围岩工程地质条件对隧道工程的设计、施工的制约

摘 要 隧道是地表以下跨越障碍物的工程建筑物，围岩是隧道及地下工程周围一定范围内对洞身稳定性有影响的地质体。隧道工程设计和施工面向的对象是岩土体，其性质不同于一般的工程材料，岩土体的工程地质环境也具有复杂性，这导致隧道工程具有不同于一般地面工程的特点和规律。隧道工程结构由人工衬砌和天然围岩共同构成，而且围岩是主要承载体，围岩的稳定性直接影响到隧道的稳定性。

关键词 隧道 围岩 围岩稳定性 围岩分类（级）

隧道围岩工程地质条件千差万别，影响围岩力学性质和稳定性的因素较多，这些因素对围岩力学性质和稳定性都有重要和直接的影响，而且各影响因素的作用机理十分复杂，致使围岩力学性质相当复杂，定量准确掌握围岩的力学性质是十分困难的，因此有必要采用定性和定量相结合的方法，对隧道围岩力学性质和稳定性有一个整体性和规律性的把握，围岩分类法则是这样一个有力的工具。符合实际的围岩分类是正确进行规律隧道稳定性评价的保证，也是隧道合理设计的依据，更是准确进行隧道施工预报的指南，而隧道围岩定量分类系统的建立是客观地进行公路隧道围岩分类的前提和基本保证。正确的、符合工程实际的围岩分类，对于隧道设计计算及支护设计的准确与否有很重要的意义。

（1） 坚硬块状岩石

这类岩体本身具有很高的力学强度和抗变形能力，在力学属性上可以视为均质、各向同性的连续介质，应力与应变呈线性关系。这类围岩的变形破坏形式主要有：岩爆、脆性开裂及块体滑移。

（2） 层状岩体

这类岩体常以软硬岩层相间的互层形式出现。岩体中的结构面以层理面为主，并有层间错动及泥化夹层等软弱结构面发育。层状岩体的变形破坏主要受岩层产状及岩层组合等因素控制，其破坏形式主要有：沿层面张裂、折断塌落、弯曲内鼓等。

（3） 碎裂岩体

碎裂岩体是指断裂带、岩脉穿插挤压破碎带和风化破碎加次生夹泥的岩体。这类围岩的变形破坏形式常表现为崩塌和滑动。破坏规模和特征主要取决于岩体的碎裂程度和含泥量的多少。在以岩块刚性接触为主的碎裂围岩中，由于变形时岩块的互相挤压、错动，将产生一定的阻力，因而不易产生大规模塌方。相反，当夹泥量很高时，由于岩块间失去刚性接触，则易产生大的塌方。若不及时支护，将产生大的变形，直至冒顶。

（4） 松软岩体

松软岩体是指强烈构造破碎、强烈风化岩体或心境堆积的松散土体。这类围岩的力学属性表现为弹塑性、塑性或流塑性，其变形破坏形式以拱形冒落为主。当围岩结构均匀时，冒落拱的形状较为规则，但当围岩结构不均匀或松软岩体仅构成局部危岩时，则常表现为局部塌方、塑性挤入及滑动等变形破坏形式。

以猫山隧道为例，说明实际中围岩工程地质条件对隧道设计、施工的制约。

工程地质条件： 经地质勘探判断，隧道穿山体地段不存在构造断裂。但是岩体中裂隙普遍发育，有一组走向60o—70oEW的剪切裂隙，裂面近于直立，连续性较强，且与隧道轴线近乎平行。隧道进口位于分水垭口东侧坡地，地面坡度较陡，场地狭窄，洞口面向崖门大桥。洞口右侧为分水垭口冲沟，左侧为低山主体，边坡稳定，无不良地质现象。隧道出口位于垭口西侧冲沟部位。冲沟两侧山坡较稳定，无不良地质现象。但在隧道开挖施工中，出现4条为NE60゜-70゜，∠70゜-90゜，宽1-2m的较大断层，洞身为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类围岩。

施工前设计情况：采用复合式衬砌结构，初期支护以喷锚钢筋网为主要支护手段。Ⅱ、Ⅲ类围岩二次衬砌采用C25钢筋混凝土，衬砌厚度为60cm，Ⅲ、Ⅳ类围岩二次衬砌采用素混凝土（局部设构造网筋），衬砌厚度分别为50cm、40cm。Ⅱ、Ⅲ类围岩均设有仰拱，混凝土厚度分别为60cm和50cm。

实际情况：围岩类别的修正，猫山隧道主体及附属工期初期支护基本是按照预设计图纸进行施工的，但围岩类别与实际相差较大，致使在施工过程中做了大量的变更。预设计图的Ⅱ、Ⅲ类围岩总长度为782m，实际Ⅱ、Ⅲ类围岩只有283m，相差499m；预设计中没有Ⅳ、Ⅴ类围岩，而实际中有499m，占整座隧道围岩的63.8%。

由于围岩的变化，工程量及造价相应也有较大的变化：

（1）工程材料变更：锚杆数量增加1.39倍；钢筋数量增加3.2倍；混凝土数量增加2.75倍。

（2）每延米支护结构造价，按照可比价格计算，每延米Ⅳ、Ⅴ类围岩支护工程造价比Ⅱ、Ⅲ类围岩增加约7.35倍，可见围岩类别的变动对工程的影响很大。

从实践看问题：围岩类别是隧道设计、施工的基本依据，由于预测围岩类别不准，施工中变更设计多，工程造价变动大，给工程投资控制、工程管理带来不小的负面影响。造成这个结果的原因，除了与围岩预测难度较大有关外，还与地质调查工作和隧道设计工作分家有较大关系。所以要提高公路隧道围岩预测的精度，必须创造一个“利益一致、便于协调”的工作环境，使地质调查者与隧道设计者共同努力，才能达到。英国矿业工程学会出版的《岩石地下工程》指出“正确剖析地质情况乃是进行合理设计的一个主要先决条件”，“设计师的职责并不在于精确计算，而在于正确判断”。这些经验是很值得借鉴的。

参考文献

[1] 邓江.猫山公路隧道工程技术[M].人民交通出版社，2002.

[2] 黄成光.公路隧道施工[M].人民交通出版社，2001.

[3] 关宝树.隧道工程设计要点集[M].人民交通出版社，2003.

[4] 朱汉华.公路隧道设计与施工新法及其应用[M].人民交通出版社，2010.

[5] 朱汉华，孙红月，杨建辉.公路隧道围岩稳定与支护技术[M].科学出版社，2007.

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