藏区高速公路隧道围岩变更管理方法探讨

张乐, 潘恒

[摘要]雅康高速是四川进入甘孜藏区第一条建成的高速公路，其天全至二郎山段是典型的四川盆地第二阶梯向西藏第三阶梯过渡带，地质地形极其复杂造成隧道工程建设难度大。在定性为主定量为辅的总体思路下，建设阶段总结出一套适用于川藏地区典型条件下公路隧道围岩判别方法，并以此运用到围岩施工支护参数调整，为后期涉藏隧道工程提供借鉴经验。

[关键词]隧道; 围岩分级; 支护参数; 工程变更

[中国分类号]U451+.2                      [文献标志码]A

0引言

目前，隧道设计阶采用的围岩判别方法主要以地勘推算BQ值为主进行归类划分，在归类的基础上结合围岩不同的状态，调整超前支护、钢架间距及仰拱不同等施工支护参数的设置。藏区高速隧道的特点是：隧道围岩在开挖揭露前和揭露后往往存在较大差异，频繁的设计支护参数的动态调整是不得不面对的现实情况。据统计，以雅康高速为代表的藏区高速隧道围岩最大变更率超过70%，为解决隧道工程建设与设计吻合度不高、变更数量多问题，自2016年2月雅康高速公路实施隧道围岩变更综合管理至2018年建成通车，天全至二郎山段在综合管理下累计產生隧道变更1 000余份，安全高效施工隧道超2万m。

1工程概况

雅康高速公路是四川进入藏区第一条建成高速公路，2018年建成通车以来，为实现藏区经济快速发展起到重要纽带作用。天全至二郎山段是地形陡然抬升区域，是典型的四川盆地第二阶梯向藏区高原第三阶梯的过渡带，沉积岩和火成岩交替出现，陡升段包含二郎山隧道等共12座隧道（含斜井），2016.2-2017.1施工阶段隧道变更率如表1所示。

该段场区属构造、剥蚀高中山地貌区。区内地貌多形成高山、峡谷。沟谷多呈“V”型，谷底陡窄，沟床坡降大，水系呈树枝状。调绘区山脊最高约1 720 m，沟谷最低约930 m，地形总体变化大。其中紫石隧道、喇叭河隧道和二郎山隧道为越岭隧道，其余隧道为傍山隧道，均位于天全河右侧斜坡上.场区在漫长的地质时代，经历了多次不同方式的构造运动：经向构造体系、华夏系、新华夏系、歹字型构造体系及香炉山弧形构造，不同地质时代发育有众多构造，因此该段工程地质分区划分为3个小区（表2）。

2雅康高速围岩现场判别思路

2.1隧道围岩分级常见方法

据不完全统计，全世界围岩分级的方法目前有10余种，

主要包括岩体质量指标BQ、岩石质量指标BQ及修正、岩体质量评分、坑道岩体质量指标（Rm）、岩体坚固系数（fkp）等，由于各个行业不统一，造成各类规范繁多。

2.2雅康高速隧道围岩判别方法

为使得隧道围岩判别现场更具有可操作性，在缺乏部分定量指标的情况下，雅康高速以定性为基础定量判别为辅助的方法，形成具有雅康高速特点的隧道围岩判别卡，从而达到快速确定隧道施工支护参数的目的。本文以雅康高速公路喇叭河隧道某掌子面为例（支护参数由Z3变更为Z4W+D），简述判别方法。

2.2.1主要判别指标

强度和完整性是围岩判定公认最为重要的指标，通过此2项主要指标能判定围岩的大致级别。

2.2.1.1强度的判别

岩体抗压强度实测值一般采用岩石单轴抗压强度或点荷载强度进行换算，2种方法均只能在试验室完成，缺乏实操性。一切以现场解决问题实际出发，强度采用岩性判断和敲击、锤击方式方式进行鉴别，采用定期或不定期试验室取样测算不同阶段岩性下岩石的抗压强度，只需判定围岩强度的大致范围：即坚硬岩（>60 MPa）、较硬岩（30-60 MPa）、较软岩（15-30 MPa）、软岩石（5-15 MPa）和极软岩（<5 MPa）。

2.2.1.2完整性的判别

准确的岩石完整性指标是通过岩体和岩石压缩波波速比的平方获得，在需要快速鉴别的情况下，采用体积节理数或结构面平均间距来大致区分完整性程度是最有效方法。相比较而言，采用体积节理数比结构面间距方法更有利于与完整性一一对应。

体积节理数计算方法：每一测点必须不小于2 m×5 m，选择有代表性的露头或开挖面统计。除成组节理外，对于延伸长度大于1 m的分散节理同样统计，体积节理数计算方法见式（1）。

JV=S1+S2+……+Sn+Sk［4］（1）

式中：Sn为第n组节理每1 m长测线上的条数；Sk为每1 m3岩石非成组节理条数（条/m3）。

公路隧道开挖断面约100 m2，在掌子面选择3个2 m×5 m的大小的区域（区域分别选择拱顶、拱腰两侧共3处，如图1所示），基本覆盖开挖轮廓线周边，取最差区域作为计算完整性体积节理数的代表区域，即3个区域以最不利状况为控制单元（3处中最差的地方能承受，意味着一环拱架的其他地方也能承受），通过节理计数的方法判定完整性（表3、表4）。

2.2.2次要判别指标

通过围岩判定的主要因素能初步判定围岩所处的大类，而进一步的支护参数修订需要用到次要判别指标，次要判别采用掌子面附近地下水状态及围岩掌子面产状矩阵指标。

2.2.2.1地下水的状态

按照掌子面附近至二次衬砌未封闭段地下水状态综合情况划分为3种状态：好（掌子面附近干燥或潮湿）、中（掌子面附近淋雨状态）、差（掌子面股状出水或压力喷水）。

2.2.2.2产状

产状中主要影响因素是结构面的倾角以及结构面和洞轴线夹角，基于相互之间关系划分为3种状态：好（结构面倾角近垂直：大于75°；结构面走向与洞轴线夹角大于60°（即大角度相交）），中（倾角近水平，0°～30°，结构面走向与洞轴线夹角其它组合），差（倾角30°～75°，结构面走向与洞轴线夹角小于30°（即小角度相交））。水的状态和产状按照好、中、差3种状态划定后，按照一定规则进行综合折减，Ⅳ级及以下围岩在涌水条件下均考虑带仰拱模式（表5）。

快速鉴别掌子面产状除采用罗盘等设备外，在现场可采用2种方案快速获取大致产状：一是在每一循序中，采用掌子面边墙露头线和侧墙临空面内同一结构面露头形成的两根交线，两线确定一面，从而获得结构面的产状；二是采用相临两个循环掌子面的结构面两条平行线，两线确定一面，通过相邻循环开挖进尺确定产状（表6、表7）。

2.2.3其他综合指标

其他综合指标可以综合考虑地应力状态、岩体风化程度或差异风化程度、长大裂隙的发育和结构面起伏状态、岩石软化系数等情况，通过支护参数再次修正，修正内容主要包括超前支护种类及微调钢架间距等。

（1）地应力状态：地应力和埋深及地质构造有较大关系，地应力的检测需要专业设备测定，现场不容易直接获得为围岩强度应力比，因此在无特殊条件下均可暂时不考虑地应力因素，发生特殊状态如岩爆等状况时进行综合修正参数。

（2）岩体风化和差异风化程度：风化程度指岩体风化和未风化弹性纵波速度比值，在隧道施工中可通过掌子面围岩强度和色泽进行宏观判别，实现定性判别。

（3）长大裂隙的发育和结构面起伏状态：将隧道贯通性裂缝进行折减并对支护参数进行修正，一般而言结构面延伸长度达到大于10m条件下，结合结构面起伏状态和充填类型（无充填、岩屑、泥质充填），对隧道施工支护参数进行微调。

（4）遇水软化岩石：雅康高速天全至二郎山段的以岩浆岩和沉积岩为主，含部分断层变质岩。总体而言，区域常见的硬质岩浆岩为不软化岩石，而处于强风化或卸荷带等变质后的岩浆岩呈软质态，成为遇水软化岩石（喇叭河隧道K71+500段即为此类型）；区域常见的砂岩为透水岩石，基本无软化，但侏罗纪石英砂岩、奥陶系砂岩（如二郎山隧道东支断裂即为此类型）、新第三系红砂岩为等软化岩石；其它常见的遇水软化或分解岩石如泥岩、碳酸盐、泥质灰岩、石灰岩、硫酸盐岩及部分变质岩等。有水状态下遇水软化或分解的围岩

必须采用带仰拱施工方案，否则运营后路面有开裂风险较高（表8、表9）。

3隧道变更主要过程管理方法

3.1雅康高速公路隧道变更主要的流程

雅康高速公路隧道专项变更管理方法2016年2月起在雅康高速公路天全代表处范围内试用，经试用后逐步向整个雅康高速隧道专项管理中推广应用。其主要思路是坚持四方现场会审及分级管理原则。在需要变更的里程到达前一循环由施工单位技术负责人与驻地高监、隧道专监共同到掌子面现场，经施工方和监理方核实填写《雅康高速公路围岩级别（支护参数）现场初步判别卡》（以下简称“判别卡”），初步判定是否需要变更及变更大致金额。在四方会审前由驻地办监理将核实后的判别卡、超前地质预报和监控量测资料及现场照片、地质素描图发总监理工程师，总监理工程师审核后通过线上（或平台）传至代表处负责人、业主代表及隧道专业工程师，并由隧道专业工程师知会隧道及地质设计代表。经确认需要变更的，按照相应流程进行现场（或远程）四方会审，通过将现场实际状况与超前地质预报结论和监控量测反馈数据结合起来，综合判定支护参数并修正判别卡后予以实施。

3.2围岩级别判别及支护参数调整主要方法和要求

采用定性和定量相结合的方式，以定性为主来确定围岩级别和具体施工支护参数，按照前述分3个重点板块：主要指标（强度和完整性）、次要指标（地下水和产状）、其它综合指标（地应力、风化及差异风化程度、长大裂隙发育状态及裂隙充填状况、岩石软化性质等）进行综合判定。

一般条件下按照10 m进行一次工程变更，在以下条件下可增加或减少一次变更长度，以实现动态管理的目的：

（1）如围岩条件较好、施工较快、前方围岩判定明确，例如确定为Z3J支护参數，可一次变更20 m。

（2）围岩条件很差，变化频繁、施工速度较慢，或者局部小型坍方等，可按照局部加强，例如确定为Z5J支护参数，可按照实际情况采用5 m或者小于10 m长度进行支护。

4小结

（1）隧道围岩级别和支护参数的调以定性为主定量为辅，重点分3个大板块：主要指标（强度和完整性）、次要指标（地下水和产状）以及其它综合指标。

（2）藏区高速公路地质条件极其复杂造成隧道变更数量多，没有好的管理方法和动态围岩管理思路就容易造成隧道安全事故，就不能实事求是推动工程建设。按照“执行合同、规范行为、精细管理、强化控制”的建设要求，将制度流程和技术结合，坚持现场四方会审机制，不断完善和总结相关经验是未来藏区高速公路隧道的必经之路，也为藏区高速公路隧道围岩支护参数动态调整提供建设经验。

参考文献

［1］中华人民共和国国家标准.岩土工程勘察规范： GB 50021-2001（2009版）［S］.北京：中国建筑出版社，2009.

［2］中华人民共和国国家标准.水利水电工程地质勘察规范： GB 50487-2008［S］.北京：北京计划出版社，2009.

［3］中华人民共和国国家标准.工程岩体分级标准： GB/T50218-2014［S］.北京：北京计划出版社，2014.

［4］中华人民共和国行业标准.公路隧道设计规范： JTG 3370.1-2018［S］.北京：人民交通出版社股份有限公司，2019.

［5］中华人民共和国行业标准.公路隧道设计细则： JTG/T D70-2010［S］.北京：人民交通出版社，2010.

［6］沈中其，关宝树.铁路隧道围岩分级方法［M］.成都：西南交通大学出版社，2000.