全断面掘进机施工隧洞的围岩地质条件

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1、全断面掘进机施工隧洞的围岩地质条件张之钰侯浩（水利部山西水利水电勘测设计研究院）文摘：我国目前的地下工程围岩分类法，对于全断面隧洞掘进机施工都不完全适用。文中从隧洞掘进机施工的特点和总结山西引黄工程等双护盾式掘进机隧洞施工的经验入手，以GB50086等国家标准为参照，提出以岩体结构、地下水、围岩强度应力比、能否形成围岩承载圈和毛洞稳定情况等为衡量指标的掘进机施工适宜性分类方法。可供同类工程施工、衬砌设计和制订相关标准参考。关键词：掘进机施工岩体围岩分类法中图分类号：P642文献标识码：B基于钻爆

2、法施工的传统隧洞设计认为，隧洞支护、衬砌将承担围岩形成的压力，因此支护、衬砌体的设计同围岩类别密切相关。因而在客观上形成了衬砌同围岩类别的对应关系。随着双护盾隧洞掘进机技术在引水工程中广泛应用，人们在实践中逐渐形成了这样的认识：对隧洞围岩而言，TBM的掘进过程基本上属于静态开掘，不仅根本上区别于钻爆法隧洞开挖对围岩的扰动，同时也大大小于基于新奥法施工原则的控制爆破；TBM方法施工的隧洞，支护及时，不会产生围岩的有害变形，这就更接近于新奥法的适时支护原则和现代支护理念。因此，在支护体系同围岩的相互

3、关系上，当然可以认为围岩同支护自然成为共同的承载体系。正因为这样，促使人们不得不重新认识对应于TBM方法施工的围岩类别划分问题。从而在传统围岩划分如何适应掘进机施工的特点，以及同新奥法如何相互借鉴方面寻求出路。本文试图就双护盾式掘进机施工的适宜性围岩分类方法进行探讨。1地下洞室施工的影响因素地下洞室施工的影响因素，主要有下面四个方面：1）围岩工程地质条件2）洞室断面的大小和形状3）洞室开挖对围岩的扰动4）支护是否及时在基本相同的地质条件下，施工方法不同，各影响因素有很大的不同，如表1所述。表1地

4、下洞室施工的影响因素影响因素施工方法新奥法掘进机开敞式护盾式洞室的大小和形状3～20m甚至更大各种形状3～12m，圆形3～12m，圆形开挖对围岩的扰动较小很小很小支护是否及时比较及时初期支护及时永久支护不及时及时2目前国内的地下工程围岩分类（级）2.1围岩分类的意义围岩是地下工程的建筑环境。围岩质量的好坏和开挖后的稳定程度，是设计施工部门重要的工作依据。因此，通过各种测试手段，得到围岩在工程力作用下反映出来的不同的应力应变特性，进行定性定量的概括，把复杂的围岩归并于几个类别的围岩之中，对每一类围

5、岩提出符合实际的设计依据和施工措施。这就是对围岩分类的目的和意义。2.2国内的围岩分类目前国内工程围岩分类（级）大致是两条主线：一是以《锚杆喷射混凝土支护技术规范》GB50086-2001为代表的围岩分级。中国人民解放军总后基建营房部1983年7月《军用物资洞库锚喷支护技术规定》的围岩分类与之大致相同，总参工程兵1984年9月《坑道工程》围岩分类方法与之较接近。二是以《水利水电工程地质勘察规范》GB50287-99为代表的围岩分类。《水工建筑物地下开挖工程施工规范》SL378-2007、《水利水

6、电工程锚喷支护技术规范》SL377-2007和《水工隧洞设计规范》SL279-2002均引用了该标准。以GB50086为代表的围岩分级，是多因素定性与定量指标相结合的分类方法。它以“岩体结构”为统领，将岩体分为块状结构、层状结构、中厚层状结构、软硬岩互层结构、碎裂镶嵌结构和散块状散体状等几种结构，和层间结合情况进行组合，并根据岩石的单轴抗压强度、岩体的强度应力比等，进行Ⅰ～Ⅴ级综合分级。还分别对应于各级别的围岩，以跨度5～10m的毛洞稳定情况进行了定性说明。各类岩体结构在“构造影响程度，结构面发

7、育情况和组合状态”一栏中进行了具体描述。以GB50287-99为代表的围岩工程地质分类是多指标定量分类方法。它以控制围岩稳定的岩石强度、岩体完整程度、结构面状态、地下水和主要结构面产状五项因素之和的总评分为基本判据，围岩的强度应力比为限定判据判定围岩类别。分为“稳定”、“基本稳定”、“局部稳定性差”、“不稳定”和“极不稳定”等Ⅰ～Ⅴ类。并在“支护类型”栏中对大跨度毛洞的支护类型进行了说明。2.3全断面掘进机隧洞施工的特点显然，目前国内的围岩分类方法对全断面掘进机隧洞施工的借鉴有局限性，也不利于对

8、该种方法施工的隧洞的衬砌设计提供合理可靠的依据。就围岩的工程地质条件来说，全断面掘进机的隧洞施工有如下特点：1）全断面隧道掘进机的施工速度大大快于常规钻爆法，双护盾掘进机更是集中了快速掘进、快速衬砌一次成洞的优点，正常情况下任何一个断面从开挖到衬砌基本完成，延续时间不会超过14d。因此，该方法对围岩自稳时间没有过高的要求。2）全断面隧洞掘进机对围岩的扰动小，其支护又非常及时，更符合新奥法的现代开挖支护理念。3）目前，硬岩掘进机施工的隧道大都为直径5～10m之间的圆形，最大直径约12m，不需要像大