淺析水利水電地下洞室圍巖分類(lèi)

摘要：地下洞室圍巖分類(lèi)是評價(jià)地下洞室圍巖穩定性的基礎，也是地下工程規劃選點(diǎn)、可行性評估、加固設計、工程造價(jià)、定額預算及工程施工的重要依據。本文介紹了我國水利水電地下洞室圍巖分類(lèi)的常用方法、分類(lèi)目的、分類(lèi)特點(diǎn)，以及水利水電地下洞室圍巖分類(lèi)存在的主要問(wèn)題及發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：巖石學(xué)；圍巖分類(lèi)；巖體質(zhì)量類(lèi)別

0 引言
地下洞室圍巖分類(lèi)是評價(jià)地下洞室圍巖穩定性的基礎，也是地下工程規劃選點(diǎn)、可行性評估、加固設計、工程造價(jià)、定額預算及工程施工的重要依據。這種分類(lèi)是以工程地質(zhì)條件為基礎與巖石力學(xué)建立了一定關(guān)系并同支護設計相結合的一種分類(lèi)，它既能客觀(guān)反映各類(lèi)圍巖的穩定性差別，又能滿(mǎn)足支護設計的要求。它考慮了圍巖二次應力場(chǎng)的變化，但一般沒(méi)有包含工程因素、施工因素的影響。
1 地下洞石圍巖分類(lèi)目的及特點(diǎn)
1.1 地下洞石圍巖分類(lèi)目的 地下洞室圍巖分類(lèi)的主要目的是對地下洞室圍巖穩定性進(jìn)行分級，另外還有一些目的：①地下洞室規劃選點(diǎn)、可行性評估；②地下洞室巖土體加固設計；③地下洞室工程造價(jià)定額預算；④地下洞室工程施工。當然不同的分類(lèi)目的，要求的分類(lèi)精度不同，采用的分類(lèi)方法也不同。為規劃選點(diǎn)、可行性評估服務(wù)的圍巖分類(lèi)，要求工作范圍大，因此分類(lèi)方案比較粗糙。為設計、定額預算服務(wù)的圍巖分類(lèi)，應能反映巖體的基本特征、開(kāi)挖后的穩定性、圍巖與支護系統的相互作用等，因而應比較細致。為施工服務(wù)的圍巖分類(lèi)則要考慮開(kāi)挖的難易程度，具體的支護方案，因此要求分類(lèi)方案更加細致、準確�？梢�(jiàn)，一種符合客觀(guān)實(shí)際、正確的圍巖分類(lèi)是對巖體基本特性的客觀(guān)反映和正確認識的結果，也是進(jìn)行隧洞設計、施工的重要依據。[1]
1.2 地下洞石圍巖分類(lèi)特點(diǎn) 水電工程圍巖分類(lèi)體系有以下兩個(gè)特點(diǎn)：①采用因素綜合判別法，力求選取的分類(lèi)因素信息量大，能包括主要工程地質(zhì)問(wèn)題；②每一個(gè)工程都會(huì )針對該工程的具體工程地質(zhì)條件制定一套專(zhuān)用于該工程的巖體質(zhì)量分類(lèi)方法。
2 地下洞石圍巖分類(lèi)的方法
2.1 水電圍巖分類(lèi)HC法 HC法以巖石強度、巖體完整程度及結構面狀態(tài)為基本因素，以地下水及主要結構面產(chǎn)狀為修正因素，以基本因素和修正因素的累計得分為基本判據、以圍巖強度應力比為限定判據進(jìn)行圍巖類(lèi)別劃分。該方法在考慮高地應力對圍巖類(lèi)別的影響時(shí)，簡(jiǎn)單地采取降級的處理方法，影響圍巖分類(lèi)的精度。如某深埋隧洞圍巖分類(lèi)結果表明，HC分類(lèi)在高地應力、硬質(zhì)巖地區的分類(lèi)結果與實(shí)際圍巖類(lèi)別的吻合率只有32％，適用性差。該方法沒(méi)有考慮高外水壓力對圍巖類(lèi)別的影響。因此，HC法在應用到深埋隧洞圍巖分類(lèi)時(shí)尚需修正。[2]
2.2 國標BQ方法 BQ法采用定量分析的時(shí)候，主要考慮巖石的強度和巖體的結構特征兩個(gè)方面，而對于巖體所處的地應力環(huán)境，地下水狀態(tài)以及結構面的方位等只是作為定量結果的一種修正，就是說(shuō)，這種方法認為這三個(gè)方面對圍巖穩定性的影響是次要的，但在高地應力、高外水壓力條件下顯然不對。某深埋隧洞圍巖分類(lèi)結果表明，BQ法在高地應力、硬質(zhì)巖地區的分類(lèi)結果與實(shí)際圍巖類(lèi)別的吻合率只有25％，適用性差。該方法也沒(méi)有考慮高外水壓力對圍巖類(lèi)別的影響。因此，BQ法在應用到深埋隧洞圍巖分類(lèi)時(shí)也尚需修正。[3]
2.3 RMR分類(lèi) RMR分類(lèi)，即“巖體評分”，又稱(chēng)地質(zhì)力學(xué)系統，是1973年由比尼奧斯基提出的，早期主要用于隧洞等地下洞室圍巖分類(lèi)，目前也逐漸廣泛地運用于邊坡、壩基等工程的巖體分類(lèi)，在國內、外有廣泛的應用。RMR分類(lèi)通過(guò)巖石的單軸抗壓強度、巖石質(zhì)量指標、結構面間距、結構面狀況、地下水狀況、結構面方位等對巖體質(zhì)量進(jìn)行評分，最終把巖體質(zhì)量分為五級，即I極好巖體；II好巖體；Ⅲ一般巖體；Ⅳ不良巖體；V極不良巖體。RMR分類(lèi)方法的缺點(diǎn)是沒(méi)有考慮高地應力、高外水壓力對圍巖類(lèi)別的影響。
3 水利水電地下洞室圍巖分類(lèi)存在的主要問(wèn)題及發(fā)展方向
3.1 地下洞室圍巖分類(lèi)存在的主要問(wèn)題 目前，水利水電地下洞室圍巖分類(lèi)存在的主要問(wèn)題分述如下。①沒(méi)有直接考慮洞室幾何形狀、洞室跨度，這些因素是影響圍巖應力分布的重要因素，因而也是圍巖分類(lèi)的主要參數。圍巖分類(lèi)中要考慮這些因素，還有賴(lài)于洞室圍巖應力計算方法的改進(jìn)，特別是對節理切割的圍巖應力計算方法的改進(jìn)。②沒(méi)有直接考慮結構面的組合，雖然考慮了最不利于穩定的結構面狀況，但結構面的組合顯然比某單一結構面對圍巖穩定的影響大。通過(guò)引入塊體分析方法考慮結構面的組合關(guān)系，提高圍巖分類(lèi)的可靠度，是未來(lái)發(fā)展的方向。③目前的圍巖分類(lèi)多是在一維、二維內進(jìn)行的，很少能擴展到三維空間。實(shí)現三維空間的圍巖分類(lèi)還受到CAD技術(shù)發(fā)展的制約，現有CAD軟件繪制的立體展示圖不夠直觀(guān)，開(kāi)發(fā)專(zhuān)用的展示隧道結構面組合關(guān)系的三維CAD繪圖軟件，將使圍巖分類(lèi)變得更加準確、直觀(guān)。[4]
3.2 地下洞室圍巖分類(lèi)的發(fā)展方向 地下洞室圍巖分類(lèi)將向以下方向發(fā)展：①建立巖爆烈度與圍巖類(lèi)別的關(guān)系，確定高地應力、高外水壓力對圍巖類(lèi)別的影響判別指標，是目前水電圍巖分類(lèi)急需解決的問(wèn)題；②采用多因素綜合指標分類(lèi)，考慮更多的影響圍巖穩定性的主要因素，定量與定性描述相結合，定量描述的比重越來(lái)越大；③許多新理論、新方法、將在圍巖分類(lèi)中得到更廣泛的應用和發(fā)展；④運用現代CAD繪圖技術(shù)實(shí)現地下洞室結構面三維仿真，將使圍巖分類(lèi)變得更為直觀(guān)、形象。需要說(shuō)明的是，上述目標的實(shí)現，需要更多的工程實(shí)例予以支持、驗證。
參考文獻:
[1]王蘭生．工程地質(zhì)分析原理[M]．北京：地質(zhì)出版社，2008：383-428．
[2]劉漢超．常用圍巖分類(lèi)方法在某深埋隧洞適用性分析[J]．中國地質(zhì)災害與防治學(xué)報，2006（2）：20-22.

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