)，由于已開挖段較為淺埋，地應(yīng)力值較低，故初始地應(yīng)力影響折減系數(shù)T1取值為0，圍巖分級(jí)各指標(biāo)具體取值及計(jì)算結(jié)果見表4，表5。根據(jù)上述已經(jīng)建立的分級(jí)算法，對(duì)部分區(qū)段圍巖進(jìn)行分類(見表6)。通過(guò)表6的分級(jí)結(jié)果可以得出:用BQ圍巖分級(jí)方法計(jì)算所得的圍巖級(jí)別主要為Ⅳ級(jí)，有少量的Ⅲ級(jí)和Ⅴ級(jí)圍巖;而用BQ修正分級(jí)法計(jì)算所得的圍巖級(jí)別有較少Ⅳ級(jí)圍巖。兩種分級(jí)方法所得的結(jié)果有4段不相一致。經(jīng)過(guò)與實(shí)際圍巖情況相比較，對(duì)于4段BQ法與BQ修正法分級(jí)不一致的圍巖，BQ修正法分級(jí)所得的圍巖級(jí)別均比BQ法所得的圍巖級(jí)別稍好。

表4 水文地質(zhì)試驗(yàn)成果表

表5 主要物理力學(xué)試驗(yàn)成果表

3 結(jié)語(yǔ)

1)公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范中的BQ法對(duì)于復(fù)雜地質(zhì)對(duì)圍巖分級(jí)的影響折減的考慮存在一些不足，主要表現(xiàn)為未對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件下對(duì)圍巖穩(wěn)定影響較為突出的地下水和初始地應(yīng)力給予考慮或區(qū)分，造成高地應(yīng)力條件下圍巖分級(jí)結(jié)果準(zhǔn)確率較低;

表6 隧道圍巖分級(jí)表

2)針對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件，本文僅用BQ法中的初始地應(yīng)力影響修正系數(shù)T1、地下水狀態(tài)影響修正系數(shù)T2以及主要軟弱結(jié)構(gòu)面影響修正系數(shù)T3三個(gè)參數(shù)來(lái)表示復(fù)雜地質(zhì)對(duì)圍巖分級(jí)的影響，除此以外，還有其他多種可能影響圍巖穩(wěn)定性的復(fù)雜地質(zhì)條件，如斷層、破碎帶等，這些因素的影響折減條件仍有待完善;

3)BQ修正法在某隧道圍巖分級(jí)中進(jìn)行應(yīng)用，結(jié)果表明:在復(fù)雜地質(zhì)條件下的圍巖分級(jí)結(jié)果比，本文建立的BQ修正法的分級(jí)結(jié)果吻合率比傳統(tǒng)的BQ法更好，但對(duì)于初始地應(yīng)力、地下水狀況以及主要軟弱結(jié)構(gòu)面影響的折減系數(shù)T1，T2及T3更精確的取值，還需要在以后的公路隧道工程圍巖分級(jí)中繼續(xù)檢驗(yàn)和完善。

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