地质素描报告在隧道施工中的应用

张强葳，于道勇，张观宇

（中交二航局第四工程有限公司，安徽芜湖241000）

摘要：以实际工程为例，通过工程地质素描以表格样式给出了隧道开挖的情况，依据表中规定的单体分值和点的分部规律

决定了岩石参数的分配，并依据总分值决定围岩等级，可为隧道不同地质的支护形式提供参考。

关键词：隧道；围岩分类；地质素描中图分类号：U451.2

文献标识码：B

0引言

某海外工程项目围岩层状以石灰岩、白云质灰岩和白云岩为代表，隧道采用新奥法施工，以岩体力学为理论，以维护和利用围岩的自承能力为基点。依据地质素描报告结果，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时地进行支护控制围岩的变形和松弛，使岩体成为支护体系的组成部分。隧道以开挖→素描→支护→监测的方式循环进行。

（1）岩石单轴抗压强度

岩石单轴抗压强度由试验室对原状岩石样本的测试结果决定，试样为表面光滑平整的圆柱形岩芯或立方块。圆柱的长径比取2.5~3.0，立方体尺寸为50×50×50mm，加压速度为1000~5000kg/min[1]。

（2）岩石质量指标（RQD）

岩石质量指标是一个岩体稳定性的线性指标。隧道开挖过程中，RQD值可由单位体积岩石的节理总数依据经验公式计算得出，

即RQD=115-3.3Jv决定（Jv为单位体积岩体节理数）（3）节理及岩层的走向

根据岩层倾角和走向对隧道开挖的影响，对隧道围岩得分判断进行修正，见表1。

表1节理及岩层的走向

走向垂直于隧道轴线

沿节理发展方向开挖倾角45~90°非常稳定

倾角20~45°稳定

沿节理发展相反

方向开挖倾角45~90°较稳定

倾角20~45°不稳定

走向平行于隧道轴线倾角20~45°较稳定

倾角45~90°非常不稳定

倾角0~20°，不考虑走向

1工程概况

黑山南北高速项目为巴尔港至北部保加利（毗邻塞尔维亚）主干道中的一段，隧道施工作为黑山南北高速项目第一标段的重点工程，标段内共3座隧道，均为左右双洞分离式高速公路双向4车道隧道。其中1#隧道SUKA单洞长720m，2#隧道Vezesnik单洞长2474m，4#隧道Mrke单洞长839m。

从较大范围的地质构造来看，隧道围岩多属于喀斯特

地貌下的Ⅱ，Ⅲ级围岩，隧道开挖过程遇到不良地质较为频繁，地质素描不仅需要对一般情况下的地质情况和围岩分类进行描述，还要对不可预见的地质状况进行定性描绘和合理分级。

开挖过程中利用三臂式凿岩台车钻孔，多功能移动平台，隧道挖掘机等进行开挖支护。掘进方式以爆破开挖为主。

较稳定

此外，影响地质分类的主要参数还有隧道围岩的节理间距、节理的情况特性及地下水情况。根据对上述参数的分析，对地质分类、分类参数及其等级判定见表2。

表2影响地质分类的主要参数

单轴抗压强度

点荷载强度指标

＞10MPa

4~10MPa100~250122~1~4MPa2MPa50~100725~504对于较小范围，优先测试单轴抗压强度5~2521~5＜1102围岩分级

围岩分级以工程地质素描结果为基础，每次开挖进尺后地质工程师需及时进行地质素描。基于工程地质素描及对掌子面的检查，地质工程师按照岩土力学标准完成围岩分类，确定围岩分级并按照设计确定适用的开挖方法和支护类型。

地质分类是基于岩体参数系统的角度进行分析。

单轴抗压强度（MPa）

得分

＞25015收稿日期：2018-05-14

作者简介：张强葳（1986—），男，工程师，从事施工管理相关工作。

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总476期

2018年第26期（9月中）

表2（续）岩石质量指标RQD（%）

RQD（%）90~1075~9050~7525~50＜25得分

20171383节理间距

节理间距＞2m0.6~2m600mm200~得分

201510200mm60~＜60mm85节理发育情况特性

节理长度（m）

＜11~33~1010~20＞20分值210裂隙孔径（mm）

无裂隙＜0.1

0.1~11~5＞5分值65410粗糙程度很粗糙较粗糙略粗糙较光滑

光滑分值65310硬充填物软充填物充填无充填＜5mm＞5mm＜5mm＞5mm分值220风化无风化弱风化较风化强风化完全风化

分值

65310地下水

每10m隧道长度水流量（L/min）无水＜1010~2525~125＞125比值：/主应力总水压力0＜0.10.1~

0.20.2~0.5＞0.5概况干燥较潮潮湿滴水多水得分

1510740通过对岩层倾角和走向分析，得出走向和倾角影响的修正得分。根据表3所示分值，地质工程师通过对每循环掌子面的地质情况进行勘察和记录，定出当前掌子面围岩级别，得出最终的地质素描报告。

表3隧道得分标准

走向、倾角的间断

非常稳定

稳定较稳定不稳定非常不稳定

隧道得分

0-2-5-10-123地质素描报告

在隧道开挖过程中，每次爆破后，洞内完成通风及掌子面破碎岩石清理，地质工程师对掌子面的岩石节理及走向进行记录并绘制素描报告。该地质报告将为上循环支护类型和当前掌子面围岩等级以及下循环开挖进尺提供指导。地质素描报告由以下3部分组成。

（1）总体描述（素描图例、围岩情况总体描述）素描图例包括当前掌子面岩层情况素描和顶部及边墙围岩情况。该图例可清晰表现出岩石种类，节理数量及走向，不良地质情况等。

依据素描图例及现场勘察，对地质围岩的特性及地质状况进行详细表述，包括当前掌子面的节理发育情况（数量、间距、长度、走向倾角、裂隙孔径及节理面粗糙程度等）、浅埋深度、上循环进尺长度、建议的开挖方式和地下水情况，以便依据围岩6项影响参数得分表格计算出最终分值。

（2）掌子面及边墙围岩情况（相关照片）

利用现场拍摄的掌子面及边墙的照片对第一部分的素描进行印证。在隧道施工过程中，掌子面照片将作为后期对地质素描审核的重要依据。

（3）围岩参数分析（围岩6项影响参数分析表，支护参数表）

通过对掌子面围岩的勘察和素描，按照围岩6项影响参数得分表格计算出最终分值，该分值即为隧道围岩RMR值。根据岩体Hoek-Brown准则的经验公式GSI=RMR-5，GSI对围岩等级的界定可判定当前掌子面围岩级别，并依据主值也随之确定。基于确认的GSI和RMR值，按照主设计设计中不同围岩类型所对应的支护等级来确定合适的支护

参数。

另外，在隧道洞门的区域，埋深＜隧道宽度（H＜B），岩体等级应被归为V级，不再考虑分类的结果。如果开挖时，同一剖面记录的围岩等级不同时，围岩等级将取决于对整体开挖稳定性起决定性影响的那部分，多数情况下为

隧道顶部的那部分岩体[2]。

在施工过程中，当掌子面开挖遇到不良地质（如溶洞、断层、破碎带、流沙、涌水等）影响时，往往需要当机立断做出决策。在初步处理措施完成后，地质工程师根据现场的地质状况编制地质素描报告并提供可行性支护参数，设计方根据地质报告做出最终围岩支护参数的确认。

4运用效果

根据当地法律规范，项目部为各个隧道指派地质工程师，并为每循环掌子面做出对应的地质素描报告，指导现场施工，为隧道施工安全、高效奠定了基础。

在公路隧道新奥法施工中必须及时利用地质素描的信息反馈来修正设计参数，可以达到动态反馈设计和高效施工的目的；同时，对每个掌子面的围岩信息进行采集、整理并加以系统分析，及时反馈到施工中，为隧道在不同地质条件下合理地选择开挖方法，支护方式及隧道整体围岩情况提供科学的依据；为变更设计、修改支护参数、指导施工提供直接信息[3]。

5结语

综上所述，通过地质素描报告在对围岩及支护结构状态有了充分的了解后，从而取得了对隧道施工的主动权，保证了黑山南北高速公路一标段隧道的施工质量和进度。通过合理科学地完成地质素描报告，隧道支护充分利用了

（下转第112页）

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总476期

2018年第26期（9月中）

表1托架所用材料设计强度

钢材牌号

厚度或直径d（㎜）d≤16

Q235

16＜d≤4040＜d≤60d≤16

Q345

16＜d≤3535＜d≤50国标GB50017—2003

抗剪（MPa）

125120115180170155拉弯应力(MPa)

215205200310295265屈服强度（MPa）

325

偏差：p5=5m3=5×26=150kN。

（6）预应力荷载

托架预应力荷载，每根按照2×20t预紧。2.3按工况加载计算

按设计要求，分析施工各工况，按工况进行不同荷载

组合，进行结构分析计算，以验证结构的承载力、刚度和

400

稳定性，局部调整，以保证结构的安全性和可靠性。具体分别对一次浇筑100%混凝土；两次浇筑，第一次浇筑4.5m，第二次浇筑2.6m；120%混凝土自重，超载预压这三种工况进行分析计算，分别计算模架整体变形、托架及平台强度、托架内力、底侧模强度、墩身混凝土应力和机构稳定性等，结果显示如下：

整体模型刚度变形：最大累加变形3.5mm位于翼板上，平台总变形2.7m；墩身混凝土应力计算结果：薄壁墩混凝土单点预紧2×20t，浇筑状态下最大应力3.5<18MPa，最大应力1.5<1.84MPa（无撑杆）。

（2）（3）

注：表中厚度是指计算点的钢材厚度；对于轴心受力杆件是指截面中较厚

钢板的厚度。

2.2定义计算荷载

根据工况，为保证结构的安全性，在Midas-Civil定义

计算荷载，荷载取值如下。

（1）混凝土荷载

0~1#段荷载：1656.5+4163.6+1656.5=7476.6kN模板侧压力根据以下两个公式计算取小值。

p=0.22γct0β1β2v2p=γcH

13结论

以上计算结果均满足现行规范要求。项目按照此计算结果，进行托架和0#块段施工。施工过程中，托架整体结构满足了施工要求。而且现场应力、应变的监控量测数据与各工况计算数据吻合度较高。进一步验证了Midas-Civil软件在桥梁施工过程中对大型临时结构进行验算的优越性，除了建模便捷、计算结果准确外，还具有一定的可视化的结果显示，直观明晰，大大方便了工程施工人员对结构的优化调整、分析计算，确保了结构的安全性和可靠性的同时，也兼顾了经济性。

p为新浇筑的混凝土对模板的最大侧压力（kN/

m2）；γc为混凝土的重度（kN/m3），取26kN/m3；t0为新浇混凝土的初凝时间（h），取4h；β1为混凝土外加剂影响修正系数，取1.2；β2为混凝土的坍落度影响系数，取1.3；v为混凝土的浇筑速度（m/h），取2m/h；H为混凝土浇筑

式中:

的最大高度（m），取7.1m。

建筑模板规范取二者较小者。本计算为了安全起见，模板采用公式二计算:p=γcH=26×7.1=185kN/m2。

（2）托架+模板自重

托架及以上模板重量：p2取130t（模型重量×1.2）。（3）施工荷载（4）风载

施工机具及人群荷载：p3=2.5KN/m，取1m环向。

2

参考文献：

[1]刘美兰.MidasCivil在桥梁结构分析中的应用[M].北

京：人民交通出版社，2012.

[2]邱顺冬.桥梁工程软件midasCivil应用工程实例[M].北

京：人民交通出版社，2011.

[3]余流.施工临时结构设计与应用[M].北京：建筑工业出

版社，2010.

[4]满洪高.桥梁施工临时结构工程技术[M].北京：人民交

通出版社，2012.

（编辑：曹艳华）

由程序按照压力加载，行走时按纵、横、竖向加载，全断面迎风面积。

（5）偏载

p4=0.60kN/m，（查全国基本风压表，取百年一遇），

2

仅在未完成100%浇筑时考虑：箱梁两侧腹板浇筑最大

（上接第110页）

围岩的自稳性达到最终稳定，后续监控量测数据未出现异常状况。地质素描报告在黑山南北高速公路的应用为隧道安全高效施工积累了宝贵经验。

重庆交通大学，等.公路隧道施工技术规：JTGF60-2009[S].北京：人民交通出版社，2009.

[2]鲁光银.隧道地质灾害反射波法探测数值模拟及围岩F-AHP分级研究[D].长沙：中南大学，2009.

[3]李和平.EasyMap在数字地质报告编制成图中的应用[J].

山西焦煤科技，2010（10）：45-47.

（编辑：曹艳华）

参考文献：

[1]中交第一公路工程局有限公司，重庆交通科研设计院，

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