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黄土公路隧道围岩级别划分浅论

1、黄土公路隧道围岩级别划分现状

围岩级别划分是公路隧道设计和施工中的重要技术内容。根据不同围岩的稳定性，对自然界各种隧道围岩进行分级，利用新奥法理论，有针对性的进行隧道初期支护和二次衬砌的设计，是山岭隧道工程设计的根本思路。因此，准确的对围岩进行分级是隧道工程设计的根底。《公路隧道设计标准》及《工程岩体分级标准》对岩石隧道围岩级别划分提出了明确的定量和定性的具体指标及围岩特性，使得岩石隧道围岩级别划分有明确的依据。但对于黄土公路隧道的围岩划分，却没有提出具体的定量和定性的物理性质指标及特性，因而在黄土公路隧道设计中，围岩级别划分没有准确的依据，这给黄土隧道设计和施工带来了很大的技术困难。随着我国公路在黄土地区的快速开展，黄土公路隧道数量越来越大。所以，对于黄土公路隧道围岩级别划分进行定性和定量的研究，提出围岩级别划分的依据，就显得非常迫切。根据具体的黄土隧道设计和施工实践，并结合国内外科研资料，提出了较为系统的黄土隧道围岩划分的定量的物理指标和定性的黄土特性，为国内黄土隧道设计和施工提供参考的依据。

2、围岩级别划分的标准

围岩稳定性是围岩级别划分的核心内容。岩石隧道根据围岩的岩石坚硬程度、岩体完整程度两大根本要素，结合地下水，围岩结构面和初始地应力等因素，确定围岩的稳定性，进而确定具体的围岩级别。但围岩坚硬程度和完整程度不适合黄土围岩的物理性质的描述。所以必须根据黄土常用的，容易通过试验取得的物理性质的指标，通过研究相应物理性质指标的黄土的围岩稳定性，确定黄土围岩级别划分的依据，是黄土公路隧道围岩级别划分的可行之路。

《公路隧道设计标准(JTGD70-2004)》中关于隧道围岩稳定性的规定：

表1隧道各级围岩自稳能力判断

岩体级别

自稳能力

Ⅰ

跨度20m

Ⅱ

跨度10～20m,可根本稳定，局部可发生掉块或小塌方；

跨度10m

Ⅲ

跨度10～20m,可稳定数日～1月，可发生小～中塌方；

跨度5～10m,可稳定数月，可发生局部块体位移及小～中塌方；

跨度5m

Ⅳ

跨度5m

跨度小于5m

Ⅴ

无自稳能力，跨度5m

Ⅵ

无自稳能力

注：1.小塌方：塌方高度＜3m，或塌方体积＜30

2.中塌方：塌方高度3～6m，或塌方体积30～100

3.大塌方：塌方高度＞6m，或塌方体积＞100

3、黄土围岩稳定性与黄土物力力学性质的关系统计

黄土的物力力学参数较多，在此作者选择了土工试验中比拟容易获取的一些物力力学参数，并根据《中国黄土的结构特征及物力力学性质》中对黄土围岩分类的描述，确定黄土围岩稳定性与黄土物力力学性质的关系。

表2黄土围岩分类

特征

分类

工程地质特征

物力力学性质

毛洞围岩稳定情况

地貌

地层

构造

含水量〔%〕

干密度〔克/厘米3〕

粘聚力

内摩察角〔°〕

无侧限抗压强度〔千帕〕

强度比例极限〔千帕〕

变形模量〔兆帕〕

侧压力系数

湿陷性

一般

平均

一般

平均

一般

平均

一般

平均

一般

平均

甲类黄土

一般出露在沟底基岩两壁之上，沟壁陡峭，一般大于45°～70°

一般为老黄土下部〔Q2〕

一般夹有数层至十多层古土壤，下部钙质密集成层，层位比拟复杂，解理多

17～24

20

1.45～1.66

1.57

49～160

90

24.8～33.4

30.1

270～650

460

1000～1700

60～130

0.21～0.31

无

埋深≤10m，毛跨≤4m时，毛洞稳定时间较长，毛垮为6m，洞深小于4m时，可暂时稳定

乙类黄土

一般出露在沟壁，有少量潜蚀溶洞，沟壁较陡，一般大于30°～45°

一般为老黄土上部(Q23)

一般夹有数层古土壤，钙质结核一般不成层，层间较疏，层位稳，定节理较多

11～22

18

1.34～1.59

1.47

35～85

62

22.8～31.6

26.3

130～230

180

400～700

30～60

0.30～0.36

轻微～无

埋深≤10m，毛跨≤3m时，毛洞稳定时间较长，毛垮为6m，洞深小于3m时，可暂时稳定

丙类黄土

一般出露地表，常见浅蚀溶洞，沟壁较缓

一般为新黄土〔Q3〕

一般无层理，节理少

10～20

16

1.16～1.36

1.26

21～27

24

26.7～31.5

28.5

40～160

100

100～300

5～20

一般～强烈

埋深≤10m，毛跨≤3m时，毛洞稳定时间较长，毛垮为4m，洞深小于2m时，可暂时稳定

注：据中国建筑科学研究院，1977

4、黄土隧道围岩分级物力力学参数

从表1中可以看出，黄土毛洞围岩稳定性与土体的粘聚力、无侧限抗压强度、强度比例极限、变形模量、侧压力系数及湿陷性有密切的关系，而含水量、干密度对黄土毛洞围岩稳定性有一定的关系，内摩察角的数值和黄土洞室的稳定性强弱没有对应关系。表