基于规范法探讨分析公路、铁路、城轨工程中对隧道围岩分级及其修正因素之间的区别

基于规范法探讨分析公路、铁路、城轨工程中对隧道围岩分级及其修正因素之间的区别

Summary：公路工程、铁路工程、城市轨道交通工程中对隧道围岩分级、地下工程岩体分级、岩石的基本质量指标规定稍有区别，在实际项目施工过程中在选择和使用规范时会出现岩体分级、对于各类不利因素修正情况出现不一致的情况。本文试结合目前现行的《公路隧道设计规范第一册土建工程》、《铁路隧道设计规范》、《城市轨道交通岩土工程勘察规范》里的相关内容，结合地下工程、隧道实际情况，对以上3本规范中对地下工程、隧道围岩基本分级及其修正因素、指标进行简要地归类、比较、分析，并分析出其间不同的主要区别。Keys：隧道围岩分级、分级修正因素及区别以工程行业特点和施工工艺来比较的话，公路和铁路项目属性和特点相对建筑工程、城市轨道交通工程更为接近，建筑工程在土木工程行业应用最为广泛，也是其他行业借鉴和分级的基础；城市轨道交通工程因其涵盖了轨道隧道、高架桥梁、站台建筑等工程，兼具了铁路运输的特点、涵盖了公路铁路站台路基隧道、功能上又和建筑工程关联密切、所以城市轨道既有其他细分行业的特点，又独有城轨项目自身的特点，在规范的分级内容上和其他三类稍有区别，但规范思想存在可寻的理论相交共性特点。1公路隧道围岩公路隧道围岩分级及其修正，分为初步分级和考虑修正因素的影响得出基本质量指标修正值[BQ]，修正前后围岩分为6个级别，分别是I级、II级、III级、IV级、V级、VI级，但该分级方法不适于特殊围岩分级，在结合岩体、土体的主要定性特征，结合定性定量方法对其围岩级别进行划分，相关考虑因素详见表1-1公路隧道围岩分级及修正考虑因素。表1-1公路隧道围岩初步分级、详细分级考虑因素序号分级及修正考虑因素1围岩初步分级划分因素围岩岩体或土体主要定性特征基本质量指标BQ坚硬程度完整性程度单轴饱和抗压强度Rc岩体完整系数Kv2初级分级后详细分级[BQ]时修正考虑因素K1：地下水影响修正系数K2：主要软弱结构面产状影响修正系数K3：初始应力状态影响修正系数注：1、基本质量指标保持和GB/T50218-2014通用式一致，BQ=100+3Rc+250Kv；2、详细分级时修正后的基本质量指标[BQ]=BQ—100（K1+K2+K3）。详细分级时修正因素的主要软弱结构面产状影响修正系数K2受到结构面走向与洞轴线夹角、结构面倾角大小关系的影响，初始应力状态影响修正系数K3在钻探和施工过程中出现的高应力情况、Rc/σmax（垂直洞轴线方向的最大初始应力）综合判断。地下隧道工程的围岩分级判断内容和GB/T50218-2014基本一致，总体思路也是基于国标的规范思想和应用领域开展出初步分级、详细分级对岩体或土体进行分级和修正，但GB/T50218-2014中无明确指明地下工程等同于隧道，在实际应用中可以认为隧道属于地下工程。国标里对地下工程里只限制于岩质围岩的分级，但没有对土质围岩的情况进行分级说明，由于公路隧道涉及地质情况较为复杂，纵横向岩体分部在个别地区差异很大，局部不良地段会存在V级，甚至是VI级的围岩，原公路隧道设计规范没有考虑土质围岩的定性分级特征，为适应实际情况考虑公路隧道的特点，现行JTG3370.1-2018《公路隧道设计规范第一册土建工程》借鉴了《铁路隧道设计规范》里相关内容，引入土质围岩分级概念，土质围岩分级的标准尚未开展缺少相应的大范围项目数据支撑，在业内算是一个相对欠缺研究的领域。2铁路隧道围岩2.1铁路围岩分级、修正考虑因素铁路隧道围岩分级较为详细，TB10003-2016《铁路隧道设计规范》中附录B将其划分为6个主要级别，和公路项目类似，根据岩体特征、土体特征、围岩基本质量指标BQ、围岩弹性纵波波速vp、岩性类型5个内容按照表B.1.5将基本分级分为I级、II级、III级、IV级、V级、VI级，其中BQ=100+3Rc+250Kv计算得到。附录C在附录B的基础上根据围岩主要工程地质特征、结构特征和完整状态、围岩基本质量BQ三个方向对III级、IV级、V级进行亚分级，分为III1级、III2级、IV1级、IV2级、V1级、V2级共6个亚级，这也是铁路规范独有的分级体系。铁路隧道规范推荐采用的也是定性和定量修正相结合的方法，不管是在主要分为6个围岩级别，还是再划分为亚分级的级别，这个方法贯穿分级类别。铁路隧道围岩分级、亚分级及其相关修正方法见下表2-1。表2-1铁路隧道围岩分级、亚分级围岩分级、修正考虑因素序号围岩基本分级、亚分级考虑因素1围岩基本分级岩体特征土体特征围岩基本质量BQ岩性类型1围岩弹性纵波波速vp2围岩亚分级主要工程地质特征结构特征和完整状态围岩基本质量BQ3围岩分级、亚分级修正相关因素——定量法4地下水出水状态的分级地下水影响的修正初始力状态评估基准2初始地应力影响的修正主要结构面产状状态结构面产状和洞轴线组合关系工程特性富水情况5围岩分级、亚分级基本质量指标修正[BQ]3相关因素——定性法6K1：地下水影响修正系数K2：主要软弱结构面产状修正系数K3：初始地应力影响修正系数注：1、岩性类型根据岩石成因和地质年代按照表B.1.2-2划分为A、B、C、D、E五种岩性的岩石。2、初始力状态评估基准为岩石单轴饱和抗压强度Rc和垂直洞轴线方向的最大初始地应力值σmax值之比。3、围岩分级、亚分级其基本质量指标修正值[BQ]=BQ-100（K1+K2+K3），修正后再按TB10003-2016围岩基本分级表B.1.5对其进行重新确定修正后修正分级、按表C.1.1重新确定修正后亚分级。

铁路规范里对围岩分级划分相对公路而言考虑因素较多，修正因素涉及内容也较为具体，相对而言比较严谨，也提高了围岩分级、亚分级的结果的可靠新。在基本质量指标BQ确定里就结合了岩性特征的情况来相辅确定，岩性特征并非简单地划分为岩浆岩、变质岩、沉积岩，除了在考虑成因外，还系统地考虑了岩石里的钙质、铁质胶结面的影响，结合地质年代第三纪、Rc软质岩强度临界强度来进行综合划分，划分为A、B、C、D、E五种类别。

2.2铁路围岩分级和公路围岩分级的主要区别围岩基本分级时，铁路考虑围岩弹性纵波波速vp，该因素间接反映了围岩的岩体致密程度，能直观地体现出围岩的基本质量好坏：纵波波速vp越高则说明围岩内缺陷裂缝少、层理不明显、结合面完好、结构面趋于不发育，说明围岩基本质量约好，反之越低则围岩基本质量越差。修正[BQ]值里考虑的K1、K2、K3公路铁路隧道设计内容基本一致，修正因素也大致接近，但在划分初步基本质量指标BQ时考虑IV级、V级、VI级时土质围岩定性描述时两本规范稍有不同，VI级围岩里公路隧道里只考虑了“软塑状粘性土及潮湿、饱和及粉细砂层、软土，不涉及破碎状岩石”；铁路隧道考虑的土质围岩和公路较为接近，为“软塑状黏性土，饱和的粉土、砂类土等，风积沙，严重湿陷性黄土”还列出了“受构造影响严重呈碎石、角砾及粉末、泥土状的富水断层带，富水破碎带的绿泥石或炭质千枚岩”，呈现了铁路考虑VI级围岩不仅列出土质围岩，更把破碎的岩质围岩和富水状态也体现在分类描述里，这也侧面说明铁路在VI级围岩探究方面走在公路隧道的前面。3城市轨道交通工程围岩城轨勘察规范对围岩分级考虑情况较为简单，其基本质量分级没有涉及到BQ值概念，或许是和规范编写年代较早，在GB/T50214-2014年代之前，也没有借鉴国标系统基本分级和分级后根据隧道工程所处地质环境和特点对不利情况进行修正。基本分级方法和前述公路铁路隧道规范类似，也采用定性定量相结合的方法，在主要工程地质特征里规范用饱和单轴抗压强度fr，但没有考虑到岩体的完整性指数Kv，考虑隧道类型也只是单线，这和城市轨道交通常以单线单洞设计施工的特点有关，相对来讲考虑因素比较简单。根据《城市轨道交通岩土工程勘察规范》GB50307-2012，城轨隧道围岩分级考虑相关因素见下表3-1。表3-1城轨隧道围岩分级考虑因素序号隧道围岩分级1围岩主要工程地质条件围岩开挖后的稳定状态（单线）围岩压缩波波速vp主要工程地质特征结构形态和完整状态2确定围岩分级后需要修正情况III级、IV级、VI级遇地下水时城轨隧道围岩分级后的修正要求写的比较模糊，在规范原文也只是一句在表格备注里的话简短的带过：“III、IV、V级围岩遇有地下水时，可根据具体情况和施工条件适当降低围岩级别”。城轨规范里只提及了地下水的修正情况，对主要软弱结构面产状、初始地应力影响等环境的不利因素影响并没有提及太多，笔者估计城规项目开挖隧道单线跨度较小（多以单线规划单轨道车辆为主），在地铁项目开挖早期对隧道围岩的等级规定的研究停留在比较简单的水平，也和规范编写年代较早的环境有关。4公路、铁路、城规隧道围岩分级、修正考虑因素根据现行规范的要求和规定，可以对比分析出其几种隧道围岩分级考虑因素的区别和特点，这三类隧道工程分级的基本思想都参考或借鉴了《工程岩体分级标准》，基于定性特征定量指标相结合的方法进行初步（基本）分级、考虑不利环境的修正因素后进行详细分级。铁路隧道要求最为严谨、规定最详细、考虑修正因素较多，铁路隧道里对VI级岩体的破碎状围岩、富水状态下也作了详细的规定，同时还对分级后的围岩再进行亚分级的分类；公路隧道基本上参考了GB/T50218-2014里地下工程的分级和修正因素内容，在此基础上引入了铁路隧道里土质围岩分级的概念，但分类又稍有不同；城市轨道隧道围岩分级相对简单，定量指标只和岩石饱和单轴抗压强度fr、围岩压缩波波速vp有关，这点和公路、铁路差别较大，修正因素里也只考虑了地下水的不利影响，和规范编写年代较早有关，现行的公路、铁路隧道是在国标GB/T50