【文章內容簡介】 和施工設計階段，特別是施工期間，必須進行定性與定量相結合的分級，并應根據勘測測試資料和開挖揭露的巖體觀察量測資料，對初步分級進行檢驗和修正，確定圍巖詳細分級。 影響圍巖穩(wěn)定的因素多種多樣，主要是巖石 (體 )的物理力學性質、構造發(fā)育情況、承受的荷載(工程荷載和初始應力 )、應力變形狀態(tài)、幾何邊界條件、水的賦存狀態(tài)等。這些因素中，巖體的物理力學性質和構造發(fā)育情況是獨立于各種工程類型的，反映出了巖體的基本特性，在巖體的各項物理力學性質中，對穩(wěn)定性關系最大的是巖石堅硬程度，巖體的構造發(fā)育狀態(tài)，巖體的不 連續(xù)性、節(jié)理化程度所反映的巖體完整性是地質體的又一基本屬性。因此本規(guī)范將巖石堅硬房地產 E 網 房地產與物業(yè)管理實用資料庫 程度和巖體的完整程度作為巖體基本質量分級的兩個基本因素。這一觀點已為國內外多數圍巖分級方法所采納。 3． 6． 2 巖石堅硬程度和巖體完整程度的定性劃分和定量指標的確定方法是在分析比較了國內外相關規(guī)范和眾多圍巖分級后提出的。 1 巖石堅硬程度的定性劃分，主要應考慮巖石的成分、結構及其成因，還應考慮巖石內化作用的程度，以及巖石受水作用后的軟化、吸水反應情況。為了便于現場勘察時直觀地鑒別巖石堅硬程度，在 “定性鑒定 ”中規(guī)定了用錘擊難易、回 彈強度、手觸感覺和吸水反應等方法。 本條文表 3． 6． 21規(guī)定了用 “定性鑒定 ”和 “代表性巖石 ”兩項作為定性評價巖石堅硬程度的依據。在定性劃分時，應注意作綜合評價，在相互檢驗中確定堅硬程度并定名。 總結并參考國內已有的劃分方法和工程實踐經驗，可將巖石劃分為硬質巖和軟質巖兩大檔次，再進一步劃分為堅硬巖、較堅硬巖、較軟巖、軟巖和極軟巖五個檔次。 根據國內外資料，巖石風化程度的劃分和定義可按表 33進行。 2 表征巖石堅硬程度的定量指標有巖石單軸抗壓強度度 Rc、彈性 (變形 )模量 Er、回彈值等。本規(guī)范采用將巖石單 軸飽和抗壓強度 Rc作為反映巖石堅硬程度的定量指標。 國內外研究表明，巖石點荷載強度與巖石單軸飽和抗壓強度之間有良好的相關關系，表 3—4列舉了國內外研究者提出的二者之間的回歸方程。 經分析驗證，本規(guī)范采用國家標準規(guī)定的換算式 (3． 6． 2)．將實測的巖石點荷載強度指數 Is（ 50）換算為 Rc作為反映巖石堅硬程度的輔助定量指標。 3 本規(guī)范以 Rc=30MPa作為硬質巖與軟質巖的劃分界限。根據 Rc和定性劃分將巖石堅硬程度劃分為五級，表 3． 6． 22列示了 Rc與堅硬程度對照關系。 4 巖體完整程度的定性劃分，采用結 構面發(fā)育程度、主要結構面的結合程度和主要結構面類型作為劃分依據。按表 3． 6． 23作定性劃分時，應注意上述三項依據的綜合分析評價，在此基礎上對巖體完整程度進行定性劃分并定名。 表 3． 6． 23中， “主要結構面 ”是指相對發(fā)育的結構面，或對圍巖穩(wěn)定性影響較大的結構面。 結構面發(fā)育程度由結構面組數和平均間距來反映。表 3． 6． 2—3中所列平均間距數據，主要參房地產 E 網 房地產與物業(yè)管理實用資料庫 考了我國工程實踐和有關規(guī)范的劃分情況。 結構面的結合程度應從結構面特征即張開度、粗糙狀況、填充物性質及其性狀等方面進行評價。 現場鑒定結構面結合程度時，除應注意 結構面縫隙的寬度外，還應注意描述結構面兩側壁巖性的變化，充填物性質 (來源、成分、顆粒大小 )，膠結情況及賦水狀態(tài)等，綜合分析評價它們對結合程度的影響。 結構面粗糙情況也是決定結構面結合好壞的一個重要方面。結構面的粗糙起伏程度，很大程度上影響該結構面的抗剪強度。 5 巖體完整程度的定量指標，國內外普遍采用的有：巖體完整性指數 Kv、巖體體積節(jié)理數 Jv、巖石質量指標 RQD、節(jié)理平均間距、巖體與巖塊的動靜彈模比、巖體龜裂系數等。目前國內諸多圍巖分級 (分類 )方法中，大多數認為 kv、 Jv和 RQD三項指標能較全面體現巖體的 完整狀態(tài)。其中 Kv和 Jv兩項具有應用廣泛，測試或量測方法簡便的特點。 RQD值國外應用較多，但考慮到我國工程勘探中，由于鉆頭、鉆具及工藝等原因， RQD數量少，且缺乏統一性和可比性，因此本規(guī)范遵循國家標準的規(guī)定，只選用 Kv和 Jv來定量評定巖體的完整程度。 根據實測的包含有各種結構面及充填物巖體的聲波縱波速度 (υ pm)和基本上不明顯結構面的巖塊縱波速度 (υ pr)，即可得出 Kv值 [Kv=(υ pm／ υpr)2]。它既反映了巖體結構面的發(fā)育程度，又反映了結構面的性狀，是一項能從量上全面反映巖體完整程度的指標。 巖體體 積節(jié)理 (結構面 )數 Jv值是國際巖石力學委員會推薦用來定量評價巖體節(jié)理化程度和單元巖體的塊度的一個指標。經國內外的應用，認為它具有上述物理含義，而且在勘察各階段及施工階段容易獲得?？紤]到 Jv值不能反映結構面的結合程度，特別是結構面的張開程度和充填物性狀等，因此，本規(guī)范規(guī)定 Jv值作為評價巖體完整程度的輔助定量指標。 6 考慮到工程建設的可行性階段和初勘階段，以及對三級以下公路的隧道和高等級公路的短隧道往往不進行彈性波探測，或者因為勘測單位缺乏彈性波 (聲波 )測試手段，無法獲取 Kv值。在無實測 Kv值時，測得的 Jv值 可按表 ． 2—4對應換成 Kv值。根據我國鐵道科學研究院西南分院、昆明水利水電勘測設計院試驗研究， Jv值與 Kv有較相好的相關性。表 3． 6． 2—4就是在綜合有關單位成果的基礎上提出的。 3． 6． 3 根據分級因素的定量指標對巖體質量進行定量分級的方法有上百種，大致可歸納為三種： 1)單參數法。如 RQD法，就是以修正的 10cm以上巖芯長度之和與鉆孔總長度的百分比為依據進行分級的方法。 2)多參數法。如東北大學以 Rc、巖體彈性波縱波速度 (υ pm)、平均節(jié)理間距 (dp)和圍巖位移穩(wěn)定時間四項參數為依據，通過計算程序 進行動態(tài)分級的方法。 3)多參數組成的綜合指標法。如總參工程兵第四設計研究院坑道工程圍巖分級中，由 Rc、 Kv、地下水狀態(tài)和巖層產狀四項參數組成分級指標。也有人提出對 Rc巖體完整性、含水情況和風化程度四方面分別評分，最后給出表示巖體質量的總分。巴頓 (Barton)的 Q分級法屬于這一種。 本規(guī)范采用多參數法，以兩個分級因素的定量指標 Rc及 Kv為參數，計算求得巖體基本質量指標BQ，作為分級的定量依據。 計算巖體質量的數學模型有很多種，例如巴頓 (Barton)、谷振德模型等。總參工程兵第四設計研究院等單位在分級中采 用的是積商模型、別尼威斯基 (Bieniawskiz． T． )模型，水電部昆明勘測設計院、鐵道部科學研究院西南分院等采用和差模型。 本規(guī)范采用逐步回歸、逐步判別等方法建立并檢驗基本質量指標 BQ的計算公式．屬于和差模型。 房地產 E 網 房地產與物業(yè)管理實用資料庫 這一數學模式，用權值系數計算各因素的單值，用和差計算質量總值，最后得出巖體基本質量指標 BQ的計算公式，即式 (3． 6． 3)。 需指出，巖體基本質量指標 BQ的計算公式，是在現有的抽樣總體的基礎上確定的。 隨著本規(guī)范使用中經驗和數據的積累，對公式中的系數可能要作一定的調整，但其數學模式、分級檔數 和分級界限可保持不變。 使用式 (3． 6． 3)時應遵守的限制條件，分別以兩個函數的形式規(guī)定了該式上下限的使用條件。限制條件之一是對式 (3． 6． 3)上限的限制，這是注意到巖石的 Rc過大，而巖體的 Kv不大時，對于這樣堅硬但完整性較差的巖體，其穩(wěn)定性較低， Rc雖高但對穩(wěn)定性起不了多大的作用，如果不加區(qū)別地將原來測得的 Rc值代入 公式，過大的 Rc值使得巖體基本質量指標 BQ大為增高，造成對巖體質量等級及實際穩(wěn)定性作出錯誤的判斷。使用這一限制條件可獲得經修正過的 Rc值。例如，當 kv=0． 55時，實測 Rc值大于 79． 5MPa，取用 79． 5MPa，反之，取用實測值。 第二個限制條件是對式 (3． 6． 3)下限的限制，這是針對巖石的 Rc很低，而相應巖體 kv值過高的情況下給定的。這是注意到，完整性雖好但甚為軟弱的巖體，其穩(wěn)定性仍然是不好的，將過高的實測 kv值代入公式也會得出高于巖體實際穩(wěn)定性或質量等級的錯誤判斷。使用這一限制條件時，可獲得經修正過的 Kv值。例如，當 Rc=10MPa時，實測 Kv值大于 0． 8時取用 0． 8，反之，取用實測值。 出現定性分級與定量分級不吻合的情況是正常的。若兩者定級不一致時，可能定性評級不符合巖體的實際級別，也 可能是測試數據在選用或實測時缺乏代表性，或兩者兼而有之。必要時，應重新進行定性鑒定和定量指標的復核，在此基礎上經綜合分析，重新確定巖體基本質量的級別。 為了提高定級的準確性，宜由有經驗的人作定性分級，定量指標測試的地點與定性分級的巖石工程部位應一致。 根據我國目前的實際情況，在隧道工程可行性研究和初步勘測 (初步設計 )階段，中、短隧道或三級以下公路的隧道工程，基本上沒有開展巖石物理力學測試和彈性波 (聲波 )探測，無法獲得評價圍巖基本質量指標 BQ的參數，因此本條規(guī)定，出現上述情況時，圍巖級別的確定，可以定性劃分為 主要依據，或采用工程類比的方法加以劃分。 本規(guī)范圍巖級別與原規(guī)范的圍巖類別對應關系可按表 35大致確定。應用中可能會存在一定問題，特別是對于 Ⅲ —Ⅴ級 (即 IV~Ⅱ類 )劃分并不完全對應，對此，應開展專項研究。對 Ⅲ 級以下(含部分 Ⅲ 級 )的巖體，應慎重確定級別，以確保工程安全。 3． 6． 4 影響工程巖體穩(wěn)定性的諸因素中，巖石堅硬程度和巖體完整程度是巖體的基本屬性，是各種巖石工程類型的共性，反映了巖體質量的基本特征，但它們遠不是影響巖體穩(wěn)定的全部重要因素。當隧道圍巖存在地下水、高初始應力、不利的軟弱結構面等時，其穩(wěn) 定性要降低，可將它們作為圍巖分級的修正因素。 隨著設計工作的深入，地質勘察資料增多，就應結合不同類型工程的特點、邊界條件、所受荷載 (含初始應力 )情況和營運條件等，引入影響巖體穩(wěn)定性的主要修正因素，對圍巖作詳細定級。 式 (3． 6． 4)為圍巖基本質量指標的修正式，式中三個修正因素 K K2和 K3的確定，宜按表 A. O． 2選用，無表中所列情況時，修正系數取零。 3． 6． 5 圍巖分級方法基本執(zhí)行《工程巖體分級標準》 (GB 50218)的方法和思路，是基于以下考慮： 1 該標準是由我國水利水電部門會同鐵道部、冶金部、 建設部和總參謀部的有關單位共同制訂的，為國家基礎標準之一，屬強制性國家標準。 房地產 E 網 房地產與物業(yè)管理實用資料庫 2 該標準是在國內外特別是國內多個部門成果的基礎上提出的，是一個各行都能適用的分級標準，對統一我國的工程巖體 (或圍巖 )分級方法和標準有利。 3 該標準的圍巖分級采用定性與定量相結合的方法，將巖石堅硬程度、巖體完整程度兩大基本因素，和地下水、結構面產狀、初始地應力狀況作為修正因素，這些分級方法和規(guī)定是總結我國大多數圍巖分級提出的，已得到了大部分同行的認可。定性與定量相結合，可以提高分級的準確性。 4 可以減少采用定性分級造成的誤差。 表 3． 6． 5是根據《工程巖體分級標準》中的表 4． 1． 1作若干修正后提出的。 表 3． 6． 5在 “圍巖或土體主要定性特性 ”一欄中加進了結構狀態(tài)和土體特性，定量指標一欄除 BQ值外，也可用 [BQ]。 《工程巖體分級標準》中的地下工程巖體分級，是針對巖石隧道及其它地下工程提出的，不包括土體圍巖分級。為了適應公路隧道的實際情況和需要，將土體圍巖分級引入表 3． 6． 5，圍巖級別共分六級。土體圍巖分級尚無統一標準。本規(guī)范表 3． 6． 5中土體圍巖分級引用了《鐵路隧道設計規(guī)范》 (TB 10003)之表 3． 2． 7的相關內容。在今后實 踐中，應對土體分別進行專門研究，提出定性與定量相結合的土體圍巖分級。 3． 6． 6 各級圍巖的物理力學參數，是巖體和結構面所固有的物理力學性質，從量上反映了巖體和結構面的基本屬性。 大量的巖石力學試驗研究表明，巖體的物理力學性質及其參數有一定的分散性和隨機性，最有效的辦法是有針對性的進行必要的現場和實驗室實測。但由于隧道設計階段或工作詳細程度不同，以及工程的規(guī)模、重要性不同，對試驗工作量和參數精度的要求也不同。所以本條規(guī)定，初步定級時可按表 A． 0． 4l選用與巖體基本質量級別相應的物理力學參數。 巖體普遍存在 著結構面，它是巖體的弱面，其強度遠小于兩側巖體的強度，對于工程巖體穩(wěn)定性常常起著控制作用。由于兩側巖體的堅硬程度不同，結構面粗糙程度、張開程度、充填物性狀和充填物厚度不同，都會較大幅度地影響其強度值。表 A． 0． 4—2給出的結構面抗剪斷峰值強度，就是針對不同結構面的具體情況給出的，可供計算分析時選用。 3． 6． 7 圍巖級別是評判圍巖穩(wěn)定性的尺度，圍巖級別越高的隧道在無支護條件下的穩(wěn)定性 (即自穩(wěn)能力 )越好，反之亦然。可以將隧道開挖的實際自穩(wěn)能力作為檢驗原來圍巖定級正確與否的標志。 圍巖自穩(wěn)能力不僅與圍巖級別有關 ，還與隧道寬度有關。 對照附錄 A． 0． 5，隧道開挖后圍巖的實際穩(wěn)定性與原定級別不符時，應對圍巖級別進行調整。當開挖后圍巖穩(wěn)定性較原定級別高時，由低級調到高級要慎重。 4 總體設計 4． 1 一般規(guī)定 4． 1． 1 關于遠景規(guī)劃，《公路工程技術標準》對遠景年限規(guī)定：高速公路和一級公路為 20年，二級公路為 15年，三級公路為 10年，四級公路一般為 10年，也可