1 引言

 

  通過從分析巖石地質本質性、物理本屬性到力學本構性的討論，王思敬[1]建立了巖石力學與地質學深入結合的知識通道。從地質本質性和力學演繹兩端元出發(fā)，將巖石力學和工程地質更緊密地融合在一起。從可操作技術方法層面看，工程地質分區(qū)、分組和巖體質量分級有各自的方法、手段，其依據和使用層次范圍各不相同，服務工程階段也有差別，但它們之間存在一些交叉和重疊。巖石力學中常采用的巖塊工程分類、巖體質量分級等，服務于工程設計和施工的目標更為具體。本文結合隧道工程實踐中多不良地質體條件下不同建設階段巖體質量級別判別結果明顯不同的原因分析，對這些方法進行對比，討論了它們在巖石工程中分階段、分層次、分類型的應用特征，為進一步發(fā)展和融合這些具體技術方法提供基礎。

 

  在地質建造和構造改造基礎上，結合物理力學性質而給出的工程地質巖組，為工程地質分區(qū)和工程地質條件評價提供了依據[2]，其作用主要在于對地質體的歸并定性認識，為工程地質問題分析和大尺度超前地質預報提供了基礎。以RMR[3]和Q[4]等為代表的巖體質量分級體系，是力學參數提取和設計的重要依據。地質條件簡單情況下，分級體系量化意義比較大，而復雜地質(如不良地質體大量出現)條件下，工程地質巖組對復雜問題的認識和刻畫意義更大，有利于分析認識變形破壞模式，也能較好地解釋不同建設階段巖體質量級別差別較大的原因。

 

  2 工程地質巖組與條件評價

 

  完整巖石工程地質分類、工程地質巖組、結構面分級、結構體分級、巖體結構分類和工程地質分區(qū)，構成了巖體工程地質力學觀點指導下的可操作的技術方法，也成為了工程地質條件評價的基本內容、基礎和依據(見圖1)。其中，工程地質條件評價是目標，核心是工程地質問題預測，工程地質巖組和工程地質分區(qū)等是研究結果的表現形式和工程應用的接口。圖1 中，虛線框表示分級或分類，而點線框表示對應的實線框中的要素所包含的因子。粗實線框表示的工程地質分區(qū)、工程地質問題預測、巖體結構、工程地質巖組、結構面和巖體質量分級，系不同層次上工程地質研究主要內容和要素。

 

  完整巖石工程地質分類基本上以抗壓強度和彈性模量為準，是概括性分類，便于對巖體重要組成部分的結構體的物理力學屬性進行綜合認識。以對數表示的橫坐標為軸向抗壓強度分級(A～E5 級)、縱坐標為彈性模量，以彈性模量比500∶1 和200∶1 分別作為上限和下限，將巖石劃分為高彈性模量比H、中彈性模量比M 和低彈性模量比L。凡具有鑲嵌結構、各向異性不顯著的巖石都落在M 范疇之內。多數火成巖屬于此級。

 

  在巖體工程地質力學研究中，巖組是指巖石的工程地質組合。正確的劃分巖組有利于對巖體結構的認識，有利于對巖體穩(wěn)定性進行評價分析，有利于工程技術人員對工程地質資料的應用。巖組劃分以巖體工程地質力學(即巖體結構控制巖體穩(wěn)定)觀點為出發(fā)點，即其原則[5]。由于工程巖體比地質體小很多倍，巖組劃分不能過大，必須在建造類型基礎上進行。工程地質巖組一般是為工程規(guī)劃和設計服務的，其所對應的結構面和結構體的級別一般都比較低，而非大區(qū)域范圍上的宏觀。結合金川礦區(qū)巖石建造發(fā)育特征，許 兵等[2]依據巖石成因類型及巖性、巖相變化等4 個方面的因素，將露天礦區(qū)的巖石劃分為混合巖巖組等13 個工程地質巖組。

 

  結構面分級是據斷裂和其他成因的地質結構面的規(guī)模(延展長度和寬度)而開展的5(I～V)級劃分。

 

  它們在地質體結構中占主導地位，構成了不同級序地質結構體邊界。不同級序地質結構控制著不同規(guī)模的工程地質問題[5-6]。

 

  結構面的層次性決定了結構體的大小及其分級。從I 級(地質體或斷塊體)、II 級(山體)、III 級(塊體)，到IV 級(巖塊)，其在巖體穩(wěn)定分析中所起的作用也不同。

 

  在對結構面、結構體形成過程和特性研究的基礎上，據結構面發(fā)育程度和特性、結構體組合排列和接觸形態(tài)，可將巖體結構劃分為4 種類型：I類：整體狀結構(包括整體和塊狀結構)；II 類：層狀結構(包括層狀結構和薄層或板狀結構)；III 類：

 

  碎裂結構(包括鑲嵌結構、層狀碎裂結構和碎裂結構)；IV 類：散體結構。巖體結構分類已被巖石工程學術界和工程界廣為接受，被編寫進了規(guī)范和教科書。王思敬[1]綜合考慮巖石成巖和演化過程、主要物質組成和結構、基本工程特性，將工程巖體劃分為節(jié)理(塊)狀J、層狀L 和碎裂巖體C 三類，并指出由鑲嵌結構、碎裂結構和松軟結構組成的碎裂結構巖體一般構成工程場地最差的部位，并進一步對其做3～5 類工程分級。

 

  工程地質條件評價是對與工程有關的地形地貌等6 個要素的總體進行綜合分析和論證，定性和定量說明工程地質條件的優(yōu)劣。工程地質問題分析是工程地質工作的中心環(huán)節(jié)和研究的核心，在此基礎上才能做出工程地質評價、工程地質結論和處理措施方案[7]。工程地質問題的分析和預測也構成了大尺度超前地質預報的主要內容。

 

  工程地質分區(qū)是將所研究的范圍按其工程地質條件和評價的共同性和差異性劃分為不同的區(qū)段。

 

  不同區(qū)段上條件不同，而同一區(qū)段內地質工程修建和使用條件相似。一般工程地質分區(qū)的級序有四級，即一為區(qū)域，二為地區(qū)，三為亞區(qū)和四為地段。

 

  一般而言，分區(qū)的依據是工程地質條件評價，側重于內外動力地質作用、水–巖相互作用、人類活動和地質災害特征等。其目的是為地質災害預防和工程設計提供依據，已由工程地質條件定性分析發(fā)展到用多因素綜合量化的分區(qū)指標。

 

  3 巖體質量分級與巖石工程設計

 

  巖塊和巖體的工程分類一直是工程地質和巖體力學的基本研究課題之一。國內外關于巖塊和巖體的分類已有數十種，絕大部分是上世紀60 年代以后提出的，在巖石工程實踐中不斷得到應用和發(fā)展的有我國國標和不同部門的(BQ[9]，HC[10]，Z[5]指標/法等)分類、國際上的(RQD[11]，RMR[3]，Q[4]，GSI[12]等)分類。在工程地質要素和分類研究基礎上，采用對巖體質量起控制作用的3 個內因：巖體完整性、結構面抗剪特性和結構體或巖塊堅強性，谷德振提出了用于評價巖體質量優(yōu)劣的巖體質量系數Z：Z = I f S (1)式中：I = 2 2Vm /Vr 為巖體完整性系數， m V 為巖體中縱波速度； r V 為巖石標本中縱波速度；f = tg?為結構面的摩擦因數；S = Rc/100 為巖塊堅強系數，Rc 為巖塊的飽和單軸抗壓強度。

 

  式(1)中的3 個內因成為了后續(xù)許多巖體分類中計算巖體質量指標的基本因子，如國標的巖體質量基本指標(BQ)、地質體強度指標(GSI)圖形中的2 個關鍵因素(巖體完整程度和結構面特性)等。這些分類方法和指標可歸納為2 個系統，即以圍巖強度為基礎和以圍巖穩(wěn)定性為基礎。后者還可分為定性描述、定量指標法(和差法、積商法)。圖2 中五分法和其他所列為使用較多方法和指標，包括以不同部門規(guī)范形式給出的指標。

 

  巖體分類數量上一般以五級為主，還有三級、四級、七級和九級等?？紤]工程施工條件和技術水平，鐵道部門提出了6 級隧道圍巖分級方案[21]，水利部門提出了16 級巖土開挖分級方案，這2 個方案中都考慮了土體的存在和影響，尤其是后者對土就劃分了4 個類別。在壩基或渠道開挖過程中，施工場地常位于地下水位以上而挖掘的巖土多是干燥、不飽水的，不同于一般地下工程圍巖分類中通常采用巖石單軸飽和抗壓強度值作為重要的分類指標之一。

 

  在巖石工程規(guī)劃、設計和施工過程中，巖體質量類別會發(fā)生一定變化，從而不得不做出一些調整，這固然與不同勘察階段對地質體揭露部位和相應的認識程度逐漸提高有關，也不可避免地存在圍巖受到工程施工擾動影響，例如，不同規(guī)模環(huán)向剪切裂紋的貫通、一定范圍內松動圈的形成等，使巖體質量得到劣化，巖體質量級別上會有相應的降低?；诖硕岢龅膭討B(tài)設計理念和理論研究[23]就具有很重要的意義。

 

  4 工程地質巖組與巖體質量關系

 

  基于巖石建造和巖體結構控制論的工程地質巖組、為巖體強度或穩(wěn)定性而實施的巖體質量分級，具有不同的特點和適用范圍。前者粗略但抓住了控制性結構和巖性組合，后者為設計和施工提供類比以及力學參數范圍，但在復雜地質條件下尺度分辨率、方向及因素劃分上存在一些問題，難以界清變形破壞模式，需與巖組結合起來。

 

  國內外針對不同類型工程、不同的地質條件，先后出現過多種巖體質量分類方案和方法，常用的如國標法(BQ)、鐵路隧道圍巖分級、巴頓的Q值法、南非的RMR 方法，以及近些年來受關注的地質體強度指標法(GSI)。

 

  巖體分級所采用的多指標和差法、積商法計算，基本上是將幾個關鍵指標當作權重相同或均等而做的數學上的加法和乘積運算。通過對巖石工程出現的大量問題分析發(fā)現，在不同的地質條件下，各因素和指標的權重或作用不是均等的，這也是同樣質量級別巖體，出現問題與否及嚴重程度往往很不相同的原因。也即地質體結構是分不同層次的，影響因素也非均等作用，呈現出不同變形破壞模式，且隨施工過程發(fā)生動態(tài)調整。結構層次性和因素權重在巖體質量計算方法中基本沒有體現。這樣就出現了地質條件簡單情況下用巖體質量分類，而在復雜地質條件下，巖體質量分級意義降低轉而要去對地質因素和環(huán)境條件做剖析。從這方面上看，工程地質巖組在復雜地質條件下有較好的適用性。例如，同樣是硬巖，石英巖因脆性高、強度大，結構上表現出裂而不斷的特點，用巖體質量來刻畫級別會偏低；泥化夾層或云母片巖透鏡體等不良地質體因為體積小、厚度有限，在巖體質量分級區(qū)段中難以很好體現或分辨出來，但工程地質巖組可將其提取出來，有利于認識其變形破壞過程，為動態(tài)設計、及時甚至超前處理提供依據。

 

  巖體分級所考慮因素不盡相同，一方面取決于工程類型和規(guī)模，另一方面與地質條件特點和復雜程度密切相關。對于同一條隧道埋深不同的洞段，風化殼分帶有時和淺埋段的圍巖分級交叉在一起而使評價方法更需綜合性。這從一個側面體現了工程地質巖組劃分和巖體質量分級要有機結合起來的必要性和可行性。

 

  5 工程應用

 

  5.1 工程簡介

 

  雁門關隧道位于山西省朔州市山陰縣與忻州市代縣交界地區(qū)，全長14 085 m(南進口DK110+840，北出口DK124+935)，設計為單洞雙線橢圓形隧道。

 

  據圍巖級別不同，跨度為13.46～13.66 m，高為11.26～11.71 m。頂拱高程為進口1 104.2 m、出口1 162.8 m，人字形最高處1 179.85 m，最大埋深約802 m(樁號115+200)。

 

  隧道穿越總體60°走向恒山山脈，海拔1 103 m(隧道北端)～1 947 m(隧道中段)，相對高差844 m，地形起伏較大，由中段向南北兩端逐漸降低，屬中山(海拔高程1 000～3 500 m)地貌。以地表分水嶺為界，線路北段溝谷屬海河流域桑干河水系，南段屬海河流域滹沱河水系。

 

  五臺山—恒山花崗巖—綠巖帶的總體構造格架，是被若干整合斷層–韌性剪切帶、逆沖斷層、拆離斷層等分割開的構造片體。施工過程中遇到了大變形、突水、突泥等問題，層間剪切和潰曲構成了圍巖破壞機制。

 

  5.2 巖體結構類型

 

  層狀結構、塊狀結構、鑲嵌結構和碎裂結構構成了本區(qū)主要巖體結構類型，其中對圍巖穩(wěn)定性影響較大的是層狀～碎裂結構。

 

  5.2.1 層狀結構

 

  最為發(fā)育的結構，結構面主要為片麻理、片理和節(jié)理。結構體形狀為板狀、楔形，有厚層、中層、薄層和薄互層。前者主要為斜長角閃巖、黑云變粒巖，薄層主要為云母片巖、角閃斜長片麻巖、輝綠巖脈、鉀長花崗巖脈等。這類結構常構成層間剪切帶，出現擠壓大變形和構造偏壓。

 

  5.2.2 塊狀結構

 

  結構面主要為節(jié)理，結構體形式主要為塊狀和柱狀。主要巖性為花崗片麻巖，其次為受構造破壞輕微的斜長角閃巖和黑云變粒巖等。常構成主要含水層，也是開挖中常發(fā)生局部掉塊塌方部位。

 

  5.2.3 鑲嵌結構

 

  結構體多呈菱形、錐形，結構面常為幾組巖脈和節(jié)理，它們交切穿插形成了鑲嵌結構，常見到小的斷層錯動帶。常出現在斷層影響帶和巖脈侵入接觸帶，整體上強度高，但斷續(xù)明顯，不連續(xù)性顯著，跨度大時會出現塌方。

 

  5.2.4 碎裂結構

 

  結構體為碎塊狀，結構面為節(jié)理、斷層及巖脈，多組結構面交叉、劈理發(fā)育。巖體完整性破壞較大，強度受斷層及軟弱結構面控制，對地下水作用敏感，巖體穩(wěn)定性較差。在開挖施工中易產生塌方、冒頂。

 

  要求支護緊跟，注意灌漿和圍巖加固處理，對于隧道工程，要求加密圍巖變形量測、加強襯砌和注意有效排水。

 

  5.3 工程地質巖組

 

  根據地層巖性分布特點及其相應的工程地質力學特性，將雁門關隧道區(qū)巖體劃分出4 個工程地質巖組，即花崗片麻巖組、角閃云母片巖組、薄互層巖組和斷層破碎帶(包括核心帶、破碎帶和斷層影響帶)。

 

  5.3.1 花崗片麻巖組

 

  包括英云閃長片麻巖、長英質片麻巖(TTG)和斜長角閃巖，巖石堅硬，塊狀結構，一般發(fā)育2～4組節(jié)理，以塊體滑落為主要變形破壞形式。當其作為巖脈形式時，會出現局部脆性碎裂構造，破碎成碎塊或粉末狀，預示著沿張性結構面侵入的花崗偉晶巖脈，在后期應力場改變等作用下，沿著原來的斷層發(fā)生了構造擠壓破碎。裂隙發(fā)育，往往構成導水和富水層。在地下水作用下，其結構力學強度降低，勘察階段對34 組較堅硬的完整巖石在不同條件下的單軸抗壓強度試驗結果的對比說明了這一點。巖石力學性質受軟化效應影響，尤其是北部軟弱巖石較多區(qū)段，飽和巖石強度比干燥和天然狀態(tài)下的結果都要小。

 

  反映了巖石軟化特性，尤其是隧道北部巖石對水的敏性較強。值得注意的是，在雁門關(118+159.1 ）之南，3 個巖樣的強度普遍很低。筆者對似層狀淺色英云閃長片麻巖(YM122)和灰黑色條帶狀片麻巖(YM123)2 個力學大樣的試驗結果投影在對應位置上，也說明了這一點。

 

  本巖組主要分布在隧道南部，主要為雁門關南部3 號斜井大里程以南部分。在隧道出口高切坡部位觀測到花崗片麻巖與角閃巖間呈差異風化和侵入蝕變接觸，接觸帶破碎。

 

  5.3.2 角閃云母片巖組

 

  以綠泥石片巖、輝綠巖、云母片巖為主，常構成軟弱夾層，易發(fā)展成泥化夾層，是重要的不良地質結構面和不良地質體。它們呈透鏡體狀、軟弱夾層狀，力學強度各向異性明顯，對水作用敏感，飽和時抗剪強度降低很多，在高壓水頭作用下甚至喪失。這部分層厚不大，但分布廣。在地表呈現為窄的風化槽，在地下其與較硬巖層接觸時，常成控水、控穩(wěn)結構面，尤其是下界面的遇水軟化作用更為明顯，易沿其發(fā)生滲水和塌方。

 

  5.3.3 薄互層巖組

 

  系表殼巖金崗庫巖組中的中酸性、中性、基性火山沉積變質巖軟硬互層和多層的薄層狀結構巖體。其各向異性明顯，富水性和導水性差，其中更差的是偏基性巖石，易風化或熱液蝕變成高嶺土和綠泥石等對水敏感的黏土礦物。沉積–火山變質巖常與條帶狀磁鐵石英巖在一起，是構成本區(qū)除斷層破碎帶、層間剪切(錯動)帶之外造成塌方和不利變形的重要巖組，數次塌方與此套巖組關系密切，值得關注。

 

  從巖性看，基性巖脈基礎上發(fā)育的蝕變巖顏色暗（暗綠灰色），無構造痕跡，性狀與其他圍巖差別大，富含黏土礦物。

 

  這部分巖組在長期擠壓條件下含水性較弱，因含長英質細脈和泥化而常表現出高電阻率，單位長度內巖脈、層間剪切帶變化頻率較大，這也使得電法物探分辨率效果不夠好。

 

  5.3.4 斷層破碎帶巖組

 

  以斷層破碎帶、熱液蝕變帶等碎裂–散體結構為特色，巖體極度破碎，構成導水和富水區(qū)。在深部隧道中斷層泥比較發(fā)育，表現出規(guī)模不等的泥化夾層，規(guī)模大時表現為從邊緣向中心的影響帶、破碎帶和斷層泥的3 帶分區(qū)現象。隧道穿越多會發(fā)生塌方和突水(泥)。尤其是在幾條斷層交匯處，破壞影響程度和范圍更突出，甚至可發(fā)生巖屑流。在地質點YM36 觀測到一寬達30 m 的斷層破碎帶，含兩層陡立斷層泥，中間部位為泥餅狀含石榴石斜長角閃片麻巖，斷層產狀134?∠70?。在點YM129 觀測到11 m 寬斷層破碎帶，含有2 套斷層泥，產狀10?∠49?。

 

  5.4 工程地質巖組與巖體結構對應性

 

  上述 4 套工程地質巖組和4 種巖體結構大致對應關系如圖4 所示。一般而言，花崗片麻巖為主組成的TTG，片麻理本身對巖石強度影響并不很大，常呈整體～塊狀，部分呈中厚層狀。角閃云母片巖組構成軟弱夾層，其與花崗巖接觸界面往往產生蝕變、構造錯動等，層狀結構和(板)碎裂結構較有特色。薄互層巖組因軟硬巖石層間結合不好，易沿其錯動、張開和破裂，顯示出層狀結構。

 

  由于本區(qū)廣泛存在片麻理和片理，在構造影響強烈部位表現為層狀碎裂結構，局部甚至成為散體結構，易出現塌方、巖屑流災害。

 

  軟硬互層和兩者之間的弱聯結，以及由此派生的整合斷層、層間剪切和控制性軟弱結構面(泥化夾層)是雁門關隧道的巖體結構特點，即層狀結構、層狀～塊狀結構、層狀～碎裂結構組成了不同地段的地質結構類型，表現出獨特的偏壓、順層剪切等變形破壞特點。

 

  5.5 工程地質分區(qū)

 

  對上述 4 種工程地質巖組的分布情況進行區(qū)分，尤其是對表殼巖組成結構細化、空間變化規(guī)律的認識等問題開展研究，以使分區(qū)和工程地質問題更好地結合起來，為科學動態(tài)設計、預防地質災害提供服務。

 

  在綜合有關地質構造圖、變質巖分區(qū)圖基礎上，提出了將本區(qū)(代縣–繁峙之間沿恒山山脈長30km、寬約20 km 的山地范圍內)劃分為東西向3 個區(qū)，南北向12 個亞區(qū)的方案，供線路選擇和設計時參考。因恒山西段NE 向構造發(fā)育，巖性和構造帶呈NE 方向延伸、NW 方向交替變化，故分帶上應考慮這一特點。

 

  從西向東這3 個區(qū)(I～III)和12 個亞區(qū)的工程地質特點和有關工程地質問題各不相同，它們的地質特點概況列于表2 中?？傮w看本區(qū)工程地質條件可評價為中～差。

 

  表2 中的巖性只給出了有代表性的，并沒有全面、細致的介紹和區(qū)分。工程地質條件評價，對各個亞區(qū)進行區(qū)域上概略打分，工程地質條件從好到差分數值為1～5，對應于相對好～非常差。其中，備注中的內容是已經出現和發(fā)生的突出工程地質問題。就目前所收集到的有關資料和地質調查初步認識看，12 個亞區(qū)中有3 個亞區(qū)的情況最差，分別是I–2，II–2 和III–4，在線路選擇和設計時，需引起注意。

 

  5.6 巖體質量分級方法及結果對比

 

  隧道施工過程中發(fā)現大量不良地質體(如層狀～碎裂結構的薄互層巖組、角閃云母片巖組)，對工程安全和施工進度產生了重大影響。這提示地質調查、物探和鉆探須緊密結合、互相補充、綜合判斷分析。而且隨著工程實踐的積累，典型工程類比的意義仍會比較大。已通車的大運(大同—運城)高速公路，其隧道底板高出雁門關隧道底板(1 130 m)300 m 多。現鐵路隧道在這樣低的高程上受地應力和地下水影響更甚，尤其是大斷面快速開挖擾動情況下，原軟弱圍巖級別會明顯降低。

 

  據鐵路隧道設計規(guī)范[21]、國家?guī)r體分級BQ 值[9]、國外常用的Q[4]，RMR[3]值，綜合鉆探巖芯、地應力測試結果和埋深、洞隧道內地質調查、地質結構面(片麻理、節(jié)理、巖脈)統計，得到不同斷面相應巖體質量計算結果。圖5 和6 所示結果是一次完成，未做二次調整參數或反復對比試湊修改，即統一標準、逐項打分、一次完成。鐵道規(guī)范、國標BQ 值、Q 值和RMR 值中，因地應力分布變化和影響情況在雁門關隧道中不很具體，賦值上偏差較大。同樣還有巖塊抗壓強度，在隧道斷面上，巖性變化較頻繁，軟巖硬巖交替或互層出現，取值上有一定人為性。

 

  地質體強度指標GSI 主要考慮結構面體積節(jié)理數和結構面表面特征，而對地下水、地應力以及結構面同隧道軸向關系沒考慮。RMR 法對擠壓、膨脹和涌水條件下的極其軟弱巖體的評價不適用。

 

  Q = 1～4 時為差(IV 級)，0.1～1 時為很差、0.01～0.1 為極差，＜0.01 為非常差。其不足之處是沒考慮隧道軸線方向與地質結構面的夾角，但其對軟弱巖石的分辨率較高，其中對斷層帶發(fā)育的隧道斷面，其Q = 0.03 時，評價為非常差，這與鐵路規(guī)范中的VI 級部分對應。Q 值結果中V 級比例很高。國標BQ 值修正后仍用原來基本巖體質量指標BQ 來分級，其修正中考慮了地下水、地應力和軸線與結構面夾角，分析評價結果相對較好。RMR 值考慮因素簡單，簡單加和法處理方便，且其結果較易理解。

 

  圖5 的圖例中，“勘察”為前期地質勘察工作給出的圍巖級別；“施工”為設計單位提供的施工開挖變更后圍巖級別；“鐵路規(guī)范”為筆者據鐵路規(guī)范[21]中6 級劃分，給出隧道內24 個地質觀測點圍巖級別，其結果僅代表現場調查時觀測點上情況，與施工給出的較大范圍圍巖級別有一定差別。

 

  隧道勘察和施工階段均實施圍巖級別判斷，2個階段結果相差達2 級。這說明復雜地質條件下，勘察階段圍巖分級和施工階段實際揭露圍巖級別間差別在隧道工程中基本存在；另一方面也說明了工程類型、規(guī)模和施工方法不同，對圍巖穩(wěn)定性影響會有一定差別，從而使以往圍巖穩(wěn)定性判別分級也需做出一定調整。施工期間巖體質量比勘察時評價普遍要低，反映了巖體在施工擾動作用下出現破壞松動而產生質量劣化。

 

  完整、全面的圍巖分級包括巖體結構分類和巖體強度判別、圍巖穩(wěn)定性分級、巖體質量分級3 個方面。但現在一般隧道工程勘察多從第3 個方面，即單純的巖體質量分級來進行，這對本地區(qū)而言還很不夠。主要在于：本區(qū)有較獨特的地質條件和特征，如地質結構面(斷層、劈理、節(jié)理、巖脈)數量多、類型多、尺度規(guī)模和方向多變(有主次之分)，巖性變化大、地下水影響明顯等，使地質條件復雜，需將這3 個方面結合起來綜合分析，判斷圍巖級別。

 

  從前期工程地質勘察工作中給出的物探剖面、鉆探結果看，對小規(guī)模的斷層，尤其是層間剪切帶重視程度不夠，但客觀上其變化頻繁性和深部擠壓條件下的閉合性，以及地表風化剝蝕和鉆探工作中隨循環(huán)泥漿的沖走和被稀釋，都會使得以層間剪切錯動和破壞為主要特色的變形破壞模式被忽略，以至于沒引起足夠重視。本區(qū)總體而言，向SE 方向傾斜、傾角50°～70°的片麻理占絕大多數，使得掌子面傾向與其傾向一致(大里程)或相反(小里程)的變形破壞情況有差別。這點在3#斜井的大里程出現二襯開裂段特突出，片麻理傾向臨空面，且其視傾角遠小于掌子面本身傾角，易產生向開挖面的剪切變形，甚至塌方。本工程實例說明了巖體結構分類、工程地質巖組、工程地質分區(qū)和巖體質量分級所考慮的因素和在不同階段所發(fā)揮的作用不盡相同，應結合起來運用。

 

  將雁門關隧道20 個調查點的不同巖體質量指標做相關分析，發(fā)現BQ 指標與Q 和RMR 值的相關系數R，遠不及其與GSI 相關系數R 值高(見圖6)。其中，圖6(b)的橫坐標的指標分級界限值主要是對RMR 結果而言，因GSI 分級界線值還不完全統一。巖體質量分級體系考慮因素不同，對不良地質體不同指標值分級結果差別較明顯，反映了地質條件復雜性不是僅靠巖體質量分級就能全面反映出來。例如，同樣對IV 級巖體，其變形破壞模式因結構不同而有潰曲、層間剪切等，須有針對性的開挖和支護方案。不同尺度巖體質量分級差別，在同一斷面上因臨空面與結構面匹配關系不同，也有不同程度和方式的變形破壞。因此施工給出的巖體質量級別與按有關分級系統得到的結果存在差別，但相差一般不會超過1 級。這些指標結果間，歸屬同一級別的相關性很好(見圖6(a)和(b)中縱橫坐標分級交叉區(qū))。這不足以解釋圖5 中不同階段巖體質量如此大的差別，但說明了巖體質量，尤其是不良地質體中結構明顯的動態(tài)變化在施工中確實發(fā)生了。

 

  為便于對比，圖6(c)還給出了RMR 與Q 關系表達式，即RMR = 8.2782lnQ+52.707。這與Z. T.Bieniawski 等[25-26]的關系式較接近。

 

  6 結論

 

  巖體結構控制論觀點指導下的工程地質巖組劃分和工程地質分區(qū)是大尺度范圍上工程地質條件分析評價的重要內容和表現形式。巖體質量分級綜合考慮了巖體本身結構和強度特征及環(huán)境條件，是設計和施工的重要依據。在復雜地質條件下對巖體結構的尺度分辨率不確定性和因素權重的均等性處理，使巖體分類應用要結合工程地質巖組，以便更好地區(qū)分不同地質要素對巖體穩(wěn)定性的不同影響，認清變形破壞模式，便于工程類比設計和超前地質預報工作的開展。

 

  在工程規(guī)劃、設計和施工階段，地質勘察精度和對地質條件認識程度不同，巖體質量級別不可避免地會出現一定程度的變更。從規(guī)劃階段開始積極運用巖體結構分類、工程地質巖組劃分，可抓住結構復雜為特色的不良地質體，大尺度范圍實施超前地質預報，這樣才可更好地同施工階段小尺度的圍巖分級結合起來，為動態(tài)設計提供更好的服務。