CN106570292A - 一种基于超大断面隧道的围岩分级方法 - Google Patents

一种基于超大断面隧道的围岩分级方法 Download PDF

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江华
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江玉生
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Abstract

本发明公开了一种基于超大断面隧道的围岩分级方法，所述基于超大断面隧道的围岩分级方法包括以下步骤：(1)获取隧道开挖断面面积S；(2)根据公式S/50计算确定掌子面的数量，S为步骤(1)中的隧道开挖断面面积，并确保每个掌子面的面积相同；(3)对实际工程进行有限元数值模拟分析，对掌子面及其拓展区域进行强度折减，得到不同的安全系数a1,a2,a3,a4；(4)根据步骤(3)中不同的安全系数a1,a2,a3,a4的倒数确定权重值b1,b2,b3,b4；(5)对现场掌子面进行分区；(6)计算分区的[BQ]，根据[BQ]进行加权得到[BQ]A；(7)根据实际情况完成掌子面素描，标注各分区的[BQ]和[BQ]A。

Description

一种基于超大断面隧道的围岩分级方法
技术领域
本发明涉及围岩分级技术领域，特别是涉及基于超大断面隧道的围岩分级方法。
背景技术
围岩分级是根据岩体完整程度和岩石强度等指标将无限的岩体序列划分为具有不同稳定程度的有限个类别。
现阶段我国使用的公路隧道围岩分级是采用定性特征划分和定量指标划分相结合的方法进行综合评判。岩质围岩基本指标为岩石坚硬程度和岩体完整程度，完整程度顶两只采用岩体完整性系数Kv表示，当现场Kv无实测值，可根据岩体体积节理数Jv确定。由于我国近年隧道开挖时的断面越来越大，围岩情况复杂，掌子面可能同时出现不同级别围岩特征，因此我国现阶段使用的围岩分级方法已经无法精确的确定大断面隧道的围岩等级。
因此希望有一种基于超大断面隧道的围岩分级方法可以提高围岩分级的准确性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于超大断面隧道的围岩分级方法来克服现有技术中存在的上述问题。
为实现上述目的，本发明提供一种基于超大断面隧道的围岩分级方法包括以下步骤；
(1)获取隧道开挖断面面积S；
(2)根据公式S/50计算确定掌子面的数量，S为步骤(1)中的隧道开挖断面面积，并确保每个掌子面的面积相同；
(3)对实际工程进行有限元数值模拟分析，对掌子面及其拓展区域进行强度折减，得到不同的安全系数a1,a2,a3,a4；
(4)根据步骤(3)中不同的安全系数a1,a2,a3,a4的倒数确定权重值b1,b2,b3,b4；
(5)对现场掌子面进行分区；
(6)计算分区的[BQ]，根据[BQ]进行加权得到[BQ]A；
(7)根据实际情况完成掌子面素描，标注各分区的[BQ]和[BQ]A。
优选地，所述步骤(2)中取公式S/50的整数来确定掌子面的数量。
优选地，所述步骤(5)利用修正BQ法对隧道掌子面各分区进行围岩分级，获取岩石单轴饱和抗压强度Rc，若无Rc实测值，利用点荷载试验进行换算确定，公式为：
其中IS(50)为岩石点荷载强度指数，与岩石坚硬程度定性值对应关系可按表1的规定确定；RC为岩石单轴饱和抗压强度
表1IS(50)与岩石坚硬程度定性值的对应关系
优选地，所述步骤(5)对各分区进行围岩完整程度划分，测定围岩弹性纵波波速，并在同一分区内取样测定岩石弹性纵波波速，围岩弹性纵波波速Kv根据公式计算：
Kv＝(vpm/vpr)2
vpm为评价区域岩体的弹性纵波速度(km/s)；
vpr为评价区域岩石的弹性纵波速度(km/s)；
若无Kv实测值根据下表中的岩体体积节理数Jv确定
Jv ＜3 3－10 10－20 20－35 ＞35
Kv ＞0.75 0.75－0.55 0.55－0.35 0.35－0.15 ＜0.15
岩石完整程度定性值 完整 较完整 较破碎 破碎 极破碎
Kv、Kv1、Kv2、Kv3和Kv4。
优选地，所述步骤(6)利用公式BQ＝90+3RC+250Kv计算分区的BQ值，其中RC>90Kv+30时，应以RC＝90Kv+30和Kv代入计算BQ值；Kv>0.04RC+0.4时，Kv＝0.04RC+0.4和RC代入计算BQ值，计算得出不同分区的BQ值包括：BQ1、BQ2、BQ3和BQ4值，并再次对BQ1、BQ2、BQ3和BQ4值进行修正。
优选地，所述步骤(6)获取不同分区的修正系数k11,k12,k13,k14,k21,k22,k23,k24,k31,k32,k33和k34，并根据公式[BQ]＝BQ－100(K1+K2+K3)得出不同分区的围岩基本质量指标修正值[BQ1]、[BQ2]、[BQ3]和[BQ4]；
其中，[BQ]为岩质围岩基本质量指标修正值；
BQ为岩质围岩基本质量指标；
K1为地下水状态影响修正系数，根据表2确定；
K2为主要软弱结构面产状影响修正系数，根据表3确定；
K3为初始地应力状态影响修正系数，根据表4确定；
表2地下水状态影响修正系数K1
表3主要软弱结构面产状影响修正系数K2
表4初始地应力状态影响修正系数K3
优选地，所述步骤(7)根据按表5围岩分级表进行围岩等级划分；
表5围岩分级表
本发明提供了一种基于超大断面隧道的围岩分级方法，本发明的基于超大断面隧道的围岩分级方法解决了现有分级技术中对复杂围岩条件判定模糊的局限性，提高了围岩分级的准确性，通过[BQ]A可以判断隧道围岩的自稳能力，通过[BQ1]、[BQ2]、[BQ3]和[BQ4]可较准确判别出掌子面围岩情况，并根据[BQ1]、[BQ2]、[BQ3]、[BQ4]和[BQ]A进行综合设计施工优化。
附图说明
图1是不同开挖断面的分块示意图。
图2是基于超大断面隧道的围岩分级方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
如图2所示，基于超大断面隧道的围岩分级方法包括以下步骤；
(1)获取隧道开挖断面面积S；
(2)根据公式S/50计算确定掌子面的数量，S为步骤(1)中的隧道开挖断面面积，并确保每个掌子面的面积相同；
(3)对实际工程进行有限元数值模拟分析，对掌子面及其拓展区域进行强度折减，得到不同的安全系数a1,a2,a3,a4；
(4)根据步骤(3)中不同的安全系数a1,a2,a3,a4的倒数确定权重值b1,b2,b3,b4；
(5)对现场掌子面进行分区；
(6)计算分区的[BQ]，根据[BQ]进行加权得到[BQ]A；
(7)根据实际情况完成掌子面素描，标注各分区的[BQ]和[BQ]A。
所述步骤(2)中取公式S/50的整数来确定掌子面的数量。
所述步骤(5)利用修正BQ法对隧道掌子面各分区进行围岩分级，获取岩石单轴饱和抗压强度Rc，若无Rc实测值，利用点荷载试验进行换算确定，公式为：
其中IS(50)为岩石点荷载强度指数，与岩石坚硬程度定性值对应关系可按表1的规定确定；RC为岩石单轴饱和抗压强度
表1IS(50)与岩石坚硬程度定性值的对应关系
所述步骤(5)对各分区进行围岩完整程度划分，测定围岩弹性纵波波速，并在同一分区内取样测定岩石弹性纵波波速，围岩弹性纵波波速Kv根据公式计算：
Kv＝(vpm/vpr)2
vpm为评价区域岩体的弹性纵波速度(km/s)；
vpr为评价区域岩石的弹性纵波速度(km/s)；
若无Kv实测值根据下表中的岩体体积节理数Jv确定
Jv ＜3 3－10 10－20 20－35 ＞35
Kv ＞0.75 0.75－0.55 0.55－0.35 0.35－0.15 ＜0.15
岩石完整程度定性值 完整 较完整 较破碎 破碎 极破碎
Kv、Kv1、Kv2、Kv3和Kv4。
所述步骤(6)利用公式BQ＝90+3RC+250Kv计算分区的BQ值，其中RC>90Kv+30时，应以RC＝90Kv+30和Kv代入计算BQ值；Kv>0.04RC+0.4时，Kv＝0.04RC+0.4和RC代入计算BQ值，计算得出不同分区的BQ值包括：BQ1、BQ2、BQ3和BQ4值，并再次对BQ1、BQ2、BQ3和BQ4值进行修正。
所述步骤(6)获取不同分区的修正系数k11,k12,k13,k14,k21,k22,k23,k24,k31,k32,k33和k34，并根据公式[BQ]＝BQ－100(K1+K2+K3)得出不同分区的围岩基本质量指标修正值[BQ1]、[BQ2]、[BQ3]和[BQ4]；
其中，[BQ]为岩质围岩基本质量指标修正值；
BQ为岩质围岩基本质量指标；
K1为地下水状态影响修正系数，根据表2确定；
K2为主要软弱结构面产状影响修正系数，根据表3确定；
K3为初始地应力状态影响修正系数，根据表4确定；
表2地下水状态影响修正系数K1
表3主要软弱结构面产状影响修正系数K2
表4初始地应力状态影响修正系数K3
所述步骤(7)根据按表5围岩分级表进行围岩等级划分；
表5围岩分级表
如图1所示，分别体现开挖断面面积为200m2，150m2，50m2时的掌子面划分方法。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种基于超大断面隧道的围岩分级方法，其特征在于，包括以下步骤；
(1)获取隧道开挖断面面积S：
(2)根据公式S/50计算确定掌子面的数量，S为步骤(1)中的隧道开挖断面面积，并确保每个掌子面的面积相同；
(3)对实际工程进行有限元数值模拟分析，对掌子面及其拓展区域进行强度折减，得到不同的安全系数a1,a2,a3,a4；
(4)根据步骤(3)中不同的安全系数a1,a2,a3,a4的倒数确定权重值b1,b2,b3,b4；
(5)对现场掌子面进行分区；
(6)计算分区的[BQ]，根据[BQ]进行加权得到[BQ]A；
(7)根据实际情况完成掌子面素描，标注各分区的[BQ]和[BQ]A。
2.如权利要求1所述的基于超大断面隧道的围岩分级方法，其特征在于，所述步骤(2)中取公式S/50的整数来确定掌子面的数量。
3.如权利要求1所述的基于超大断面隧道的围岩分级方法，其特征在于，所述步骤(5)利用修正BQ法对隧道掌子面各分区进行围岩分级，获取岩石单轴饱和抗压强度Rc，若无Rc实测值，利用点荷载试验进行换算确定，公式为：
R C = 22.82 I S ( 50 ) 0.75
其中IS(50)为岩石点荷载强度指数，与岩石坚硬程度定性值对应关系可按表1的规定确定；RC为岩石单轴饱和抗压强度
表1 IS(50)与岩石坚硬程度定性值的对应关系
4.如权利要求3所述的基于超大断面隧道的围岩分级方法，其特征在于，所述步骤(5)对各分区进行围岩完整程度划分，测定围岩弹性纵波波速，并在同一分区内取样测定岩石弹性纵波波速，围岩弹性纵波波速Kv根据公式计算：
Kv＝(vpm/vpr)2
vpm为评价区域岩体的弹性纵波速度(km/s)；
vpr为评价区域岩石的弹性纵波速度(km/s)；
若无Kv实测值根据下表中的岩体体积节理数Jv确定
Jv ＜3 3－10 10－20 20－35 ＞35 Kv ＞0.75 0.75－0.55 0.55－0.35 0.35－0.15 ＜0.15 岩石完整程度定性值 完整 较完整 较破碎 破碎 极破碎
Kv、Kv1、Kv2、Kv3和Kv4。
5.如权利要求4所述的基于超大断面隧道的围岩分级方法，其特征在于，所述步骤(6)利用公式BQ＝90+3RC+250Kv计算分区的BQ值，其中RC>90Kv+30时，应以RC＝90Kv+30和Kv代入计算BQ值；Kv>0.04RC+
0.4时，Kv＝0.04RC+0.4和RC代入计算BQ值，计算得出不同分区的BQ值包括：BQ1、BQ2、BQ3和BQ4值，并再次对BQ1、BQ2、BQ3和BQ4值进行修正。
6.如权利要求5所述的基于超大断面隧道的围岩分级方法，其特征在于，所述步骤(6)获取不同分区的修正系数k11,k12,k13,k14,k21,k22,k23,k24,k31,k32,k33和k34，并根据公式[BQ]＝BQ－100(K1+K2+K3)得出不同分区的围岩基本质量指标修正值[BQ1]、[BQ2]、[BQ3]和[BQ4]；
其中，[BQ]为岩质围岩基本质量指标修正值；
BQ为岩质围岩基本质量指标；
K1为地下水状态影响修正系数，根据表2确定；
K2为主要软弱结构面产状影响修正系数，根据表3确定；
K3为初始地应力状态影响修正系数，根据表4确定；
表2地下水状态影响修正系数K1
表3主要软弱结构面产状影响修正系数K2
表4初始地应力状态影响修正系数K3
7.如权利要求6所述的基于超大断面隧道的围岩分级方法，其特征在于，所述步骤(7)根据按表5围岩分级表进行围岩等级划分；
表5围岩分级表
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