2025年一級建造師鐵路工程專題隧道圍巖分級與施工方法與超前地質(zhì)預(yù)報2025年一級建造師鐵路工程專題——隧道圍巖分級與施工方法與超前地質(zhì)預(yù)報隧道圍巖分級隧道圍巖分級是鐵路隧道設(shè)計和施工的基礎(chǔ)，它對于合理選擇支護參數(shù)、確定施工方法以及保障施工安全具有至關(guān)重要的意義。2025年的鐵路工程中，隧道圍巖分級依然遵循科學(xué)、系統(tǒng)的原則，綜合考慮多種因素來進行準確分級。分級的影響因素1.巖石堅硬程度：巖石的堅硬程度是圍巖分級的重要依據(jù)之一。根據(jù)巖石的飽和單軸抗壓強度（Rb），可將巖石分為堅硬巖（Rb＞60MPa）、較堅硬巖（30MPa＜Rb≤60MPa）、較軟巖（15MPa＜Rb≤30MPa）、軟巖（5MPa＜Rb≤15MPa）和極軟巖（Rb≤5MPa）。不同堅硬程度的巖石在隧道開挖過程中表現(xiàn)出不同的力學(xué)特性，對圍巖的穩(wěn)定性產(chǎn)生顯著影響。例如，堅硬巖在開挖后通常能夠保持較好的自穩(wěn)能力，而軟巖和極軟巖則容易出現(xiàn)坍塌、變形等問題。2.巖體完整程度：巖體的完整程度反映了巖體中節(jié)理、裂隙等結(jié)構(gòu)面的發(fā)育程度。通過巖體完整性系數(shù)（Kv）來衡量，Kv為巖體縱波波速與巖石縱波波速之比的平方。根據(jù)Kv值，可將巖體分為完整（Kv＞0.75）、較完整（0.55＜Kv≤0.75）、較破碎（0.35＜Kv≤0.55）、破碎（0.15＜Kv≤0.35）和極破碎（Kv≤0.15）。巖體越完整，其承載能力和自穩(wěn)能力越強；反之，巖體破碎程度越高，圍巖的穩(wěn)定性越差。3.地下水影響：地下水的存在會降低巖石的強度，軟化巖體結(jié)構(gòu)面，增加圍巖的變形和坍塌風險。在圍巖分級中，需要考慮地下水的水量、水壓、水質(zhì)以及對圍巖的軟化作用等因素。根據(jù)地下水的影響程度，可對圍巖級別進行適當?shù)恼{(diào)整。例如，當存在大量涌水且對圍巖有明顯軟化作用時，應(yīng)降低圍巖級別。4.初始應(yīng)力狀態(tài)：隧道所處的初始應(yīng)力狀態(tài)對圍巖的穩(wěn)定性也有重要影響。初始應(yīng)力包括自重應(yīng)力和構(gòu)造應(yīng)力，在高地應(yīng)力地區(qū)，圍巖可能會出現(xiàn)巖爆、大變形等現(xiàn)象。在進行圍巖分級時，需要評估初始應(yīng)力的大小和方向，結(jié)合巖石和巖體的特性，綜合判斷圍巖的穩(wěn)定性。分級方法與流程目前，我國鐵路隧道圍巖分級采用兩步分級法。第一步，根據(jù)巖石堅硬程度和巖體完整程度初步劃分圍巖基本質(zhì)量級別，共分為Ⅰ-Ⅵ級，Ⅰ級圍巖穩(wěn)定性最好，Ⅵ級圍巖穩(wěn)定性最差。第二步，考慮地下水、初始應(yīng)力狀態(tài)等因素對圍巖基本質(zhì)量進行修正，確定最終的圍巖級別。具體流程如下：1.現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查：通過地質(zhì)測繪、鉆探、物探等手段，獲取隧道沿線的地質(zhì)資料，包括巖石類型、巖體結(jié)構(gòu)、節(jié)理裂隙發(fā)育情況、地下水分布等信息。2.巖石和巖體參數(shù)測試：采用室內(nèi)試驗和現(xiàn)場測試相結(jié)合的方法，測定巖石的飽和單軸抗壓強度、巖體完整性系數(shù)等參數(shù)。3.初步分級：根據(jù)巖石堅硬程度和巖體完整程度，對照圍巖基本質(zhì)量分級表，初步確定圍巖的基本質(zhì)量級別。4.修正分級：考慮地下水、初始應(yīng)力狀態(tài)等因素，按照相關(guān)規(guī)范和經(jīng)驗公式對圍巖基本質(zhì)量級別進行修正，得到最終的圍巖級別。隧道施工方法隧道施工方法的選擇取決于圍巖級別、隧道斷面尺寸、工期要求、施工設(shè)備和技術(shù)水平等因素。在2025年的鐵路工程中，常見的隧道施工方法包括鉆爆法、盾構(gòu)法和TBM法等。鉆爆法鉆爆法是一種傳統(tǒng)的隧道施工方法，適用于各種圍巖級別。它通過鉆孔、裝藥、爆破等工序破碎巖石，然后進行出渣、支護等作業(yè)。1.全斷面法：全斷面法是將整個隧道斷面一次開挖成型的施工方法。適用于Ⅰ-Ⅲ級圍巖，且隧道斷面尺寸不宜過大。該方法施工速度快，工序簡單，能充分發(fā)揮大型機械設(shè)備的效能。施工時，首先使用鑿巖臺車鉆孔，然后進行裝藥爆破，爆破后用裝載機和自卸汽車出渣，最后進行初期支護和二次襯砌。2.臺階法：臺階法是將隧道斷面分成上、下兩個或多個臺階進行開挖的施工方法。根據(jù)臺階的數(shù)量和長度，可分為兩臺階法、三臺階法等。臺階法適用于Ⅳ-Ⅴ級圍巖，能較好地控制圍巖變形。施工時，先開挖上臺階，進行初期支護，然后開挖下臺階，完成剩余的支護和襯砌工作。臺階法的優(yōu)點是施工靈活性大，可根據(jù)圍巖情況調(diào)整臺階長度和高度；缺點是施工工序較多，相互干擾較大。3.分部開挖法：分部開挖法包括環(huán)形開挖預(yù)留核心土法、中隔壁法（CD法）、交叉中隔壁法（CRD法）等，適用于Ⅴ-Ⅵ級圍巖或特殊地質(zhì)條件下的隧道施工。這些方法將隧道斷面分成多個部分，逐步開挖和支護，以減小對圍巖的擾動，控制圍巖變形。例如，環(huán)形開挖預(yù)留核心土法先開挖上部環(huán)形拱部，進行初期支護，然后開挖核心土和下部臺階；CD法和CRD法在隧道中設(shè)置中隔壁，將隧道分成左右兩部分或多個小部分，依次開挖和支護。盾構(gòu)法盾構(gòu)法是一種機械化程度高、施工速度快、對周圍環(huán)境影響小的隧道施工方法。它通過盾構(gòu)機在地下掘進，同時進行襯砌拼裝，形成隧道結(jié)構(gòu)。盾構(gòu)法適用于軟土地層或含水量較大的地層，如城市地鐵隧道、水下隧道等。1.盾構(gòu)機選型：根據(jù)隧道的地質(zhì)條件、斷面尺寸、施工要求等因素，選擇合適的盾構(gòu)機類型，如土壓平衡盾構(gòu)機、泥水平衡盾構(gòu)機等。土壓平衡盾構(gòu)機適用于粘性土、砂性土等地層，通過控制土倉內(nèi)的土壓力來平衡開挖面的土壓力和水壓力；泥水平衡盾構(gòu)機適用于高水壓、大粒徑砂卵石地層，通過泥漿循環(huán)系統(tǒng)來維持開挖面的穩(wěn)定。2.施工流程：盾構(gòu)機始發(fā)后，刀盤旋轉(zhuǎn)切削土體，通過螺旋輸送機將渣土排出，同時推進油缸推動盾構(gòu)機前進。在盾構(gòu)機尾部，同步進行管片拼裝，形成隧道襯砌。在施工過程中，需要實時監(jiān)測盾構(gòu)機的姿態(tài)、土壓力、泥漿參數(shù)等，確保施工安全和質(zhì)量。3.優(yōu)缺點：盾構(gòu)法的優(yōu)點是施工速度快、自動化程度高、對地面建筑物和地下管線影響??；缺點是盾構(gòu)機設(shè)備昂貴，對地質(zhì)條件適應(yīng)性較差，施工過程中不易調(diào)整線路。TBM法TBM（TunnelBoringMachine）法即全斷面隧道掘進機法，與盾構(gòu)法類似，但TBM主要適用于巖石地層。TBM法具有掘進速度快、施工質(zhì)量高、安全性能好等優(yōu)點。1.TBM選型：根據(jù)巖石的硬度、巖體完整性等因素，選擇合適的TBM類型，如敞開式TBM、單護盾TBM和雙護盾TBM。敞開式TBM適用于硬巖地層，掘進時依靠撐靴支撐在洞壁上提供推進力；單護盾TBM適用于軟巖和破碎地層，通過護盾保護圍巖，同時進行管片拼裝；雙護盾TBM結(jié)合了敞開式TBM和單護盾TBM的優(yōu)點，適用于多種地質(zhì)條件。2.施工流程：TBM始發(fā)后，刀盤旋轉(zhuǎn)切削巖石，通過皮帶輸送機將巖渣排出，同時推進油缸推動TBM前進。在TBM尾部，進行初期支護和二次襯砌施工。施工過程中，需要對TBM的各項參數(shù)進行實時監(jiān)測和調(diào)整，確保掘進效率和施工質(zhì)量。3.優(yōu)缺點：TBM法的優(yōu)點是掘進速度快、施工質(zhì)量高、對圍巖擾動?。蝗秉c是設(shè)備投資大，對地質(zhì)條件變化的適應(yīng)性較差，設(shè)備維修和保養(yǎng)要求高。超前地質(zhì)預(yù)報超前地質(zhì)預(yù)報是隧道施工中的重要環(huán)節(jié)，它能夠提前了解隧道前方的地質(zhì)情況，為施工方法的調(diào)整、支護參數(shù)的優(yōu)化和施工安全的保障提供依據(jù)。在2025年的鐵路工程中，超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)不斷發(fā)展和完善，采用多種方法相結(jié)合的綜合預(yù)報模式。超前地質(zhì)預(yù)報的目的和意義1.保障施工安全：通過超前地質(zhì)預(yù)報，及時發(fā)現(xiàn)隧道前方可能存在的不良地質(zhì)體，如斷層、溶洞、瓦斯等，提前采取相應(yīng)的措施，避免發(fā)生坍塌、突水突泥、瓦斯爆炸等安全事故，保障施工人員的生命安全。2.優(yōu)化施工方案：根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報結(jié)果，調(diào)整施工方法和支護參數(shù)，使施工方案更加合理、科學(xué)。例如，當預(yù)報到前方圍巖級別降低時，及時加強支護；當遇到不良地質(zhì)體時，選擇合適的施工方法進行處理。3.控制工程成本：準確的超前地質(zhì)預(yù)報可以避免因地質(zhì)條件不明而導(dǎo)致的施工延誤和工程變更，降低工程成本。同時，通過優(yōu)化施工方案，合理配置資源，提高施工效率，減少不必要的浪費。超前地質(zhì)預(yù)報方法1.地質(zhì)調(diào)查法：地質(zhì)調(diào)查法是一種最基本的超前地質(zhì)預(yù)報方法，通過對隧道洞口和掌子面的地質(zhì)情況進行詳細觀察和分析，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料，推斷隧道前方的地質(zhì)條件。地質(zhì)調(diào)查內(nèi)容包括巖石類型、巖體結(jié)構(gòu)、節(jié)理裂隙發(fā)育情況、地下水出露情況等。該方法簡單易行，但預(yù)報距離較短，適用于初步了解地質(zhì)情況。2.物探法：物探法是利用物理方法探測地下地質(zhì)體的分布和性質(zhì)，常用的物探方法包括地震波反射法、地質(zhì)雷達法、直流電法等。-地震波反射法：通過人工激發(fā)地震波，利用地震波在不同地質(zhì)體中的傳播特性，探測隧道前方的地質(zhì)界面和不良地質(zhì)體。該方法預(yù)報距離較遠，可達數(shù)十米甚至上百米，但對地質(zhì)體的分辨率相對較低。-地質(zhì)雷達法：地質(zhì)雷達利用高頻電磁波在地下介質(zhì)中的傳播特性，探測隧道前方的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和含水情況。該方法分辨率高，適用于探測淺部地質(zhì)情況，但預(yù)報距離較短，一般為10-30米。-直流電法：直流電法通過向地下供電，測量電場分布，推斷地下地質(zhì)體的電性差異，從而探測地下水和溶洞等地質(zhì)體。該方法對地下水的探測效果較好，但受地形和地質(zhì)條件的影響較大。3.鉆探法：鉆探法是一種直接獲取地質(zhì)信息的方法，通過在隧道掌子面鉆孔，取出巖芯進行分析，了解隧道前方的巖石類型、巖體結(jié)構(gòu)、地下水情況等。鉆探法可以提供準確的地質(zhì)資料，但施工成本高、工期長，且預(yù)報距離有限，一般每次鉆探長度為30-50米。4.超前導(dǎo)坑法：超前導(dǎo)坑法是在隧道正洞前方開挖一條小斷面的導(dǎo)坑，通過對導(dǎo)坑內(nèi)的地質(zhì)情況進行觀察和分析，了解隧道前方的地質(zhì)條件。超前導(dǎo)坑法可以直觀地了解地質(zhì)情況，但施工成本高、工期長，且需要處理導(dǎo)坑與正洞之間的銜接問題。超前地質(zhì)預(yù)報流程和管理1.預(yù)報方案制定：根據(jù)隧道的地質(zhì)條件、施工方法和工期要求，制定詳細的超前地質(zhì)預(yù)報方案，明確預(yù)報方法、預(yù)報頻率、預(yù)報范圍等內(nèi)容。2.數(shù)據(jù)采集與分析：按照預(yù)報方案進行數(shù)據(jù)采集，對采集到的地質(zhì)信息和物探數(shù)據(jù)進行分析處理，推斷隧道前方的地質(zhì)情況。3.預(yù)報結(jié)果發(fā)布與反饋：將超前地質(zhì)預(yù)報結(jié)果及時發(fā)布給施工、設(shè)計和監(jiān)理單位，各方根據(jù)預(yù)報結(jié)果進行施工方案的調(diào)整和決策。同時，對預(yù)報結(jié)果進行跟蹤和驗證，總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，不斷提高預(yù)報的準確性