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第156期 轨道交通岩质围岩分级研究

2022-9-19 17:10
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【52监测网】第156期 轨道交通岩质围岩分级研究

第114期 低空遥感技术在城市轨道交通勘测设计中的应用

52监测网专家报告分享-第156期

《轨道交通岩质围岩分级研究》
郑颖人/教授 中国人民解放军陆军勤务学院

一、隧道的设计计算方法

1、传统的普氏压力拱方法与太沙基压力拱方法;
2、有限元数值分析,上述两种方法都不能计算隧道是否破坏,得不到隧道设计所需的隧道稳定安全系数
3、有限元数值极限分析方法(强度折减法与极限应变法)可以得到工程稳定系数。目前国内外逐渐开始应用。

隧道数值极限分析与室内试验(石膏模型)比较


起裂与整体稳定极限承载力


二、轨道交通岩质围岩分级方法

由于岩体结构复杂,隧道长度大,不可能完全搞清隧道全长岩体裂缝状态,只有通过围岩分级,依据理论-勘察-经验综合确定围岩分级和各级围岩力学参数。分级以毛洞围岩稳定性为依据。

地质因素:岩体完整程度和岩块强度、地下水、结构面、应力状态。
工程因素:如洞形、洞跨、埋深、重度等。

1、两种围岩分级方法比较

(1)定性与指标结合的分级方法与人为量化分级方法比较
定性分级方法只能确定一种洞跨的围岩等级,对应洞跨一般为10~12m难以将分级数量增多;有可能将围岩等级降低。
定性分级指标为岩石坚硬性(抗压强度)与岩体完整性(完整性系数)90分以上为优,相差两分使围岩等级相差两级,显然不合理,导致围岩等级偏低。


2、应对岩块强度和完整性进行限制和修正

(1)岩块强度(岩石坚硬程度)
较坚硬岩30~60级差过大,会导致同一级围岩中,坚硬岩比其他岩体BQ值大很多,而其他岩体BQ值相差不大,因而将较坚硬岩30~60改为30~50,坚硬岩采用50MPa。(以往规范坚硬岩>60MPa,相当于岩块强度测试方法改变后53MPa)

Rc与岩石坚硬程度的划分


(2)岩体完整程度
• 岩体完整性指标(Kv),选择有代表性的点、段,测试岩体弹性纵波速度。
完整性系数:


3、轨道交通岩质围岩等级

(1)针对重庆轨道交通,洞跨B≤12m和24≤B≤27m两种洞跨,依据计算,大跨时的隧道稳定系数低于小跨时的稳定系数,大跨比小跨略降低半级围岩,相当于BQ值降低25分,所以小跨区间隧道V级时最大为250分,而大跨车站隧道V级时最大为275分。

(2)定性标准与量化标准应协调还应适应工程与地方特点
国标提出围岩基本质量指标BQ值
BQ=100+3Rc(180)+250Kv(193)
Rc—岩石单轴抗压强度;Kv完整性系数。按定性分级标准围岩Ⅰ级,按上式计算BQ=473,而定量等级分为550(国标)。国标按定性分级标准围岩Ⅱ级,按上式计算BQ=383,而定量分级为451-550
可见国标定性分级与量化分级相差一级,因而必须改进各级围岩的界限BQ值。

(3)轨道交通围岩分级表


(4)按现行定性规范对12m洞跨隧道的定性特征计算的BQ值


(5)本法12m跨度隧道围岩BQ计算值及围岩分级调整


4、围岩等级修正

不考虑初始应力状态影响和硬性结构面影响。
表12.4.4地下水、软弱结构面(结合差、很差)影响的修正
影响小指泥夹碎石或碎石夹泥,含泥量少,大指全含泥


5、围岩自稳能力判断

各级围岩的自稳能力指洞跨12m隧洞无衬砌情况下围岩的自稳能力。采用量化标准,根据围岩稳定性分级给出区间隧道毛洞围岩稳定安全系数,由此衡量围岩的自稳能力。

洞跨12m隧道,如很稳定>3.5(7.5)、稳定>2.4(5.5)、基本稳定>2.0和1.5、不稳定≥1.0、极不稳定<1.0。在确定各级围岩参数时,针对洞跨12米区间隧道稳定安全系数反算得到参数。

地铁工程岩质围岩自稳能力


6、各级围岩的物理力学参数

采用无衬砌情况下,跨度12米隧洞围岩稳定安全系数作为围岩稳定性等级的定量指标,通过数值方法反算得到岩体强度参数。

围岩参数只与围岩性质有关,不随洞跨而变,应以跨度12米区间隧道的围岩等级反算确定围岩力学参数。应用该参数计算隧洞,大跨度隧洞的安全系数自然会降低,表明参数与洞跨无关。

现用规范参数80年代后期由铁路专家提出,但未经验证,黏聚力较岩块降低很多,而内摩擦角降低不多。用极不稳定V级围岩参数计算安全系数大于1,规范参数尚需调整。

轨道交通岩石围岩物理力学参数


《轨道交通岩质围岩分级研究》
郑颖人/教授 中国人民解放军陆军勤务学院

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