張樂, 潘恒

[摘要]雅康高速是四川進(jìn)入甘孜藏區(qū)第一條建成的高速公路，其天全至二郎山段是典型的四川盆地第二階梯向西藏第三階梯過(guò)渡帶，地質(zhì)地形極其復(fù)雜造成隧道工程建設(shè)難度大。在定性為主定量為輔的總體思路下，建設(shè)階段總結(jié)出一套適用于川藏地區(qū)典型條件下公路隧道圍巖判別方法，并以此運(yùn)用到圍巖施工支護(hù)參數(shù)調(diào)整，為后期涉藏隧道工程提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。

[關(guān)鍵詞]隧道; 圍巖分級(jí); 支護(hù)參數(shù); 工程變更

[中國(guó)分類號(hào)]U451+.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

0引言

目前，隧道設(shè)計(jì)階采用的圍巖判別方法主要以地勘推算BQ值為主進(jìn)行歸類劃分，在歸類的基礎(chǔ)上結(jié)合圍巖不同的狀態(tài)，調(diào)整超前支護(hù)、鋼架間距及仰拱不同等施工支護(hù)參數(shù)的設(shè)置。藏區(qū)高速隧道的特點(diǎn)是：隧道圍巖在開挖揭露前和揭露后往往存在較大差異，頻繁的設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)的動(dòng)態(tài)調(diào)整是不得不面對(duì)的現(xiàn)實(shí)情況。據(jù)統(tǒng)計(jì)，以雅康高速為代表的藏區(qū)高速隧道圍巖最大變更率超過(guò)70%，為解決隧道工程建設(shè)與設(shè)計(jì)吻合度不高、變更數(shù)量多問(wèn)題，自2016年2月雅康高速公路實(shí)施隧道圍巖變更綜合管理至2018年建成通車，天全至二郎山段在綜合管理下累計(jì)產(chǎn)生隧道變更1 000余份，安全高效施工隧道超2萬(wàn)m。

1工程概況

雅康高速公路是四川進(jìn)入藏區(qū)第一條建成高速公路，2018年建成通車以來(lái)，為實(shí)現(xiàn)藏區(qū)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展起到重要紐帶作用。天全至二郎山段是地形陡然抬升區(qū)域，是典型的四川盆地第二階梯向藏區(qū)高原第三階梯的過(guò)渡帶，沉積巖和火成巖交替出現(xiàn)，陡升段包含二郎山隧道等共12座隧道（含斜井），2016.2-2017.1施工階段隧道變更率如表1所示。

該段場(chǎng)區(qū)屬構(gòu)造、剝蝕高中山地貌區(qū)。區(qū)內(nèi)地貌多形成高山、峽谷。溝谷多呈“V”型，谷底陡窄，溝床坡降大，水系呈樹枝狀。調(diào)繪區(qū)山脊最高約1 720 m，溝谷最低約930 m，地形總體變化大。其中紫石隧道、喇叭河隧道和二郎山隧道為越嶺隧道，其余隧道為傍山隧道，均位于天全河右側(cè)斜坡上.場(chǎng)區(qū)在漫長(zhǎng)的地質(zhì)時(shí)代，經(jīng)歷了多次不同方式的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)：經(jīng)向構(gòu)造體系、華夏系、新華夏系、歹字型構(gòu)造體系及香爐山弧形構(gòu)造，不同地質(zhì)時(shí)代發(fā)育有眾多構(gòu)造，因此該段工程地質(zhì)分區(qū)劃分為3個(gè)小區(qū)（表2）。

2雅康高速圍巖現(xiàn)場(chǎng)判別思路

2.1隧道圍巖分級(jí)常見方法

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全世界圍巖分級(jí)的方法目前有10余種，

主要包括巖體質(zhì)量指標(biāo)BQ、巖石質(zhì)量指標(biāo)BQ及修正、巖體質(zhì)量評(píng)分、坑道巖體質(zhì)量指標(biāo)（Rm）、巖體堅(jiān)固系數(shù)（fkp）等，由于各個(gè)行業(yè)不統(tǒng)一，造成各類規(guī)范繁多。

2.2雅康高速隧道圍巖判別方法

為使得隧道圍巖判別現(xiàn)場(chǎng)更具有可操作性，在缺乏部分定量指標(biāo)的情況下，雅康高速以定性為基礎(chǔ)定量判別為輔助的方法，形成具有雅康高速特點(diǎn)的隧道圍巖判別卡，從而達(dá)到快速確定隧道施工支護(hù)參數(shù)的目的。本文以雅康高速公路喇叭河隧道某掌子面為例（支護(hù)參數(shù)由Z3變更為Z4W+D），簡(jiǎn)述判別方法。

2.2.1主要判別指標(biāo)

強(qiáng)度和完整性是圍巖判定公認(rèn)最為重要的指標(biāo)，通過(guò)此2項(xiàng)主要指標(biāo)能判定圍巖的大致級(jí)別。

2.2.1.1強(qiáng)度的判別

巖體抗壓強(qiáng)度實(shí)測(cè)值一般采用巖石單軸抗壓強(qiáng)度或點(diǎn)荷載強(qiáng)度進(jìn)行換算，2種方法均只能在試驗(yàn)室完成，缺乏實(shí)操性。一切以現(xiàn)場(chǎng)解決問(wèn)題實(shí)際出發(fā)，強(qiáng)度采用巖性判斷和敲擊、錘擊方式方式進(jìn)行鑒別，采用定期或不定期試驗(yàn)室取樣測(cè)算不同階段巖性下巖石的抗壓強(qiáng)度，只需判定圍巖強(qiáng)度的大致范圍：即堅(jiān)硬巖（>60 MPa）、較硬巖（30-60 MPa）、較軟巖（15-30 MPa）、軟巖石（5-15 MPa）和極軟巖（<5 MPa）。

2.2.1.2完整性的判別

準(zhǔn)確的巖石完整性指標(biāo)是通過(guò)巖體和巖石壓縮波波速比的平方獲得，在需要快速鑒別的情況下，采用體積節(jié)理數(shù)或結(jié)構(gòu)面平均間距來(lái)大致區(qū)分完整性程度是最有效方法。相比較而言，采用體積節(jié)理數(shù)比結(jié)構(gòu)面間距方法更有利于與完整性一一對(duì)應(yīng)。

體積節(jié)理數(shù)計(jì)算方法：每一測(cè)點(diǎn)必須不小于2 m×5 m，選擇有代表性的露頭或開挖面統(tǒng)計(jì)。除成組節(jié)理外，對(duì)于延伸長(zhǎng)度大于1 m的分散節(jié)理同樣統(tǒng)計(jì)，體積節(jié)理數(shù)計(jì)算方法見式（1）。

JV=S1+S2+……+Sn+Sk［4］（1）

式中：Sn為第n組節(jié)理每1 m長(zhǎng)測(cè)線上的條數(shù)；Sk為每1 m3巖石非成組節(jié)理?xiàng)l數(shù)（條/m3）。

公路隧道開挖斷面約100 m2，在掌子面選擇3個(gè)2 m×5 m的大小的區(qū)域（區(qū)域分別選擇拱頂、拱腰兩側(cè)共3處，如圖1所示），基本覆蓋開挖輪廓線周邊，取最差區(qū)域作為計(jì)算完整性體積節(jié)理數(shù)的代表區(qū)域，即3個(gè)區(qū)域以最不利狀況為控制單元（3處中最差的地方能承受，意味著一環(huán)拱架的其他地方也能承受），通過(guò)節(jié)理計(jì)數(shù)的方法判定完整性（表3、表4）。

2.2.2次要判別指標(biāo)

通過(guò)圍巖判定的主要因素能初步判定圍巖所處的大類，而進(jìn)一步的支護(hù)參數(shù)修訂需要用到次要判別指標(biāo)，次要判別采用掌子面附近地下水狀態(tài)及圍巖掌子面產(chǎn)狀矩陣指標(biāo)。

2.2.2.1地下水的狀態(tài)

按照掌子面附近至二次襯砌未封閉段地下水狀態(tài)綜合情況劃分為3種狀態(tài)：好（掌子面附近干燥或潮濕）、中（掌子面附近淋雨?duì)顟B(tài)）、差（掌子面股狀出水或壓力噴水）。

2.2.2.2產(chǎn)狀

產(chǎn)狀中主要影響因素是結(jié)構(gòu)面的傾角以及結(jié)構(gòu)面和洞軸線夾角，基于相互之間關(guān)系劃分為3種狀態(tài)：好（結(jié)構(gòu)面傾角近垂直：大于75°；結(jié)構(gòu)面走向與洞軸線夾角大于60°（即大角度相交）），中（傾角近水平，0°～30°，結(jié)構(gòu)面走向與洞軸線夾角其它組合），差（傾角30°～75°，結(jié)構(gòu)面走向與洞軸線夾角小于30°（即小角度相交））。水的狀態(tài)和產(chǎn)狀按照好、中、差3種狀態(tài)劃定后，按照一定規(guī)則進(jìn)行綜合折減，Ⅳ級(jí)及以下圍巖在涌水條件下均考慮帶仰拱模式（表5）。

快速鑒別掌子面產(chǎn)狀除采用羅盤等設(shè)備外，在現(xiàn)場(chǎng)可采用2種方案快速獲取大致產(chǎn)狀：一是在每一循序中，采用掌子面邊墻露頭線和側(cè)墻臨空面內(nèi)同一結(jié)構(gòu)面露頭形成的兩根交線，兩線確定一面，從而獲得結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀；二是采用相臨兩個(gè)循環(huán)掌子面的結(jié)構(gòu)面兩條平行線，兩線確定一面，通過(guò)相鄰循環(huán)開挖進(jìn)尺確定產(chǎn)狀（表6、表7）。

2.2.3其他綜合指標(biāo)

其他綜合指標(biāo)可以綜合考慮地應(yīng)力狀態(tài)、巖體風(fēng)化程度或差異風(fēng)化程度、長(zhǎng)大裂隙的發(fā)育和結(jié)構(gòu)面起伏狀態(tài)、巖石軟化系數(shù)等情況，通過(guò)支護(hù)參數(shù)再次修正，修正內(nèi)容主要包括超前支護(hù)種類及微調(diào)鋼架間距等。

（1）地應(yīng)力狀態(tài)：地應(yīng)力和埋深及地質(zhì)構(gòu)造有較大關(guān)系，地應(yīng)力的檢測(cè)需要專業(yè)設(shè)備測(cè)定，現(xiàn)場(chǎng)不容易直接獲得為圍巖強(qiáng)度應(yīng)力比，因此在無(wú)特殊條件下均可暫時(shí)不考慮地應(yīng)力因素，發(fā)生特殊狀態(tài)如巖爆等狀況時(shí)進(jìn)行綜合修正參數(shù)。

（2）巖體風(fēng)化和差異風(fēng)化程度：風(fēng)化程度指巖體風(fēng)化和未風(fēng)化彈性縱波速度比值，在隧道施工中可通過(guò)掌子面圍巖強(qiáng)度和色澤進(jìn)行宏觀判別，實(shí)現(xiàn)定性判別。

（3）長(zhǎng)大裂隙的發(fā)育和結(jié)構(gòu)面起伏狀態(tài)：將隧道貫通性裂縫進(jìn)行折減并對(duì)支護(hù)參數(shù)進(jìn)行修正，一般而言結(jié)構(gòu)面延伸長(zhǎng)度達(dá)到大于10m條件下，結(jié)合結(jié)構(gòu)面起伏狀態(tài)和充填類型（無(wú)充填、巖屑、泥質(zhì)充填），對(duì)隧道施工支護(hù)參數(shù)進(jìn)行微調(diào)。

（4）遇水軟化巖石：雅康高速天全至二郎山段的以巖漿巖和沉積巖為主，含部分?jǐn)鄬幼冑|(zhì)巖?？傮w而言，區(qū)域常見的硬質(zhì)巖漿巖為不軟化巖石，而處于強(qiáng)風(fēng)化或卸荷帶等變質(zhì)后的巖漿巖呈軟質(zhì)態(tài)，成為遇水軟化巖石（喇叭河隧道K71+500段即為此類型）；區(qū)域常見的砂巖為透水巖石，基本無(wú)軟化，但侏羅紀(jì)石英砂巖、奧陶系砂巖（如二郎山隧道東支斷裂即為此類型）、新第三系紅砂巖為等軟化巖石；其它常見的遇水軟化或分解巖石如泥巖、碳酸鹽、泥質(zhì)灰?guī)r、石灰?guī)r、硫酸鹽巖及部分變質(zhì)巖等。有水狀態(tài)下遇水軟化或分解的圍巖

必須采用帶仰拱施工方案，否則運(yùn)營(yíng)后路面有開裂風(fēng)險(xiǎn)較高（表8、表9）。

3隧道變更主要過(guò)程管理方法

3.1雅康高速公路隧道變更主要的流程

雅康高速公路隧道專項(xiàng)變更管理方法2016年2月起在雅康高速公路天全代表處范圍內(nèi)試用，經(jīng)試用后逐步向整個(gè)雅康高速隧道專項(xiàng)管理中推廣應(yīng)用。其主要思路是堅(jiān)持四方現(xiàn)場(chǎng)會(huì)審及分級(jí)管理原則。在需要變更的里程到達(dá)前一循環(huán)由施工單位技術(shù)負(fù)責(zé)人與駐地高監(jiān)、隧道專監(jiān)共同到掌子面現(xiàn)場(chǎng)，經(jīng)施工方和監(jiān)理方核實(shí)填寫《雅康高速公路圍巖級(jí)別（支護(hù)參數(shù)）現(xiàn)場(chǎng)初步判別卡》（以下簡(jiǎn)稱“判別卡”），初步判定是否需要變更及變更大致金額。在四方會(huì)審前由駐地辦監(jiān)理將核實(shí)后的判別卡、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和監(jiān)控量測(cè)資料及現(xiàn)場(chǎng)照片、地質(zhì)素描圖發(fā)總監(jiān)理工程師，總監(jiān)理工程師審核后通過(guò)線上（或平臺(tái)）傳至代表處負(fù)責(zé)人、業(yè)主代表及隧道專業(yè)工程師，并由隧道專業(yè)工程師知會(huì)隧道及地質(zhì)設(shè)計(jì)代表。經(jīng)確認(rèn)需要變更的，按照相應(yīng)流程進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)（或遠(yuǎn)程）四方會(huì)審，通過(guò)將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀況與超前地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)論和監(jiān)控量測(cè)反饋數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)，綜合判定支護(hù)參數(shù)并修正判別卡后予以實(shí)施。

3.2圍巖級(jí)別判別及支護(hù)參數(shù)調(diào)整主要方法和要求

采用定性和定量相結(jié)合的方式，以定性為主來(lái)確定圍巖級(jí)別和具體施工支護(hù)參數(shù)，按照前述分3個(gè)重點(diǎn)板塊：主要指標(biāo)（強(qiáng)度和完整性）、次要指標(biāo)（地下水和產(chǎn)狀）、其它綜合指標(biāo)（地應(yīng)力、風(fēng)化及差異風(fēng)化程度、長(zhǎng)大裂隙發(fā)育狀態(tài)及裂隙充填狀況、巖石軟化性質(zhì)等）進(jìn)行綜合判定。

一般條件下按照10 m進(jìn)行一次工程變更，在以下條件下可增加或減少一次變更長(zhǎng)度，以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)管理的目的：

（1）如圍巖條件較好、施工較快、前方圍巖判定明確，例如確定為Z3J支護(hù)參數(shù)，可一次變更20 m。

（2）圍巖條件很差，變化頻繁、施工速度較慢，或者局部小型坍方等，可按照局部加強(qiáng)，例如確定為Z5J支護(hù)參數(shù)，可按照實(shí)際情況采用5 m或者小于10 m長(zhǎng)度進(jìn)行支護(hù)。

4小結(jié)

（1）隧道圍巖級(jí)別和支護(hù)參數(shù)的調(diào)以定性為主定量為輔，重點(diǎn)分3個(gè)大板塊：主要指標(biāo)（強(qiáng)度和完整性）、次要指標(biāo)（地下水和產(chǎn)狀）以及其它綜合指標(biāo)。

（2）藏區(qū)高速公路地質(zhì)條件極其復(fù)雜造成隧道變更數(shù)量多，沒有好的管理方法和動(dòng)態(tài)圍巖管理思路就容易造成隧道安全事故，就不能實(shí)事求是推動(dòng)工程建設(shè)。按照“執(zhí)行合同、規(guī)范行為、精細(xì)管理、強(qiáng)化控制”的建設(shè)要求，將制度流程和技術(shù)結(jié)合，堅(jiān)持現(xiàn)場(chǎng)四方會(huì)審機(jī)制，不斷完善和總結(jié)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)是未來(lái)藏區(qū)高速公路隧道的必經(jīng)之路，也為藏區(qū)高速公路隧道圍巖支護(hù)參數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)整提供建設(shè)經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

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