黄土公路隧道围岩级别划分.doc

黄土公路隧道围岩级别划分浅论1、黄土公路隧道围岩级别划分现状围岩级别划分是公路隧道设计和施工中的重要技术内容根据不同围岩的稳定性，对自然界各种隧道围岩进行分级，利用新奥法理论，有针对性的进行隧道初期支护和二次衬砌的设计，是山岭隧道工程设计的基本思路因此，准确的对围岩进行分级是隧道工程设计的基础《公路隧道设计规范》及《工程岩体分级标准》对岩石隧道围岩级别划分提出了明确的定量和定性的具体指标及围岩特性，使得岩石隧道围岩级别划分有明确的依据但对于黄土公路隧道的围岩划分，却没有提出具体的定量和定性的物理性质指标及特性，因而在黄土公路隧道设计中，围岩级别划分没有准确的依据，这给黄土隧道设计和施工带来了很大的技术困难随着我国公路在黄土地区的快速发展，黄土公路隧道数量越来越大所以，对于黄土公路隧道围岩级别划分进行定性和定量的研究，提出围岩级别划分的依据，就显得非常迫切根据具体的黄土隧道设计和施工实践，并结合国内外科研资料，提出了较为系统的黄土隧道围岩划分的定量的物理指标和定性的黄土特性，为国内黄土隧道设计和施工提供参考的依据2、围岩级别划分的标准围岩稳定性是围岩级别划分的核心内容岩石隧道根据围岩的岩石坚硬程度、岩体完整程度两大基本要素，结合地下水，围岩结构面和初始地应力等因素，确定围岩的稳定性，进而确定具体的围岩级别。

但围岩坚硬程度和完整程度不适合黄土围岩的物理性质的描述所以必须根据黄土常用的，容易通过试验取得的物理性质的指标，通过研究相应物理性质指标的黄土的围岩稳定性，确定黄土围岩级别划分的依据，是黄土公路隧道围岩级别划分的可行之路《公路隧道设计规范(JTG D70-2004)》中关于隧道围岩稳定性的规定：表1 隧道各级围岩自稳能力判断岩体级别自稳能力Ⅰ跨度20m,可长期稳定，偶有掉块，无塌方Ⅱ跨度10～20m,可基本稳定，局部可发生掉块或小塌方；跨度10m,可长期稳定，偶有掉块Ⅲ跨度10～20m,可稳定数日～1月，可发生小～中塌方；跨度5～10m,可稳定数月，可发生局部块体位移及小～中塌方；跨度5m,可基本稳定Ⅳ跨度5m,一般无自稳能力，数日～数月内可发生松动变形、小塌方，进而发展为中～大塌方埋深小时，以拱部松动破坏为主，埋深大时，有明显塑性流动变形和挤压破坏；跨度小于5m,可稳定数日～1月Ⅴ无自稳能力，跨度5m或更小时，可稳定数日Ⅵ无自稳能力注：1. 小塌方：塌方高度＜3m，或塌方体积＜30m³2. 中塌方：塌方高度3～6m，或塌方体积30～100m³3. 大塌方：塌方高度＞6m，或塌方体积＞100m³。

3、黄土围岩稳定性与黄土物力力学性质的关系统计黄土的物力力学参数较多，在此作者选择了土工试验中比较容易获取的一些物力力学参数，并根据《中国黄土的结构特征及物力力学性质》中对黄土围岩分类的描述，确定黄土围岩稳定性与黄土物力力学性质的关系表2 黄土围岩分类特征分类工程地质特征物力力学性质毛洞围岩稳定情况地貌地层构造含水量（%）干密度（克/厘米3）粘聚力内摩察角（°）无侧限抗压强度（千帕）强度比例极限（千帕）变形模量（兆帕）侧压力系数湿陷性一般平均一般平均一般平均一般平均一般平均甲类黄土一般出露在沟底基岩两壁之上，沟壁陡峭，一般大于45°～70°一般为老黄土下部（Q2）一般夹有数层至十多层古土壤，下部钙质密集成层，层位比较复杂，解理多17～24201.45～1.661.5749～1609024.8～33.430.1270～6504601000～170060～1300.21～0.31无埋深≤10m，毛跨≤4m时，毛洞稳定时间较长，毛垮为6m，洞深小于4m时，可暂时稳定乙类黄土一般出露在沟壁，有少量潜蚀溶洞，沟壁较陡，一般大于30°～45°一般为老黄土上部(Q23)一般夹有数层古土壤，钙质结核一般不成层，层间较疏，层位稳，定节理较多11～22181.34～1.591.4735～856222.8～31.626.3130～230180400～70030～600.30～0.36轻微～无埋深≤10m，毛跨≤3m时，毛洞稳定时间较长，毛垮为6m，洞深小于3m时，可暂时稳定丙类黄土一般出露地表，常见浅蚀溶洞，沟壁较缓一般为新黄土（Q3）一般无层理，节理少10～20161.16～1.361.2621～272426.7～31.528.540～160100100～3005～20一般～强烈埋深≤10m，毛跨≤3m时，毛洞稳定时间较长，毛垮为4m，洞深小于2m时，可暂时稳定注：据中国建筑科学研究院，19774、黄土隧道围岩分级物力力学参数从表1中可以看出，黄土毛洞围岩稳定性与土体的粘聚力、无侧限抗压强度、强度比例极限、变形模量、侧压力系数及湿陷性有密切的关系，而含水量、干密度对黄土毛洞围岩稳定性有一定的关系，内摩察角的数值和黄土洞室的稳定性强弱没有对应关系。

表中的围岩稳定分类与设计规范中隧道围岩自稳能力划分较为吻合参照以上数据，作者提出了黄土隧道围岩分级黄土物理指标，具体如下：表3 黄土隧道围岩分级物理力学参数表特征分级工程地质特征物力力学性质毛洞围岩稳定情况地貌地层构造粘聚力无侧限抗压强度（千帕）强度比例极限（千帕）变形模量（兆帕）侧压力系数湿陷性一般平均一般平均Ⅳ级围岩一般出露在沟底基岩两壁之上，沟壁陡峭，一般大于45°～70°一般为老黄土下部（Q2）一般夹有数层至十多层古土壤，下部钙质密集成层，层位比较复杂，解理多49～16090270～6504601000～170060～1300.21～0.31无埋深≤10m，毛跨≤4m时，毛洞稳定时间较长，毛垮为6m，洞深小于4m时，可暂时稳定Ⅴ级围岩一般出露在沟壁，有少量潜蚀溶洞，沟壁较陡，一般大于30°～45°一般为老黄土上部(Q23)一般夹有数层古土壤，钙质结核一般不成层，层间较疏，层位稳，定节理较多35～8562130～230180400～70030～600.30～0.36轻微～无埋深≤10m，毛跨≤3m时，毛洞稳定时间较长，毛垮为6m，洞深小于3m时，可暂时稳定Ⅴ级围岩偏弱一般出露地表，常见浅蚀溶洞，沟壁较缓一般为新黄土（Q3）一般无层理，节理少21～272440～160100100～3005～20一般～强烈埋深≤10m，毛跨≤3m时，毛洞稳定时间较长，毛垮为4m，洞深小于2m时，可暂时稳定5、强烈湿陷性黄土的物力力学性质与稳定性大有山隧道进出口段黄土为湿陷性黄土,土黄色,稍湿,稍密.以粉粒为主,含云母碎片,大孔隙发育，属高压缩性土，具湿陷性，Ⅳ级（很严重）自重湿陷性，地质划分为Q2eol3，无地下水，土层为弱透水土层，围岩稳定性差，施工时易发生塌方，甚至塌至地表。

[σο]=150KPa见表4：取土深度（米）含水量（%）密度(g/cm3) 干密度（g/cm3)压缩模量E1-2（MPa)压缩系数a2-3（MPa-1)压缩模量E2-3（MPa)凝聚力（MPa)内摩角（度）起始压力(kPa)湿陷系数自重湿陷系数分 类1.2 7.5 1.33 1.24 3.7 　　　　20.0 0.128 0.089 粉 土2.2 5.4 1.34 1.27 3.9 　　　　26.0 0.133 0.042 粉 土3.2 6.9 1.36 1.27 3.4 　　　　58.0 0.096 0.035 粉 土4.2 7.5 1.36 1.27 3.2 　　　　84.0 0.089 0.034 粉 土5.2 7.2 1.40 1.31 3.0 　　　　96.0 0.069 0.038 粉 土6.2 6.5 1.44 1.35 5.0 　　　　101.0 0.060 0.033 粉 土7.2 8.5 1.40 1.29 4.0 　　　　114.0 0.051 0.051 粉 土8.2 7.8 1.41 1.31 2.3 　　　　106.0 0.055 0.034 粉 土9.2 8.5 1.45 1.34 4.6 　　　　119.0 0.030 0.024 粉 土10.2 8.9 1.49 1.37 4.5 　　　　113.0 0.053 0.036 粉 土11.2 9.2 1.43 1.31 3.1 0.55 3.5 　　115.0 0.057 0.023 粉 土12.2 9.3 1.51 1.38 5.6 0.34 5.6 　　123.0 0.031 0.022 粉 土13.2 8.0 1.48 1.37 5.7 0.35 5.5 　　126.0 0.032 0.017 粉 土14.2 9.5 1.56 1.42 9.1 0.25 7.4 　　135.0 0.035 0.013 粉 土15.2 11.9 1.55 1.38 5.8 0.35 5.3 　　139.0 0.028 0.003 粉 土16.2 12.6 1.56 1.39 5.3 0.33 5.7 　　139.0 0.030 0.032 粉 土17.2 11.3 1.56 1.40 5.8 0.34 5.5 0.022 23°00′152.0 0.027 0.023 粉 土18.2 8.3 1.53 1.41 8.8 0.22 8.6 0.021 25°00′166.0 0.016 0.009 粉 土19.2 9.2 1.53 1.40 6.5 0.21 9.0 0.026 25°30′169.0 0.020 0.015 粉 土20.2 12.3 1.59 1.41 7.2 0.26 7.0 0.025 27°00′182.0 0.016 0.015 粉 土20.6 10.5 　　　　　0.026 25°00′　　　粉 土21.2 12.8 1.61 1.43 。