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淺析水利水電地下洞室圍巖分類
摘要：地下洞室圍巖分類是評價地下洞室圍巖穩(wěn)定性的基礎(chǔ)，也是地下工程規(guī)劃選點、可行性評估、加固設(shè)計、工程造價、定額預(yù)算及工程施工的重要依據(jù)。本文介紹了我國水利水電地下洞室圍巖分類的常用方法、分類目的、分類特點，以及水利水電地下洞室圍巖分類存在的主要問題及發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞：巖石學(xué)；圍巖分類；巖體質(zhì)量類別
0 引言
地下洞室圍巖分類是評價地下洞室圍巖穩(wěn)定性的基礎(chǔ)，也是地下工程規(guī)劃選點、可行性評估、加固設(shè)計、工程造價、定額預(yù)算及工程施工的重要依據(jù)。這種分類是以工程地質(zhì)條件為基礎(chǔ)與巖石力學(xué)建立了一定關(guān)系并同支護(hù)設(shè)計相結(jié)合的一種分類，它既能客觀反映各類圍巖的穩(wěn)定性差別，又能滿足支護(hù)設(shè)計的要求。它考慮了圍巖二次應(yīng)力場的變化，但一般沒有包含工程因素、施工因素的影響。
1 地下洞石圍巖分類目的及特點
1.1 地下洞石圍巖分類目的 地下洞室圍巖分類的主要目的是對地下洞室圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行分級，另外還有一些目的：①地下洞室規(guī)劃選點、可行性評估；②地下洞室?guī)r土體加固設(shè)計；③地下洞室工程造價定額預(yù)算；④地下洞室工程施工。當(dāng)然不同的分類目的，要求的分類精度不同，采用的分類方法也不同。為規(guī)劃選點、可行性評估服務(wù)的圍巖分類，要求工作范圍大，因此分類方案比較粗糙。為設(shè)計、定額預(yù)算服務(wù)的圍巖分類，應(yīng)能反映巖體的基本特征、開挖后的穩(wěn)定性、圍巖與支護(hù)系統(tǒng)的相互作用等，因而應(yīng)比較細(xì)致。為施工服務(wù)的圍巖分類則要考慮開挖的難易程度，具體的支護(hù)方案，因此要求分類方案更加細(xì)致、準(zhǔn)確�？梢�，一種符合客觀實際、正確的圍巖分類是對巖體基本特性的客觀反映和正確認(rèn)識的結(jié)果，也是進(jìn)行隧洞設(shè)計、施工的重要依據(jù)。[1]
1.2 地下洞石圍巖分類特點 水電工程圍巖分類體系有以下兩個特點：①采用因素綜合判別法，力求選取的分類因素信息量大，能包括主要工程地質(zhì)問題；②每一個工程都會針對該工程的具體工程地質(zhì)條件制定一套專用于該工程的巖體質(zhì)量分類方法。
2 地下洞石圍巖分類的方法
2.1 水電圍巖分類HC法 HC法以巖石強度、巖體完整程度及結(jié)構(gòu)面狀態(tài)為基本因素，以地下水及主要結(jié)構(gòu)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(jù)、以圍巖強度應(yīng)力比為限定判據(jù)進(jìn)行圍巖類別劃分。該方法在考慮高地應(yīng)力對圍巖類別的影響時，簡單地采取降級的處理方法，影響圍巖分類的精度。如某深埋隧洞圍巖分類結(jié)果表明，HC分類在高地應(yīng)力、硬質(zhì)巖地區(qū)的分類結(jié)果與實際圍巖類別的吻合率只有32％，適用性差。該方法沒有考慮高外水壓力對圍巖類別的影響。因此，HC法在應(yīng)用到深埋隧洞圍巖分類時尚需修正。[2]
2.2 國標(biāo)BQ方法 BQ法采用定量分析的時候，主要考慮巖石的強度和巖體的結(jié)構(gòu)特征兩個方面，而對于巖體所處的地應(yīng)力環(huán)境，地下水狀態(tài)以及結(jié)構(gòu)面的方位等只是作為定量結(jié)果的一種修正，就是說，這種方法認(rèn)為這三個方面對圍巖穩(wěn)定性的影響是次要的，但在高地應(yīng)力、高外水壓力條件下顯然不對。某深埋隧洞圍巖分類結(jié)果表明，BQ法在高地應(yīng)力、硬質(zhì)巖地區(qū)的分類結(jié)果與實際圍巖類別的吻合率只有25％，適用性差。該方法也沒有考慮高外水壓力對圍巖類別的影響。因此，BQ法在應(yīng)用到深埋隧洞圍巖分類時也尚需修正。[3]
2.3 RMR分類 RMR分類，即“巖體評分”，又稱地質(zhì)力學(xué)系統(tǒng)，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，目前也逐漸廣泛地運用于邊坡、壩基等工程的巖體分類，在國內(nèi)、外有廣泛的應(yīng)用。RMR分類通過巖石的單軸抗壓強度、巖石質(zhì)量指標(biāo)、結(jié)構(gòu)面間距、結(jié)構(gòu)面狀況、地下水狀況、結(jié)構(gòu)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分類方法的缺點是沒有考慮高地應(yīng)力、高外水壓力對圍巖類別的影響。
3 水利水電地下洞室圍巖分類存在的主要問題及發(fā)展方向
3.1 地下洞室圍巖分類存在的主要問題 目前，水利水電地下洞室圍巖分類存在的主要問題分述如下。①沒有直接考慮洞室?guī)缀涡螤�、洞室跨度，這些因素是影響圍巖應(yīng)力分布的重要因素，因而也是圍巖分類的主要參數(shù)。圍巖分類中要考慮這些因素，還有賴于洞室圍巖應(yīng)力計算方法的改進(jìn)，特別是對節(jié)理切割的圍巖應(yīng)力計算方法的改進(jìn)。②沒有直接考慮結(jié)構(gòu)面的組合，雖然考慮了最不利于穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)面狀況，但結(jié)構(gòu)面的組合顯然比某單一結(jié)構(gòu)面對圍巖穩(wěn)定的影響大。通過引入塊體分析方法考慮結(jié)構(gòu)面的組合關(guān)系，提高圍巖分類的可靠度，是未來發(fā)展的方向。③目前的圍巖分類多是在一維、二維內(nèi)進(jìn)行的，很少能擴(kuò)展到三維空間。實現(xiàn)三維空間的圍巖分類還受到CAD技術(shù)發(fā)展的制約，現(xiàn)有CAD軟件繪制的立體展示圖不夠直觀，開發(fā)專用的展示隧道結(jié)構(gòu)面組合關(guān)系的三維CAD繪圖軟件，將使圍巖分類變得更加準(zhǔn)確、直觀。[4]
3.2 地下洞室圍巖分類的發(fā)展方向 地下洞室圍巖分類將向以下方向發(fā)展：①建立巖爆烈度與圍巖類別的關(guān)系，確定高地應(yīng)力、高外水壓力對圍巖類別的影響判別指標(biāo)，是目前水電圍巖分類急需解決的問題；②采用多因素綜合指標(biāo)分類，考慮更多的影響圍巖穩(wěn)定性的主要因素，定量與定性描述相結(jié)合，定量描述的比重越來越大；③許多新理論、新方法、將在圍巖分類中得到更廣泛的應(yīng)用和發(fā)展；④運用現(xiàn)代CAD繪圖技術(shù)實現(xiàn)地下洞室結(jié)構(gòu)面三維仿真，將使圍巖分類變得更為直觀、形象。需要說明的是，上述目標(biāo)的實現(xiàn)，需要更多的工程實例予以支持、驗證。
參考文獻(xiàn):
[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．常用圍巖分類方法在某深埋隧洞適用性分析[J]．中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報，2006（2）：20-22.
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