黃土公路隧道圍巖級(jí)別劃分淺論1、黃土公路隧道圍巖級(jí)別劃分現(xiàn)狀圍巖級(jí)別劃分是公路隧道設(shè)計(jì)和施工中的重要技術(shù)內(nèi)容。根據(jù)不同圍巖的穩(wěn)定性，對(duì)自然界各種隧道圍巖進(jìn)行分級(jí)，利用新奧法理論，有針對(duì)性的進(jìn)行隧道初期支護(hù)和二次襯砌的設(shè)計(jì)，是山嶺隧道工程設(shè)計(jì)的基本思路。因此，準(zhǔn)確的對(duì)圍巖進(jìn)行分級(jí)是隧道工程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)?！豆匪淼涝O(shè)計(jì)規(guī)范》及《工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)巖石隧道圍巖級(jí)別劃分提出了明確的定量和定性的具體指標(biāo)及圍巖特性，使得巖石隧道圍巖級(jí)別劃分有明確的依據(jù)。但對(duì)于黃土公路隧道的圍巖劃分，卻沒(méi)有提出具體的定量和定性的物理性質(zhì)指標(biāo)及特性，因而在黃土公路隧道設(shè)計(jì)中，圍巖級(jí)別劃分沒(méi)有準(zhǔn)確的依據(jù)，這給黃土隧道設(shè)計(jì)和施工帶來(lái)了很大的技術(shù)困難。隨著我國(guó)公路在黃土地區(qū)的快速發(fā)展，黃土公路隧道數(shù)量越來(lái)越大。所以，對(duì)于黃土公路隧道圍巖級(jí)別劃分進(jìn)行定性和定量的研究，提出圍巖級(jí)別劃分的依據(jù)，就顯得非常迫切。根據(jù)具體的黃土隧道設(shè)計(jì)和施工實(shí)踐，并結(jié)合國(guó)內(nèi)外科研資料，提出了較為系統(tǒng)的黃土隧道圍巖劃分的定量的物理指標(biāo)和定性的黃土特性，為國(guó)內(nèi)黃土隧道設(shè)計(jì)和施工提供參考的依據(jù)。2、圍巖級(jí)別劃分的標(biāo)準(zhǔn)圍巖穩(wěn)定性是圍巖級(jí)別劃分的核心內(nèi)容。巖石隧道根據(jù)圍巖的巖石堅(jiān)硬程度、巖體完整程度兩大基本要素，結(jié)合地下水，圍巖結(jié)構(gòu)面和初始地應(yīng)力等因素，確定圍巖的穩(wěn)定性，進(jìn)而確定具體的圍巖級(jí)別。但圍巖堅(jiān)硬程度和完整程度不適合黃土圍巖的物理性質(zhì)的描述。所以必須根據(jù)黃土常用的，容易通過(guò)試驗(yàn)取得的物理性質(zhì)的指標(biāo)，通過(guò)研究相應(yīng)物理性質(zhì)指標(biāo)的黃土的圍巖穩(wěn)定性，確定黃土圍巖級(jí)別劃分的依據(jù)，是黃土公路隧道圍巖級(jí)別劃分的可行之路?！豆匪淼涝O(shè)計(jì)規(guī)范(JTGD70-2004)》中關(guān)于隧道圍巖穩(wěn)定性的規(guī)定：表1 隧道各級(jí)圍巖自穩(wěn)能力判斷巖體級(jí)別自穩(wěn)能力I跨度20m,可長(zhǎng)期穩(wěn)定，偶有掉塊，無(wú)塌方II跨度10?20m,可基本穩(wěn)定，局部可發(fā)生掉塊或小塌方；跨度10m,可長(zhǎng)期穩(wěn)定，偶有掉塊III跨度10?20m,可穩(wěn)定數(shù)日?1月，可發(fā)生小?中塌方；跨度5?10m,可穩(wěn)定數(shù)月，可發(fā)生局部塊體位移及小?中塌方；跨度5m,可基本穩(wěn)定IV跨度5m,一般無(wú)自穩(wěn)能力，數(shù)日?數(shù)月內(nèi)可發(fā)生松動(dòng)變形、小塌方，進(jìn)而發(fā)展為中?大塌方。埋深小時(shí)，以拱部松動(dòng)破壞為主，埋深大時(shí)，有明顯塑性流動(dòng)變形和擠壓破壞；跨度小于5m,可穩(wěn)定數(shù)日~1月V無(wú)自穩(wěn)能力，跨度5m或更小時(shí)，可穩(wěn)定數(shù)日W無(wú)自穩(wěn)能力注：1.小塌方：塌方高度＜3m,或塌方體積＜30m3。2.中塌方：塌方高度3?6m,或塌方體積30?100m3。3.大塌方：塌方高度〉6m,或塌方體積〉100m3。3、黃土圍巖穩(wěn)定性與黃土物力力學(xué)性質(zhì)的關(guān)系統(tǒng)計(jì)黃土的物力力學(xué)參數(shù)較多，在此作者選擇了土工試驗(yàn)中比較容易獲取的一些物力力學(xué)參數(shù)，并根據(jù)《中國(guó)黃土的結(jié)構(gòu)特征及物力力學(xué)性質(zhì)》中對(duì)黃土圍巖分類(lèi)的描述，確定黃土圍巖穩(wěn)定性與黃土物力力學(xué)性質(zhì)的關(guān)系。

表2黃土圍巖分類(lèi)特征分類(lèi)工程地質(zhì)特征物力力學(xué)性質(zhì)地貌地層構(gòu)造含水量（％）干密度（克/厘米3）粘聚力內(nèi)摩察角（°）無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度（千帕）強(qiáng)度比例極限（千帕） -般平均 -般平均 -般平均 -般平均 -般平均甲類(lèi)黃土一般出露在溝底基巖兩壁之上，溝壁陡峭，一般大于45。?70°一般為老黃土下部一般夾有數(shù)層至十多層古土壤，下部鈣質(zhì)密集成層，層位比較復(fù)雜，解理多17?24201.45?1.661.5749?1609024.8?33.430.1270?6504601000?1700乙類(lèi)黃土一般出露在溝壁，有少量潛蝕溶洞，溝壁較陡，一般大于30。?45°一般為老黃土上部（Q23）一般夾有數(shù)層古土壤，鈣質(zhì)結(jié)核一般不成層，層間較疏，層位穩(wěn)，定節(jié)理較多11?22181.34?1.591.4735?856222.8?31.626.3130?230180400?700丙類(lèi)黃土一般出露地表，常見(jiàn)淺蝕溶洞，溝壁較緩一般為新黃土（Q3）一般無(wú)層理，節(jié)理少10?20161.16?1.361.2621?272426.7?31.528.540?160100100?300注：據(jù)中國(guó)建筑科學(xué)研究院，19774、黃土隧道圍巖分級(jí)物力力學(xué)參數(shù)從表1中可以看出，黃土毛洞圍巖穩(wěn)定性與土體的粘聚力、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、強(qiáng)度比例極限、變形模量、側(cè)壓力系數(shù)及濕陷性有密切的關(guān)系，而含水量、干密度對(duì)黃土毛洞圍巖穩(wěn)定性有一定的關(guān)系，內(nèi)摩察角的數(shù)值和黃土洞室的穩(wěn)定性強(qiáng)弱沒(méi)有對(duì)應(yīng)關(guān)系。表中的圍巖穩(wěn)定分類(lèi)與設(shè)計(jì)規(guī)范中隧道圍巖自穩(wěn)能力劃分較為吻合。參照以上數(shù)據(jù)，作者提出了黃土隧道圍巖分級(jí)黃土物理指標(biāo)，具體如下：表3黃土隧道圍巖分級(jí)物理力學(xué)參數(shù)表特征分級(jí)工程地質(zhì)特征物力力學(xué)性質(zhì)毛洞圍巖穩(wěn)定情況地貌地層構(gòu)造粘聚力無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度（千帕）強(qiáng)度比例極限（千帕）變形模量（兆帕）側(cè)壓力系數(shù)濕陷性 -般平均一般平均IV級(jí)一般出露在一般一般夾有數(shù)4990270460100060?1300.21?無(wú)埋深W10m,圍巖溝底基巖兩為老層至十多層???0.31毛跨W4m壁之上，溝壁黃土古土壤，下部1606501700時(shí)，毛洞穩(wěn)定陡峭，一般大下部鈣質(zhì)密集成時(shí)間較長(zhǎng)，毛于45。?（Q2）層，層位比較垮為6m,洞70°復(fù)雜，解理多深小于4m時(shí)，可暫時(shí)穩(wěn)定V級(jí)一般出露在一般一般夾有數(shù)356213018040030?600.30?輕埋深W10m,圍巖溝壁，有少量為老層古土壤，鈣???0.36微毛跨W3m潛蝕溶洞，溝黃土質(zhì)結(jié)核一般85230700?時(shí)，毛洞穩(wěn)定壁較陡，一般上部不成層，層間無(wú)時(shí)間較長(zhǎng)，毛大于30。?(Q23)較疏，層位垮為6m,洞45°穩(wěn)，定節(jié)理較深小于3m多時(shí)，可暫時(shí)穩(wěn)定V級(jí)一般出露地一般一般無(wú)層理，212440?1001005?20 -埋深W10m,圍巖表，常見(jiàn)淺蝕為新節(jié)理少?160?般毛跨W3m偏弱溶洞，溝壁較黃土27300?時(shí)，毛洞穩(wěn)定緩（Q3）強(qiáng)時(shí)間較長(zhǎng)，毛烈垮為4m,洞深小于2m時(shí)，可暫時(shí)穩(wěn)定5、強(qiáng)烈濕陷性黃土的物力力學(xué)性質(zhì)與穩(wěn)定性大有山隧道進(jìn)出口段黃土為濕陷性黃土，土黃色，稍濕，稍密.以粉粒為主，含云母碎片，大孔隙發(fā)育，屬高壓縮性土，具濕陷性，W級(jí)（很?chē)?yán)重）自重濕陷性，地質(zhì)劃分為Q2eol3,無(wú)地下水，土層為弱透水土層，圍巖穩(wěn)定性差，施工時(shí)易發(fā)生塌方，甚至塌至地表。[GO]=150KPa。見(jiàn)表4：

表4 大有山隧道進(jìn)口土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)表取土深度(米)含水量(%)密度(g/cm3干密度(g/cm3)壓縮模量E12(MPa)壓縮系數(shù)a23(MPa-1)壓縮模量E23(MPa)凝聚力(MPa)內(nèi)摩角(度)起始?jí)毫?kPa)1.27.51.331.243.720.02.25.41.341.273.926.03.26.91.361.273.458.04.27.51.361.273.284.05.27.21.401.313.096.06.26.51.441.355.0101.07.28.51.401.294.0114.08.27.81.411.312.3106.09.28.51.451.344.6119.010.28.91.491.374.5113.011.29.21.431.313.10.553.5115.012.29.31.511.385.60.345.6123.013.28.01.481.375.70.355.5126.014.29.51.561.429.10.257.4135.015.211.91.551.385.80.355.3139.016.212.61.561.395.30.335.7139.017.211.31.561.405.80.345.50.02223°00'152.018.28.31.531.418.80.228.60.02125°00'166.019.29.21.531.406.50.219.00.02625°30'169.020.212.31.591.417.20.267.00.02527°00'182.020.610.50.02625°00'21.212.81.611.437.00.266.90.02623°30'184.021.615.80.02426°00'22.211.81.621.446.40.276.80.02927°00'187.022.614.60.03127°00'23.212.01.621.458.70.228.30.02825°30'190.0從土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)上來(lái)看，強(qiáng)烈濕陷性黃土的物力力學(xué)參數(shù)符合表2中丙類(lèi)黃土。施工現(xiàn)場(chǎng)圍巖穩(wěn)定性很差，開(kāi)挖人行橫洞（毛洞跨度為3m）時(shí)，圍巖幾乎不能自穩(wěn)，需要在超前支護(hù)和及時(shí)進(jìn)行初期支護(hù)的情況下才能穩(wěn)定?；痉媳?中W級(jí)圍巖的穩(wěn)定性。同時(shí)，強(qiáng)烈濕陷性黃土在開(kāi)挖后變形極大，許多段落變形和沉降達(dá)到40cm?70cm,個(gè)別段落甚至達(dá)到80cm以上。具有大變形、易塌方，圍巖壓力很大的特點(diǎn)。因此作者謹(jǐn)慎提出對(duì)于強(qiáng)烈濕陷性黃土（濕陷性為W級(jí)）的圍巖應(yīng)該劃分為W級(jí)，在設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中，應(yīng)提出有針對(duì)性的技術(shù)措施。6、結(jié)論黃土隧道圍巖級(jí)別劃分是困擾隧道設(shè)計(jì)和施工的重要方面，本文根據(jù)大量黃土方面的物力力學(xué)數(shù)據(jù)及隧道設(shè)計(jì)