铁路隧道施工阶段围岩级别的划分

张江卫

(中铁十二局集团第二工程有限公司，山西太原 030000)

铁路隧道施工阶段围岩级别的划分

张江卫

(中铁十二局集团第二工程有限公司，山西太原 030000)

由于工程地质工作受到自然环境等因素影响的原因，在勘探阶段，用以地面测绘资料为主做出的地质预报来指导施工，其精度是不够的。文章结合某铁路隧道在施工阶段结合围岩级别的影响因素开展围岩分级的研究，用以指导该隧道的设计和施工，同时为类似工程的建设提供参考依据。

隧道； 围岩； 级别； 划分

由于工程地质工作受到自然环境等因素影响的原因，在勘探阶段，用以地面测绘资料为主做出的地质预报来指导施工，其精度是不够的。如美国科罗拉多州罗伯特隧道地面测绘确定的断层和岩脉是隧道开挖中遇到的断层和岩脉的1%～9%，即使是较大的断层和岩脉，测绘确定的也仅是开挖遇到的12%～47%。在隧道施工中，不但要了解宏观的地质构造，还要了解岩体的结构以及地下水的发育情况等。

为此，文章结合张集线旧堡铁路隧道对施工阶段围岩分级的影响因素和分级方法进行了研究。

1 工程概况

旧堡隧道起讫里程DK25+270～DK34+855，全长9 585 m，是张集线最长的隧道和重点控制工程。隧道地处区域性构造交汇部位，通过的主要地层岩性为古老的太古界变质岩(麻粒岩、浅粒岩)，因受多期地质构造运动作用，断裂构造极为发育，岩浆活动强烈，隧道通过1条大断裂(F3)和12条较大断裂及大量岩浆侵入岩体、岩脉。由于受多期构造运动的影响，围岩完整性状况远比钻孔资料揭示的围岩完整性状况要差，再加上地下水的发育，多数地段隧道围岩都比设计围岩级别低，处于断层破碎带的围岩条件更加恶化。进口段为新黄土夹砂砾石，长度466 m，埋深7～18 m；其余地段为麻粒岩、磁铁石英岩、浅粒岩，均为变质岩，最大埋深约为493 m。设计阶段围岩基本分级Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级长度分别为2 770 m、4 115 m、1 785 m、915 m，Ⅱ、Ⅲ级围岩占71.8%，见表1所示。

表1 设计阶段隧道围岩基本分级

为确保隧道施工安全和隧道结构的稳定，对受复杂多期构造运动影响的变质岩隧道围岩在施工阶段必须根据实际揭露的围岩特征和地下水发育情况、隧道支护结构变形情况进行综合分析，对围岩级别进行调整，并引入动态设计的理念，加强对施工过程的监控量测，根据监测信息，反馈隧道设计施工，以确保隧道安全施工。

2 隧道施工阶段的围岩分级

2.1 隧道施工阶段围岩分级影响因素

隧道围岩等级的判定受多种因素的影响，主要有岩性、岩体结构以及地下水岩层产状与洞轴线的关系、地应力等地质方面的修正因素[1]。鉴于此，旧堡隧道进行了施工阶段的围岩调整，主要原因有：

(1)旧堡隧道地处区域性构造交汇部位，通过的主要地层岩性为古老的太古界变质岩(麻粒岩、浅粒岩)，因受多期地质构造运动作用，断裂构造极为发育，岩浆活动强烈，隧道通过1条大断裂(F3)和12条较大断裂及大量岩浆侵入岩体、岩脉。

(2)施工揭示地层普遍发育小断层糜棱岩化破碎带、节理密集带、三组以上结构面，将岩体切割成碎石状结构，结构面多擦痕镜面和动力变质矿物，局部含泥化夹层，花岗岩和辉绿岩岩脉大量穿插，并可见热液蚀变矿物。在普遍发育的具有承压性的地下水作用下，结构面充填物极易软化流失，诱发围岩变形失稳。处于断层构造带内岩体极破碎松软，断层泥遇水具有膨胀性，地下水丰富，呈股状水流出。

(3)由于隧道开挖扰动的影响，地下水的赋存和运动状态发生变化，从而直接导致围岩条件恶化。因此，隧道开挖对围岩的扰动是施工阶段围岩级别发生变化的重要因素。

2.2 施工阶段围岩分级方法

铁路隧道由于其所处的地质条件复杂，初步设计阶段准确可靠地获取分级中一些定量参数有困难。因此，围岩级别的划分可分为施工前围岩级别的判定和施工阶段围岩级别的修正两步进行。通过施工前地质和水文地质勘察，填写施工前围岩级别判定卡，对围岩级别进行初步划分；施工阶段再根据开挖围岩地质素描对围岩分级进一步校正和修正[2]。

旧堡隧道在多数地段施工时，在隧道开挖时岩面无水或少量渗水，7～21 d后初期支护喷射混凝土表面出现渗水或股水，压力高，短期内急速造成初期支护喷射混凝土开裂、崩落，钢架扭曲大变形甚至锉断。通过施工中不断加深认识，逐渐明确了构造交汇区古老变质岩岩体特征和地下水特征，地下水是造成隧道初期支护变形甚至坍塌的主要原因。因此在隧道施工阶段应根据开挖揭示的岩体特征及地下水赋存状态，动态调整围岩级别和采取加强措施对保证施工安全是非常必要的。

《铁路隧道设计规范》[3](TB 1003-2005)中关于地下水影响的修正见表2所示。

表2 考虑地下水影响后的级别修正

根据表2可知：旧堡隧道地下水状态的分级应为Ⅲ级。对于Ⅱ级和Ⅲ围岩，在地下水的影响下，围岩级别只相应地降低1个级别。这显然与本隧道施工揭示的围岩有明显的差异。本隧道位于构造交汇区，隧道岩体为碎块状结构，局部夹有糜粒岩泥质胶结充填物，由于多次压扭，岩体已变得细密隔水，导致旧堡隧道普遍发育承压水。而现行的规范对高水压条件下的围岩如何修正未给出明确的说明，既然地下水的影响在铁路隧道围岩分级中所占的权重较大，对此类隧道在施工阶段围岩分级时应一步调整到位。

2.3 围岩级别实例分析

以DK28+665～DK29+160段为例，对施工阶段围岩级别的调整进行分析。

旧堡隧道DK28+665～DK29+000段335 m范围内原设计为Ⅳ级围岩，实际围岩因受多期地质构造运动作用，发育小断层糜棱岩化破碎带、节理密集带、三组以上结构面，将岩体切割成碎石状结构，结构面多擦痕镜面和动力变质矿物，局部含泥化夹层，花岗岩和辉绿岩岩脉大量穿插，并可见热液蚀变矿物，围岩自稳性差。在普遍发育的具有承压性的地下水作用下，结构面充填物极易软化流失，诱发围岩变形失稳，在施工中连续发生大变形、钢架变形扭断、初支侵入限界。为了确保施工质量和安全，该段全部变更为Ⅴ级围岩，并采取了加强支护加强和加大预留变形量等措施。

旧堡隧道DK29+000～DK29+160段160 m设计为Ⅴ级围岩，实际围岩为断层破碎带及影响带，岩体极破碎，呈角砾碎状松散结构，有少量构造裂隙水，在裂隙水的作用下，岩体易软化，围岩自稳能力差，洞身收敛变形大，收敛变形量最大达47.8 cm，平均每天变形量为28 mm，最大每天变形量达123 mm。在施工过程中连续长段落发生变形侵限，为了避免初支变形侵限，采取了加强支护和加大预留变形量等措施，钢架由Ⅰ20b变为Ⅰ22b，甚至变为Ⅰ25b，在变形侵限段进行了二次换拱。

为此，采用前述方法对围岩进行了调整，见表3。

表3 DK28+665～29+160段围岩分级统计[5]

经过调整以后，施工中极大的提高了安全保障，对施工进度、质量等都有很好的促进作用。

3 结论

(1)开展施工前和施工期两阶段的隧道围岩分级是有必要的。

(2)对隧道施工阶段的围岩分级，除了应考虑岩石的强度、岩体完整性等因素外，还应综合隧道所处的地质环境重点考虑地下水的影响。

(3)旧堡隧道开挖初期无渗水，开挖扰动在隧道周围形成一定范围的松动区与塑性区，隔水层因强度破坏而断裂，产生沟通含水层的新裂隙，导致地下水的赋存和运动状态发生变化，从而直接导致围岩条件恶化。因此，隧道开挖对围岩的扰动是施工阶段围岩级别发生变化的重要因素。

[1] 于丽，王明年，房敦敏，等.岩质围岩施工阶段亚级分级的数量化理论研究[J].2009，30(12):3847-3850

[2] 王明年，何林生.建立公路隧道施工阶段围岩分级的思考[J].广东公路交通.1998，(S1):125-127

[3] TB 10003-2005铁路隧道设计规范[S]

张江卫(1982～)，男，大学毕业，工程师，主要从事隧道工程建设和管理工作。

U452.1+2

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