黄土公路隧道围岩级别划分

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

注：1. 小塌方：塌方高度＜3m，或塌方体积＜30m³。

2. 中塌方：塌方高度3～6m，或塌方体积30～100m³。

3. 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。

注：据中国建筑科学研究院，1977

4、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

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：

表4 大有山隧道进口土工试验数据表

从土工试验数据上来看，强烈湿陷性黄土的物力力学参数符合表2中丙类黄土。施工现场围岩稳定性很差，开挖人行横洞（毛洞跨度为3m）时，围岩几乎不能自稳，需要在超前支护和及时进行初期支护的情况下才能稳定。基本符合表1中Ⅵ级围岩的稳定性。同时，强烈湿陷性黄土在开挖后变形极大，许多段落变形和沉降达到40cm～70cm，个别段落甚至达到80cm以上。具有大变形、易塌方，围岩压力很大的特点。因此作者谨慎提出对于强烈湿陷性黄土（湿陷性为Ⅳ级）的围岩应该划分为Ⅵ级，在设计和施工过程中，应提出有针对性的技术措施。

6、结论

黄土隧道围岩级别划分是困扰隧道设计和施工的重要方面，本文根据大量黄土方面的物力力学数据及隧道设计规范中规定的隧道围岩级别稳定性特征，提出了黄土隧道围岩级别划分的物力力学参数，为国内黄土隧道设计提出了可借鉴的依据。同时，黄土围岩级别划分也需要大量的工程实践，总结出权威的数据，从此意义上说，本文可以起到抛砖引玉的作用。

参考文献：

[1] JTG D70—2004. 公路隧道设计规范. 北京:人民交通出版社，2004.

[2] 王水淼，林在贯，《中国黄土的结构特征及物力力学性质》，北京：科学出版社.1990.