黃土隧道的圍巖分級方法及應用

孫 星

(陜西省交通規(guī)劃設計研究院，陜西 西安 710065)

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黃土隧道的圍巖分級方法及應用

孫 星

(陜西省交通規(guī)劃設計研究院，陜西 西安 710065)

以綏延高速長嶺山1號隧道工程為依托，根據(jù)地質調繪資料及土工試驗數(shù)據(jù)，對該隧道進行了圍巖分級，指出該方法準確可靠，為今后陜北地區(qū)黃土隧道的設計及施工提供了參考依據(jù)。

黃土隧道，圍巖分級，液性指數(shù)，數(shù)理統(tǒng)計

目前隧道設計規(guī)范中對巖石隧道的圍巖分級有明確的參數(shù)指標，但對黃土隧道進行圍巖級別劃分時，規(guī)范中沒有提出相應的參數(shù)指標。在進行黃土隧道的設計中，如果沒有準確的劃分圍巖級別的依據(jù)，將對其設計和施工帶來很大的技術困難。而隧道圍巖基本質量指標BQ[1]中所用的參數(shù)指標在黃土圍巖中幾乎完全不適用。所以，對黃土隧道圍巖劃分進行深入的研究，根據(jù)地質情況、試驗數(shù)據(jù)等多方面因素對其進行定性和定量的劃分，這對以后黃土隧道的設計和施工具有重要的指導意義。

1 黃土隧道圍巖劃分標準

黃土，是一種特殊的第四紀松散堆積物，它的性質特殊。其中天然含水量、密度、液限、塑限、壓縮系數(shù)等因素對其結構強度都有影響。通過大量的試驗研究及檢測，在隧道開挖后，其含水量的大小及飽和程度對圍巖的穩(wěn)定性影響非常敏感。含水量是土工試驗中較易得到的試驗指標，也是影響黃土強度最活躍的參數(shù)。同時，時代上的變化和隧道洞身的深度對黃土圍巖分級的影響非常重要。

參照JTG/T D70—2010公路隧道設計細則[2]中關于黏質土圍巖基本指標性分級方法(見表1)和《黃土隧道工程》[3]中黃土隧道圍巖的劃分方法(見表2)，結合土工試驗指標含水量、液性指數(shù)及定性描述，對黃土隧道進行圍巖分級。

表1 黏質土圍巖基本指標性分級方法

表2 深埋黃土隧道圍巖分級表

2 工程實例

2.1 工程概況

綏德至延川高速公路長嶺山1號隧道右線全長1 054 m，隧道底板最大埋深141 m。隧址區(qū)屬于黃土梁峁溝壑地貌，海拔高度1 092 m～1 248 m，隧道近西南走向，軸線斜穿黃土梁脊，與梁脊斜交角度約60°～80°，沿隧道軸向山梁地形呈長條形，兩側低，中部高；隧道進出口段地形相對較陡，坡面遍布薄層殘坡積土，黃土梁兩側沖溝發(fā)育。

根據(jù)地質勘察及調繪資料，該隧道地表主要覆蓋第四系上更新統(tǒng)馬蘭黃土(Q3)，其厚度約7 m～8 m；洞身主要由中更新統(tǒng)離石黃土(Q2)組成；隧道底板下部可見第三系粘土巖(N2)。其地層具體特征如下：

第三系粘土巖：巖性為棕色～棕紅色、堅硬狀泥巖(半成巖)，含鐵錳質結核、較多鈣質結核，遇水暴露易開裂崩解，產(chǎn)狀近水平，具弱膨脹性，位隧道底板下部5 m～6 m處；

離石黃土：巖性為淺棕黃色黃土，硬塑狀態(tài)，土質均勻，結構致密，含少量鈣質結核，垂直節(jié)理發(fā)育，成層分布，從坡腳向山脊黃土厚度逐漸增大，深部土質致密。該組地層分布于隧址區(qū)進出口及洞身段，為隧道洞室的主要地層；

馬蘭黃土：巖性為淺黃色，稍密狀態(tài)，發(fā)育垂直節(jié)理和大孔隙，含少量蝸牛殼碎片和植物根莖，土質較疏松，具自重濕陷性。該組地層分布于隧址區(qū)黃土梁頂部。

2.2 物理力學指標統(tǒng)計[4]

2.2.1 數(shù)理統(tǒng)計分析方法

按照數(shù)理統(tǒng)計方法初步計算試驗數(shù)據(jù)的平均值和標準差，然后對不合理數(shù)據(jù)的取舍采用3倍標準偏差法(拉依達法)進行取舍(樣本數(shù)≥10)(當某一測量數(shù)據(jù)與其測量結果的算術平均值之差大于3倍標準偏差時，用公式表示為|xi-x平|>3S，該數(shù)據(jù)應舍棄)，當測試數(shù)據(jù)與算術平均值之差大于2倍標準偏差時，試驗指標值保留，但需存疑，對異常數(shù)據(jù)進行復查檢驗；篩選后重新對測試數(shù)據(jù)進行數(shù)理統(tǒng)計計算。其計算公式如下：

標準差(均方差、標準偏差)：

變異系數(shù)：

統(tǒng)計修正系數(shù)(回歸修正系數(shù))：

其中，正負號按照不利組合考慮，取值參考：含水量、孔隙比、飽和度、壓縮系數(shù)、觸探貫入度等取正值，容重、貫入擊數(shù)、抗剪強度等取負值；當修正系數(shù)小于0.75時，應檢查其參與統(tǒng)計的試驗數(shù)據(jù)是否偏少，工程地質單元體的劃分是否正確，試驗操作過程中是否出現(xiàn)差錯，分析變異系數(shù)過大的原因。

表3 黃土物理力學指標統(tǒng)計表

2.2.2 物理力學指標統(tǒng)計

按照上述原則，對長嶺山1號隧道土工試驗所得的力學指標進行了統(tǒng)計，其結果見表3。

該隧道洞室圍巖主要為中更新統(tǒng)Q2離石黃土，根據(jù)實驗所得數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，其液性指數(shù)IL=0.19～0.26，含水量ω=16.8～17.9，通過定性和定量兩種標準對該深埋黃土圍巖等級劃分，圍巖綜合判定為Ⅴ級。其結果可靠，為隧道工程設計和施工提供了重要依據(jù)。

3 結語

本文以黃土的物理力學指標含水量和液性指數(shù)作為圍巖分級標準，以綏延高速長嶺山1號隧道為工程依托，進行黃土隧道圍巖分級探討。由于不同地區(qū)黃土的物理力學性質有很大差異，因此建議通過大量現(xiàn)場實驗、檢測、數(shù)理統(tǒng)計和工程實踐，開展黃土隧道圍巖分級劃分的研究，將圍巖分級與圍巖穩(wěn)定性定性和定量相結合，向定量化指標方向發(fā)展，使定量化分級的科學性得以真正實現(xiàn)。

[1] JTG D70—2004，公路隧道設計規(guī)范[S].

[2] JTG/T D70—2010，公路隧道設計細則[S].

[3] 趙 勇，李國良，喻 渝.黃土隧道工程[M].北京：中國鐵道出版社，2011：93.

[4] 《工程地質手冊》編委會.工程地質手冊[M].第4版.北京：中國建筑出版社，2007：363-370.

On methods of rock mass classification of loess tunnels and their application

Sun Xing

(ShannxiCommunicationsPlanningandDesignInstitute,Xi’an710065,China)

Based on the project of Changlingshan No.1 tunnel along Suide-Yanchuan expressway, the paper undertakes the rock mass classification of the tunnel according to the geological mapping and civil test data, and points out the method is accurate and reliable, so as to provide some reference for the design and construction of the loess tunnel in north of Shannxi Province.

loess tunnel, rock mass classification, liquidity indicator, mathematical statistics

1009-6825(2016)28-0169-02

2016-07-22

孫 星(1984- )，女，工程師

U451.2

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