砂质土隧道围岩力学参数及分级方法研究

王玉锁，男，1974年6月生，2008年西南交通大学土木工程学院桥梁与隧道工程专业博士研究生毕业，副教授，硕士生导师，现为西南交通大学蛾眉校区土木工程系教师。主要从事有关隧道及地下工程方面的教学和科研工作，参与了交通部（现交通运输部）、铁道部等多项重大省部级科研项目，已在国内权威性学术期刊上发表论文10余篇。

第1章　绪论

1.1　研究的背景及意义

1.2　砂质土围岩分级研究现状

1.3　砂质土围岩分级研究的薄弱环节及存在的问题

1.4　本书研究的主要内容

1.5　本书研究的技术路线与主要研究方法

第2章　砂质土围岩分级指标体系研究

2.1　砂质土围岩分级指标的选取

2.2　分级指标获取方法

2.3　本章小结

第3章　砂质土围岩力学性能研究

3.1　土工试验设计

3.2　基本分级指标对砂质土力学参数的影响

3.3　基本分级指标值的组合

3.4　本章小结

第4章　砂质土围岩基本质量指标SBQ

4.1　基本思路

4.2　砂质土围岩基本质量指标SBQ的提出

4.3　SBQ与基本分级指标关系的试验研究

4.4　砂质土围岩力学指标与SBQ的关系

4.5　本章小结

第5章　砂质土围岩自稳性研究

5.1　砂质土围岩自稳性机理研究

5.2　隧道失稳位移判据探讨

5.3　砂质土围岩自稳性分组

5.4　数值模拟分析

5.5　相似模型试验分析

5.6　本章小结

第6章　砂质土围岩分级方法研究

6.1　砂质土围岩分级理论标准建立

6.2　砂质土围岩分级组合标准建立

6.3　砂质土围岩分级综合标准建立

6.4　砂质土围岩分级修正方法

6.5　本章小结

第7章　砂质土围岩物理力学指标值研究

7.1　调研资料分析

7.2　室内试验结果分析

7.3　SBQ预测结果分析

7.4　砂质土围岩物理力学指标值

7.5　本章小结

第8章　砂质土围岩分级方法的验证

8.1　定性组合分级方法检验

8.2　定量综合分级方法检验

8.3　本章小结

第9章　砂质土隧道设计参数研究

9.1　双车道公路隧道设计参数确定原则

9.2　双车道砂质土公路隧道各级围岩下的设计参数确定

9.3　双车道公路隧道各级围岩下初期支护参数的确定

9.4　本章小结

结论

附录　试验组合及试验结果

参考文献2100433B

《砂质土隧道围岩力学参数及分级方法研究》是针对土质隧道围岩分级中亟待解决的几个重点问题，对砂质土围岩分级体系进行了系统的研究，通过对国内外大量砂质土围岩分级指标资料的调研和统计分析，建立了比较符合工程实际的砂质土围岩分级指标体系，并给出了各指标的获取方法。以砂质土围岩自稳性为研究基础，通过室内土工试验，利用数理统计和数据曲线图的方法，研究了砂质土围岩分级指标的各种组合情况对力学指标的影响规律，得出了利用围岩分级指标值来评定力学指标值的方法。在此基础上，将分级指标值进行了分段组合。提出了能综合反映砂质土围岩力学性能的砂质土围岩基本质量指标SBQ的定义。提出利用砂质土围岩基本质量指标SBQ值作为评定基准，将分级指标值分段组合进行自稳性分组。以弹性力学中洞室开挖跨度与洞室周边位移的基尔西公式为理论依据，通过有限差分法数值模拟、相似模型试验等方法，获得了砂质土围岩自稳性。

本书主要包括：国内外工程岩体分级现状、工程岩体分级的影响因素研究、主要量化指标的相关性研究、通用的工程岩体分级、隧道及其他地下工程岩体分级、TBM施工用的围岩分级、岩溶围岩分级研究。

在本书撰写过程中，参考或引用了中铁西南科学研究院有限公司(简称中铁西南院）的试验研究成果和有单位及个人的成果，如《工程岩体分级标准》编写组的专门论证报告、铁道部第一勘察设计院和中铁西南院共同主持的秦岭隧道TBM围岩分级的研究成果等。同时，在撰写过程中得到了中铁西南院领导和地质研究室的支持和帮助。

作者从上世纪70年代至今一直从事隧道等地下工程的工程岩体（围岩）分级的试验研究和实践工作。主持了铁路隧道工程岩体分级方法研究、参与了隧道设计规范的修订，以及《新奥法施工指南》、《工程岩体分级标准》、《公路隧道设计规范》中关于隧道调查及围岩分级有关章节的编写工作。将几十年来从事工程岩体分级的经验和体会归纳总结出来，是作者多年的愿望。编写本专著目的之一是使自己对工程岩体分级的认识得到进一步提高；目的之二是与同仁们共同探讨工程岩体分级研究中的种种问题；目的之三是纠正时下对隧道及地下工程施工地质预报中一些不切实际的要求，以促进此项试验研究工作不断向前发展。

在水利水运等工程施工过程中，经常遇到透水性强的砂质土层，若地下水位高，基坑开挖后，边坡会出现渗水流沙，滑坡坍塌，对施工带来影响或造成安全事故；同时基底会出现涌水冒沙、基底浸水、土体蠕动变形等现象，严重影响工程质量。为确保基底原状土不浸水、不挠动和工程质量及基坑边坡稳定安全，必须采取有效措施进行防治。防治砂质土层渗漏措施：① 降低水位；② 疏水堵漏；③ 调整施工方法。施工时根据土层特性、地下水位及渗漏情况、地表及周边区域水源情况和施工具体部署，综合防治，确保施工质量和安全。

砂质土降水措施

降水是施工前和施工过程中实施的措施， 目的是降低水位、克服砂质土层渗漏，开创干地施工，确保施工质量和基坑边坡稳定安全。降水方法有多种，选取经济有效的方法，需要统筹考虑地下水位，砂质土层特性及分布，地表及周边水源、基坑深度及施工方法等。 无论采取什么降水方法， 必须切断补给水源，否则降水效果差或出现水循环现象。

轻型井点降水是施工前和施工过程中常采用的有效的降水方法，其适应性强、降水效果较好，但成本高，特别对于河（航）道、开挖埋管等线状性工程，降水设备投入大，工程量大。为降低成本，必须形成先降水、后施工的有序连续作业，降水一段，施工跟进一段，切忌全线铺开实施。

渗水沟形式为倒梯形，其底要低于工程基础面一定深度（ 0.5m 以下），距离工程不宜太远，渗水时间不宜太短，以确保渗水效果。采用这种超前挖沟降水方法投入低，特别适宜于新开挖河（航）道工程，先挖河道中心部位土方（挖至基础面下 30～50cm）并降水，后进行基础施工。可全铺开实施，效果很好 。

砂质土防渗堵漏措施

袋装碎石封堵反滤

基坑开挖后，因地下水位高，基底或基坑边坡局部产生渗水、流沙现象，采用袋装碎石封堵流沙口，可有效地阻止流沙，避免基底原状土流失掏空、基坑边坡滑动等现象。

插管疏流并覆盖反滤层

基坑开挖后，在坡面或基底出现涌水流沙现象，这时必须采取措施封堵流沙。方法是在涌水流沙口插入 PVC 小管（在管壁上钻孔、用土工布包裹）将流水进行疏导，同时在周边覆盖土工布、碎石等反滤层，可以有效地控制流沙，避免原状土流失和坡面因流沙而丧稳。

挂网喷浆护坡

基坑开挖，因边坡渗水较大，危及边坡稳定性或基坑周边建筑物因基坑渗水而产生破坏性沉降变形时，须对边坡进行防渗处理，常采取在坡面挂置钢筋网或铁丝网片、喷浆（细石混凝土或砂浆）封闭、护坡，起到防渗防漏效果。 这种方法适用于坡面暴露时间长、渗水流沙比较严重、附近建筑物需要保护的特殊情况。若基坑开挖，因边坡渗漏可能导致周边建筑物产生损害变形，对边坡进行喷浆封闭防渗处理后仍有安全隐患时，要采取施工防渗等围幕措施。上述几种防渗堵漏措施，一般适应于特殊的局部渗漏处理， 在施工过程中根据实际情况并结合施工技术、设备灵活选用。

王石春，研究员，注册岩土工程师，1961年毕业于北京大学地质系构造地质专业。从事工程地质研究和岩土工程勘测设计、技术咨询工作40多年。曾任中铁西南研究院工程地质研究室主任及学术委员会副主任、中国地质学会工程地质专业委员会委员、四川省岩石力学协会副秘书长等职。在隧道工程地质、围岩分级、地质灾害的防治与预报等方面有较高的造诣，是国务院政府特殊津贴专家、铁道部“有突出贡献中青年专家”、国家计委国际咨询公司专家、自然科学基金项目评议专家。

主持和参加过国家以及铁道部、交通部、文化部等部委的重大科研项目20多项。其中作为主要完成人完成的“大瑶山特长隧道修建新技术”获国家科技进步特等奖、“秦岭特长隧道TBM围岩分级及参数测试技术”获中国铁路工程总公司科技成果一等奖。此外，获部级科技进步二等奖l项、三等奖2项、四等奖多项。

是《工程岩体分级标准》（GB50218—94)、《公路隧道设计规范》（JTGD70一2004)围岩分级章节主要编写人。

近20多年参加了新建铁路隧道、公路隧道等重大工程如广州地铁、南京地铁、深圳地铁、成都地铁以及三峡工程的工程地质方面的技术咨询和评审工作，担任了多项重大隧道工程建设监理项目的顾问。

主要论文著作：A Proposal　FOR ROCK CLASSIFICATION IN TunneL Engineering（第四届国际工程大会论文集，1982，New Delhi)《软弱岩中铁路隧道围岩稳定性及其控制》（岩石力学与工程学报，1982年第1卷第1期）等。