砂質(zhì)土隧道圍巖力學(xué)參數(shù)及分級方法研究

王玉鎖，男，1974年6月生，2008年西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁與隧道工程專業(yè)博士研究生畢業(yè)，副教授，碩士生導(dǎo)師，現(xiàn)為西南交通大學(xué)蛾眉校區(qū)土木工程系教師。主要從事有關(guān)隧道及地下工程方面的教學(xué)和科研工作，參與了交通部（現(xiàn)交通運輸部）、鐵道部等多項重大省部級科研項目，已在國內(nèi)權(quán)威性學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表論文10余篇。

第1章　緒論

1.1　研究的背景及意義

1.2　砂質(zhì)土圍巖分級研究現(xiàn)狀

1.3　砂質(zhì)土圍巖分級研究的薄弱環(huán)節(jié)及存在的問題

1.4　本書研究的主要內(nèi)容

1.5　本書研究的技術(shù)路線與主要研究方法

第2章　砂質(zhì)土圍巖分級指標體系研究

2.1　砂質(zhì)土圍巖分級指標的選取

2.2　分級指標獲取方法

2.3　本章小結(jié)

第3章　砂質(zhì)土圍巖力學(xué)性能研究

3.1　土工試驗設(shè)計

3.2　基本分級指標對砂質(zhì)土力學(xué)參數(shù)的影響

3.3　基本分級指標值的組合

3.4　本章小結(jié)

第4章　砂質(zhì)土圍巖基本質(zhì)量指標SBQ

4.1　基本思路

4.2　砂質(zhì)土圍巖基本質(zhì)量指標SBQ的提出

4.3　SBQ與基本分級指標關(guān)系的試驗研究

4.4　砂質(zhì)土圍巖力學(xué)指標與SBQ的關(guān)系

4.5　本章小結(jié)

第5章　砂質(zhì)土圍巖自穩(wěn)性研究

5.1　砂質(zhì)土圍巖自穩(wěn)性機理研究

5.2　隧道失穩(wěn)位移判據(jù)探討

5.3　砂質(zhì)土圍巖自穩(wěn)性分組

5.4　數(shù)值模擬分析

5.5　相似模型試驗分析

5.6　本章小結(jié)

第6章　砂質(zhì)土圍巖分級方法研究

6.1　砂質(zhì)土圍巖分級理論標準建立

6.2　砂質(zhì)土圍巖分級組合標準建立

6.3　砂質(zhì)土圍巖分級綜合標準建立

6.4　砂質(zhì)土圍巖分級修正方法

6.5　本章小結(jié)

第7章　砂質(zhì)土圍巖物理力學(xué)指標值研究

7.1　調(diào)研資料分析

7.2　室內(nèi)試驗結(jié)果分析

7.3　SBQ預(yù)測結(jié)果分析

7.4　砂質(zhì)土圍巖物理力學(xué)指標值

7.5　本章小結(jié)

第8章　砂質(zhì)土圍巖分級方法的驗證

8.1　定性組合分級方法檢驗

8.2　定量綜合分級方法檢驗

8.3　本章小結(jié)

第9章　砂質(zhì)土隧道設(shè)計參數(shù)研究

9.1　雙車道公路隧道設(shè)計參數(shù)確定原則

9.2　雙車道砂質(zhì)土公路隧道各級圍巖下的設(shè)計參數(shù)確定

9.3　雙車道公路隧道各級圍巖下初期支護參數(shù)的確定

9.4　本章小結(jié)

結(jié)論

附錄　試驗組合及試驗結(jié)果

參考文獻2100433B

《砂質(zhì)土隧道圍巖力學(xué)參數(shù)及分級方法研究》是針對土質(zhì)隧道圍巖分級中亟待解決的幾個重點問題，對砂質(zhì)土圍巖分級體系進行了系統(tǒng)的研究，通過對國內(nèi)外大量砂質(zhì)土圍巖分級指標資料的調(diào)研和統(tǒng)計分析，建立了比較符合工程實際的砂質(zhì)土圍巖分級指標體系，并給出了各指標的獲取方法。以砂質(zhì)土圍巖自穩(wěn)性為研究基礎(chǔ)，通過室內(nèi)土工試驗，利用數(shù)理統(tǒng)計和數(shù)據(jù)曲線圖的方法，研究了砂質(zhì)土圍巖分級指標的各種組合情況對力學(xué)指標的影響規(guī)律，得出了利用圍巖分級指標值來評定力學(xué)指標值的方法。在此基礎(chǔ)上，將分級指標值進行了分段組合。提出了能綜合反映砂質(zhì)土圍巖力學(xué)性能的砂質(zhì)土圍巖基本質(zhì)量指標SBQ的定義。提出利用砂質(zhì)土圍巖基本質(zhì)量指標SBQ值作為評定基準，將分級指標值分段組合進行自穩(wěn)性分組。以彈性力學(xué)中洞室開挖跨度與洞室周邊位移的基爾西公式為理論依據(jù)，通過有限差分法數(shù)值模擬、相似模型試驗等方法，獲得了砂質(zhì)土圍巖自穩(wěn)性。

本書主要包括：國內(nèi)外工程巖體分級現(xiàn)狀、工程巖體分級的影響因素研究、主要量化指標的相關(guān)性研究、通用的工程巖體分級、隧道及其他地下工程巖體分級、TBM施工用的圍巖分級、巖溶圍巖分級研究。

在本書撰寫過程中，參考或引用了中鐵西南科學(xué)研究院有限公司(簡稱中鐵西南院）的試驗研究成果和有單位及個人的成果，如《工程巖體分級標準》編寫組的專門論證報告、鐵道部第一勘察設(shè)計院和中鐵西南院共同主持的秦嶺隧道TBM圍巖分級的研究成果等。同時，在撰寫過程中得到了中鐵西南院領(lǐng)導(dǎo)和地質(zhì)研究室的支持和幫助。

作者從上世紀70年代至今一直從事隧道等地下工程的工程巖體（圍巖）分級的試驗研究和實踐工作。主持了鐵路隧道工程巖體分級方法研究、參與了隧道設(shè)計規(guī)范的修訂，以及《新奧法施工指南》、《工程巖體分級標準》、《公路隧道設(shè)計規(guī)范》中關(guān)于隧道調(diào)查及圍巖分級有關(guān)章節(jié)的編寫工作。將幾十年來從事工程巖體分級的經(jīng)驗和體會歸納總結(jié)出來，是作者多年的愿望。編寫本專著目的之一是使自己對工程巖體分級的認識得到進一步提高；目的之二是與同仁們共同探討工程巖體分級研究中的種種問題；目的之三是糾正時下對隧道及地下工程施工地質(zhì)預(yù)報中一些不切實際的要求，以促進此項試驗研究工作不斷向前發(fā)展。

在水利水運等工程施工過程中，經(jīng)常遇到透水性強的砂質(zhì)土層，若地下水位高，基坑開挖后，邊坡會出現(xiàn)滲水流沙，滑坡坍塌，對施工帶來影響或造成安全事故；同時基底會出現(xiàn)涌水冒沙、基底浸水、土體蠕動變形等現(xiàn)象，嚴重影響工程質(zhì)量。為確?；自瓲钔敛唤?、不撓動和工程質(zhì)量及基坑邊坡穩(wěn)定安全，必須采取有效措施進行防治。防治砂質(zhì)土層滲漏措施：① 降低水位；② 疏水堵漏；③ 調(diào)整施工方法。施工時根據(jù)土層特性、地下水位及滲漏情況、地表及周邊區(qū)域水源情況和施工具體部署，綜合防治，確保施工質(zhì)量和安全。

砂質(zhì)土降水措施

降水是施工前和施工過程中實施的措施， 目的是降低水位、克服砂質(zhì)土層滲漏，開創(chuàng)干地施工，確保施工質(zhì)量和基坑邊坡穩(wěn)定安全。降水方法有多種，選取經(jīng)濟有效的方法，需要統(tǒng)籌考慮地下水位，砂質(zhì)土層特性及分布，地表及周邊水源、基坑深度及施工方法等。 無論采取什么降水方法， 必須切斷補給水源，否則降水效果差或出現(xiàn)水循環(huán)現(xiàn)象。

輕型井點降水是施工前和施工過程中常采用的有效的降水方法，其適應(yīng)性強、降水效果較好，但成本高，特別對于河（航）道、開挖埋管等線狀性工程，降水設(shè)備投入大，工程量大。為降低成本，必須形成先降水、后施工的有序連續(xù)作業(yè)，降水一段，施工跟進一段，切忌全線鋪開實施。

滲水溝形式為倒梯形，其底要低于工程基礎(chǔ)面一定深度（ 0.5m 以下），距離工程不宜太遠，滲水時間不宜太短，以確保滲水效果。采用這種超前挖溝降水方法投入低，特別適宜于新開挖河（航）道工程，先挖河道中心部位土方（挖至基礎(chǔ)面下 30～50cm）并降水，后進行基礎(chǔ)施工?？扇侀_實施，效果很好 。

砂質(zhì)土防滲堵漏措施

袋裝碎石封堵反濾

基坑開挖后，因地下水位高，基底或基坑邊坡局部產(chǎn)生滲水、流沙現(xiàn)象，采用袋裝碎石封堵流沙口，可有效地阻止流沙，避免基底原狀土流失掏空、基坑邊坡滑動等現(xiàn)象。

插管疏流并覆蓋反濾層

基坑開挖后，在坡面或基底出現(xiàn)涌水流沙現(xiàn)象，這時必須采取措施封堵流沙。方法是在涌水流沙口插入 PVC 小管（在管壁上鉆孔、用土工布包裹）將流水進行疏導(dǎo)，同時在周邊覆蓋土工布、碎石等反濾層，可以有效地控制流沙，避免原狀土流失和坡面因流沙而喪穩(wěn)。

掛網(wǎng)噴漿護坡

基坑開挖，因邊坡滲水較大，危及邊坡穩(wěn)定性或基坑周邊建筑物因基坑滲水而產(chǎn)生破壞性沉降變形時，須對邊坡進行防滲處理，常采取在坡面掛置鋼筋網(wǎng)或鐵絲網(wǎng)片、噴漿（細石混凝土或砂漿）封閉、護坡，起到防滲防漏效果。 這種方法適用于坡面暴露時間長、滲水流沙比較嚴重、附近建筑物需要保護的特殊情況。若基坑開挖，因邊坡滲漏可能導(dǎo)致周邊建筑物產(chǎn)生損害變形，對邊坡進行噴漿封閉防滲處理后仍有安全隱患時，要采取施工防滲等圍幕措施。上述幾種防滲堵漏措施，一般適應(yīng)于特殊的局部滲漏處理， 在施工過程中根據(jù)實際情況并結(jié)合施工技術(shù)、設(shè)備靈活選用。

王石春，研究員，注冊巖土工程師，1961年畢業(yè)于北京大學(xué)地質(zhì)系構(gòu)造地質(zhì)專業(yè)。從事工程地質(zhì)研究和巖土工程勘測設(shè)計、技術(shù)咨詢工作40多年。曾任中鐵西南研究院工程地質(zhì)研究室主任及學(xué)術(shù)委員會副主任、中國地質(zhì)學(xué)會工程地質(zhì)專業(yè)委員會委員、四川省巖石力學(xué)協(xié)會副秘書長等職。在隧道工程地質(zhì)、圍巖分級、地質(zhì)災(zāi)害的防治與預(yù)報等方面有較高的造詣，是國務(wù)院政府特殊津貼專家、鐵道部“有突出貢獻中青年專家”、國家計委國際咨詢公司專家、自然科學(xué)基金項目評議專家。

主持和參加過國家以及鐵道部、交通部、文化部等部委的重大科研項目20多項。其中作為主要完成人完成的“大瑤山特長隧道修建新技術(shù)”獲國家科技進步特等獎、“秦嶺特長隧道TBM圍巖分級及參數(shù)測試技術(shù)”獲中國鐵路工程總公司科技成果一等獎。此外，獲部級科技進步二等獎l項、三等獎2項、四等獎多項。

是《工程巖體分級標準》（GB50218—94)、《公路隧道設(shè)計規(guī)范》（JTGD70一2004)圍巖分級章節(jié)主要編寫人。

近20多年參加了新建鐵路隧道、公路隧道等重大工程如廣州地鐵、南京地鐵、深圳地鐵、成都地鐵以及三峽工程的工程地質(zhì)方面的技術(shù)咨詢和評審工作，擔(dān)任了多項重大隧道工程建設(shè)監(jiān)理項目的顧問。

主要論文著作：A Proposal　FOR ROCK CLASSIFICATION IN TunneL Engineering（第四屆國際工程大會論文集，1982，New Delhi)《軟弱巖中鐵路隧道圍巖穩(wěn)定性及其控制》（巖石力學(xué)與工程學(xué)報，1982年第1卷第1期）等。