邢汾高速公路隧道围岩动态分级技术探讨

以河北省邢汾(邢台—汾阳)高速公路邢台至冀晋界段隧道围岩级别快速判定技术研究项目为背景,以修正后的BQ法为技术手段,对围岩分级技术进行了研究,以L10标小戈廖隧道为例,论述了隧道围岩分级的过程,确定其围岩级别为Ⅳ级。     

基于超前地质预报技术的隧道围岩分级方法研究

由于隧道围岩的复杂性及不确定性,在新奥法隧道施工过程中需要根据掌子面揭示情况对设计围岩级别及时调整。而目前现有的规范推荐方法或其他方法均无法实现快速围岩分级。根据规范的相关计算方法,结合现场探测、岩体强度测定及超前预报结果与围岩分级有关的信息,总结分级指标的换算经验公式,提出了一种基于超前地质预报技术的围岩快速分级方法,并通过对依托工程隧道进行现场实践。实践表明:本方法与规范方法的围岩分级结果基本相符,但分级指标所需工作量小、耗时少。本研究为公路隧道围岩快速分级提供了重要参考。     

基于三维重建与Unet神经网络的隧道掌子面围岩快速分级技术

围岩等级是确定和调整隧道施工方案的重要依据,为减少由于施工实际围岩等级与地勘不符造成的经济损失、安全事故等问题,可对传统围岩分级方法进行改进。依托云南文麻高速大法郎隧道,采用三维重建、图像拼接、Unet神经网络等技术,结合围岩单轴抗压强度等特性,实现基于岩体完整性和强度特征的掌子面围岩结构面特征识别和围岩级别快速评价。先采用数码相机对隧道掌子面及周边硐壁进行图像信息采集,建立完整的三维模型,后通过投影和图像拼接得到掌子面高清拼接图像; 基于Unet神经网络对掌子面图像进行节理迹线自动识别,对节理评价指标计算后得到隧道掌子面完整性信息; 最后结合其他围岩特征信息,基于BQ分级方法进行掌子面围岩分级。研究结果表明： 该围岩分级方法可获得清晰的掌子面图像,在依托工程现场较原始设计分级更符合现场实际情况,具有良好的应用性。     

基于遗传-径向基函数神经网络的公路隧道围岩定级方法

围岩分级准确与否直接关系到隧道的施工安全和工程造价。针对现阶段围岩分级方法存在的主要问题,结合宁绩高速公路隧道群施工期围岩定级实践,以国标BQ分级为基准,在大量现场测试和室内试验的基础上,引入径向基函数神经网络,并以分级结果作为遗传-径向基函数神经网络的训练样本,建立了隧道围岩分级的遗传-径向基函数神经网络模型。应用实例表明,该模型分级结果与现场勘测基本一致,为隧道围岩分级提供了一种新方法。     

地下洞室围岩分级Q值法、RMR法、BQ法相互关系研究

目前国内外围岩分级方法很多，各分级方法指标的选取及参数的取值差异性明显，导致各方法间的一致性和相互参考性较差。依托锦州地下洞库的工程实例，介绍了围岩分级Q值法、RMR法和《工程岩体分级标准》BQ法，并简单对比分析了各分级指标的差异；对分级结果进行数理分析，得到相互间数学关系；横向比较3种分级结果的可靠性。结果证明:Q值法与RMR法间相关性较好，BQ法对岩体质量的分级偏于保守，综合比选之后认为Q值法和RMR法较适用于实际工程。     

大跨度公路隧道围岩动态分级的Bayes优化

基于贝叶斯统计理论,充分重视相同或相似工程岩组已有的围岩分级信息,建立[BQ]的先验分布和后验分布概率模型,推导出[BQ]的后验分布超参数的计算公式,获得[BQ]的可信概率为1-α的可信区间,并据此对围岩动态分级进行优化。通过某大跨度公路隧道工程实例的应用,验证了该优化方法的可行性。结果表明,优化后的围岩分级有效降低了围岩动态分级结果的主观差异,据此进行的围岩定级更加合理。     

基于现场监控量测的隧道围岩分级方法

通过结合地质测量、位移反分析,对现行监控量测项目进行拓展,以寻求监控量测信息与围岩分级指标之间的定量关系,建立在施工现场快速、定量地确定(修正)围岩分级的方法。该方法基于监控量测及非确定性反分析技术,在施工现场能快速判断围岩级别,用以及时修改设计,指导现场施工。该方法有效利用了量测数据,使其更大限度地为隧道工程服务。     

禹登高速公路槐树坪隧道岩体质量评价研究

为选择合理的开挖、支护方式,对禹登高速公路槐树坪隧道进行岩体质量评价。在阐述该隧道工程地质条件的基础上,先后用BQ分级法、RMR分级法和Q分级法对岩体参数进行评分及岩体级别确定。通过岩体声波测试和岩石力学试验,基于Hoek-Brown准则从而预测岩体的力学参数,为岩石工程设计和施工提供了依据。     

大断裂区深埋特长隧道围岩分级方法研究

隧道围岩分级的准确与否对隧道建设有着重大意义,直接关系到隧道施工的安全与稳定。针对大断裂区深埋特长隧道施工中出现的断层带、褶皱区、高地应力区以及软弱夹层带等不良工程地质问题,对BQ围岩分级方法中的结构面及地应力影响因子进行了修正和细化,同时根据隧道施工中出现的软弱夹层的工程问题,新增加了软弱夹层影响因素K4这一修正指标,并据此修正BQ围岩分级方法计算公式。在此基础上,以郧十高速公路上的大华山隧道作为实例,利用修正后的围岩分级方法对其进行围岩分级,得到了与实际开挖较相符的结果,为相关隧道建设提供了指导依据。     

基于掌子面结构量化的公路隧道围岩分级方法

公路隧道围岩级别的划分是指导隧道设计、施工及地下工程岩体稳定性评价和安全风险控制的重要依据,目前在设计和施工中对隧道围岩级别的判定方法具有较多的经验性因素,且在实际隧道工程中各级围岩的稳定性情况极为复杂,即使是同一级别的围岩,隧道稳定性也不尽相同。为了实现施工阶段围岩分级的可操作性与准确性,通过研究在公路隧道开挖时采集的隧道掌子面图像,利用MATLAB编程建立了照相测量围岩分级系统。根据岩体块度指标RBI的概念,向隧道轮廓线依次布设19条虚拟测线,以掌子面径向19个方位的RBI值综合评价了掌子面岩体结构的差异性。考虑结构面分布特征,结合掌子面节理玫瑰花图获取岩体结构综合量化指标Z-RBI,对掌子面进行了综合评价,得出了Z-RBI与岩体结构类型对应关系。综合考虑岩体坚硬程度、Z-RBI、地下水条件、初始地应力状态等主要分级指标,利用层次分析法,提出了隧道围岩BT分级方法及评价标准。实际工程应用表明:与传统的BQ法相比,BT分级方法获取的围岩等级更符合开挖后掌子面围岩的实际等级,且各等级可靠指标的延续性可对隧道施工过程中地质属性的变化情况进行定量表征,有助于工程地质人员据此对围岩质量的渐变过程进行动态评估。     

基于掘进性能的悬臂掘进机施工围岩分级方法

准确划分悬臂掘进机施工围岩对其广泛应用具有重要意义,传统施工围岩分级大都是基于围岩稳定性建立的,而悬臂掘进机具有施工复杂性、动态性和非线性的特点,导致传统施工围岩分级并不适用,因此本文建立了一套基于掘进性能的悬臂掘进机施工围岩分级方法。首先,以贵阳地铁1号线为工程背景,分别对前进速度的时间衰减规律及影响悬臂掘进机利用率的主要地质因素进行分析,建立地层适应性分级评分方法; 其次,在已有的Q分级系统基础上,提出悬臂掘进机围岩适应性分级的BQ机模型,采取钻掘指数RPI和刀具寿命指数CLI对模型进行修正,建立施工可掘进性分级评分方法; 最后,综合考虑施工围岩地层适应性评分方法和可掘进性评分方法,以前进速度AR为指标,建立基于掘进性能的悬臂掘进机施工围岩分级方法。结果表明,本文建立的悬臂掘进机施工围岩分级方法可以实现前进速度AR的预测,从而有效预测掘进性能、节约隧道开挖成本、提高施工效率,为建立具有普适性的悬臂掘进机施工围岩分级方法提供科学参考。     

国内隧道常用围岩分级方法的优缺点及其优化建议

介绍了三种常用的隧道围岩分级方法（RMR法、Q法和BQ法），并对比分析了各自的优缺点，针对RMR法和Q法的RQD取值，软岩中Q法的SRF取值以及BQ法的K₂，K₃修正系数取值，提出了改进方法。     

中外高地应力软岩隧道大变形工程技术措施对比分析——以兰渝铁路木寨岭隧道与瑞士圣哥达基线隧道为例

为解决高地应力软岩隧道在施工过程中遇到的难以控制的围岩大变形问题,依托国内兰渝铁路木寨岭隧道与瑞士圣哥达基线隧道,采用对比分析方法,从软岩大变形机制、高地应力软岩隧道围岩分级及变形控制技术3个方面对两隧道进行对比,得出如下结论: 1）高地应力软岩隧道围岩大变形是在岩性、地下水、地应力场、围岩地质构造等多种因素共同作用下,因开挖卸荷、应力二次分布引起围岩发生塑性剪切滑移所致; 2）在高地应力软岩分级方法上,兰渝铁路木寨岭隧道与圣哥达基线隧道均采用了BQ法,但兰渝铁路木寨岭隧道分级更全面,圣哥达基线隧道分级更具针对性; 3）在高地应力软岩情况下,圣哥达基线隧道采用的新意法的全断面施工方法在施工管理和成本控制上要优于兰渝铁路木寨岭隧道采用的台阶法。     

山岭隧道围岩动态分级研究

以鹞子岩（山岭）隧道区域地质及基础勘察设计资料为依据,选取因素评价指标,通过综合超前地质预测预报与实际开挖情况相结合的方法,建立了隧道围岩动态化分级体系;对BQ法围岩分级进一步优化及动态调整。工程实践表明:该动态分级体系对掌子面前方围岩情况实现精准预测分级有较强的实用性。     

考虑钻孔速率的公路隧道围岩类别超前分类研究

为了有效的进行公路隧道围岩稳定性超前分类,将台车钻孔速率引入到围岩稳定性评价指标体系中,通过增加动量因子和设置自适应调整学习率的方法建立了改进型BP神经网络的围岩分类模型。该模型考虑了钻孔速率这一实测性、超前性的数据,为模型注入了更为丰富的信息量,提高了围岩分类的可靠性,能较准确的预测出掌子面前未开挖段的围岩类别,弥补了施工地质超前预报中靠主观经验观察、分析的不足。通过实例分析,所得的分类结果与实际吻合,对施工的指导性强。     

云桂线富宁隧道围岩分级变更分析

为提高隧道勘察围岩分级的准确性,减小施工阶段围岩变更率,对云桂线富宁隧道围岩分级变更进行分析,主要结论与建议如下： 1）造成该隧道围岩分级变更的主要原因是物探解译不准、岩溶发育、岩体层间挤压破碎和地下水发育,其中物探解译不准的原因有异常段飘移、断层破碎带解译过宽及解译错误等; 2）岩溶发育造成的变更量也较大,应重视可溶岩段围岩分级的确定,避免出现长段高围岩分级; 3）因岩体层间挤压破碎及地下水发育造成的围岩变更率一般较小,需在施工阶段结合超前地质预报进行变更; 4）地质条件复杂的长大深埋隧道采用可控源音频大地电磁法是适宜的,但应解决物探解译过程中存在的问题,布置钻孔对物探异常区进行验证,提高解译精度; 5）目前采用的综合勘察手段仍是确定铁路隧道围岩分级的主要方法,施工中应重视超前地质预报及施工地质工作。     

点荷载仪在优化红层隧道围岩级别中的应用

目前，在划分隧道围岩级别时，多是采用岩石饱和抗压强度来计算围岩BQ值，致使红层地区的隧道Ⅴ级围岩偏长，PPP高速公路项目的投资压力偏大。按照岩石中“砂质含量”从低到高的顺序，将红层岩石主要分为“泥岩、砂质泥岩、泥质砂岩、砂岩”四类，分析红层隧道的工程地质特征，判断出“岩石强度Rc是影响红层隧道围岩BQ值的关键因子”；分析了“样品失真”是导致常规抗压试验数据偏于保守的根本原因；归纳了点荷载试验具备“设备轻便、取样快捷、离散性小”等优点，阐明采用天然状态下的岩石点荷载强度来计算BQ值更贴合红层隧道实际水文地质条件的原理；建立了采用“点荷载强度”来优化红层隧道围岩的方法。