淺析水利水電地下洞室圍巖分類

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，也是地下工程規(guī)劃選點、可行性評估、加固設計、工程造價、定額預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。

關鍵詞：巖石學；圍巖分類；巖體質量類別

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，也是地下工程規(guī)劃選點、可行性評估、加固設計、工程造價、定額預算及工程施工的重要依據(jù)。這種分類是以工程地質條件為基礎與巖石力學建立了一定關系并同支護設計相結合的一種分類，它既能客觀反映各類圍巖的穩(wěn)定性差別，又能滿足支護設計的要求。它考慮了圍巖二次應力場的變化，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土體加固設計；③地下洞室工程造價定額預算；④地下洞室工程施工。當然不同的分類目的，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、可行性評估服務的圍巖分類，要求工作范圍大，因此分類方案比較粗糙。為設計、定額預算服務的圍巖分類，應能反映巖體的基本特征、開挖后的穩(wěn)定性、圍巖與支護系統(tǒng)的相互作用等，因而應比較細致。為施工服務的圍巖分類則要考慮開挖的難易程度，具體的支護方案，因此要求分類方案更加細致、準確。可見，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識的結果，也是進行隧洞設計、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問題；②每一個工程都會針對該工程的具體工程地質條件制定一套專用于該工程的巖體質量分類方法。
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、巖體完整程度及結構面狀態(tài)為基本因素，以地下水及主要結構面產(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)、以圍巖強度應力比為限定判據(jù)進行圍巖類別劃分。該方法在考慮高地應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果表明，HC分類在高地應力、硬質巖地區(qū)的分類結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法在應用到深埋隧洞圍巖分類時尚需修正。[2]
2.2 國標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構特征兩個方面，而對于巖體所處的地應力環(huán)境，地下水狀態(tài)以及結構面的方位等只是作為定量結果的一種修正，就是說，這種方法認為這三個方面對圍巖穩(wěn)定性的影響是次要的，但在高地應力、高外水壓力條件下顯然不對。某深埋隧洞圍巖分類結果表明，BQ法在高地應力、硬質巖地區(qū)的分類結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”，又稱地質力學系統(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)、外有廣泛的應用。RMR分類通過巖石的單軸抗壓強度、巖石質量指標、結構面間距、結構面狀況、地下水狀況、結構面方位等對巖體質量進行評分，最終把巖體質量分為五級，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力計算方法的改進，特別是對節(jié)理切割的圍巖應力計算方法的改進。②沒有直接考慮結構面的組合，雖然考慮了最不利于穩(wěn)定的結構面狀況，但結構面的組合顯然比某單一結構面對圍巖穩(wěn)定的影響大。通過引入塊體分析方法考慮結構面的組合關系，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)進行的，很少能擴展到三維空間。實現(xiàn)三維空間的圍巖分類還受到CAD技術發(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)專用的展示隧道結構面組合關系的三維CAD繪圖軟件，將使圍巖分類變得更加準確、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系，確定高地應力、高外水壓力對圍巖類別的影響判別指標，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用和發(fā)展；④運用現(xiàn)代CAD繪圖技術實現(xiàn)地下洞室結構面三維仿真，將使圍巖分類變得更為直觀、形象。需要說明的是，上述目標的實現(xiàn)，需要更多的工程實例予以支持、驗證。
參考文獻:
[1]王蘭生．工程地質分析原理[M]．北京：地質出版社，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]．中國地質災害與防治學報，2006（2）：20-22.

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