申艷軍，閆蕊鑫

(西安科技大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院，西安 710054)

1 研究背景

人類在改造自然的同時亦在影響著自然界，眾所周知，在地下工程建設(shè)過程中，工程因素對圍巖質(zhì)量的影響是顯而易見的，在同一地質(zhì)環(huán)境下，不同開挖規(guī)模、開挖方法、開挖走向、開挖形狀、及工程進度，其圍巖質(zhì)量評價結(jié)果亦截然不同。但實際應(yīng)用中，如 A.Palmstrom 和 E.Broch［1］所言“絕大多數(shù)圍巖分類方法評價巖體質(zhì)量及相應(yīng)支護方法時，未考慮開挖方法等工程因素對隧洞、礦井及地下洞室等巖體質(zhì)量的影響，而事實上，開挖擾動等工程因素影響是顯著的，屬必須考慮的因素”。孫廣忠［2］亦指出:“不同工程規(guī)模(級序)的巖體，其穩(wěn)定性控制因素是不同的，巖體質(zhì)量評價需密切關(guān)注工程規(guī)模”。因此，工程因素對圍巖質(zhì)量評價結(jié)果的影響亦有進一步探討的必要。

目前，國際上通用的多因素圍巖分類方法主要有 RMR，Q，RMi法。其中:RMR，RMi法［3－4］僅通過節(jié)理產(chǎn)狀特征來間接考慮開挖方向?qū)r體質(zhì)量評價的影響;Q法［5］未體現(xiàn)工程因素對圍巖質(zhì)量的影響，但在考慮支護體系時，根據(jù)工程重要性程度(ESR)來換算洞室(隧道)等效跨度尺寸Be，該思路旨在考慮工程跨度對支護方案的影響。而國內(nèi)BQ，HC法［6－7］，則通過引入修正指標(biāo)間接體現(xiàn)開挖走向?qū)鷰r質(zhì)量的影響。

然而，關(guān)于工程因素是否應(yīng)引入圍巖質(zhì)量評價體系中，目前仍存在一定程度的爭議。沈中期和關(guān)寶樹［8］指出，把跨度引入圍巖分級中，會造成對巖體結(jié)構(gòu)特征概念的混淆，建議分級方法僅考慮絕對裂隙間距影響;王石春等［9］認(rèn)為，自然界巖體基本質(zhì)量是固有的，不會因工程性質(zhì)、跨度不同而變化，建議不應(yīng)將其作為工程巖體基本質(zhì)量劃分考慮因素。

筆者認(rèn)同“自然條件不會因工程因素而發(fā)生根本性、顯著變化”這一本質(zhì)規(guī)律，但筆者認(rèn)為，隨著地下工程規(guī)模擴大化和布置形式復(fù)雜化，人為改造因素對圍巖質(zhì)量影響越來越大。實現(xiàn)工程巖體質(zhì)量的準(zhǔn)確評價，需考慮自然因素和工程因素的綜合影響，其中基于自然因素確定自然狀況下圍巖質(zhì)量分級體系，而工程因素應(yīng)作為不可忽視的修正條件予以考慮，且此類修正條件應(yīng)與穩(wěn)定性評價緊密結(jié)合，獲得工程圍巖分類體系，最終為選取合理的支護體系提供參考。

目前，工程因素對巖體質(zhì)量評價的影響在國內(nèi)外圍巖分類方法中有所體現(xiàn)，亦有一些針對性研究成果，如 D.Milne等［10］基于對 RQD，RMR 及 Q 法的適用性分析，提出可適用各圍巖分類方法的最大跨度、高度及相應(yīng)支護建議;I.K.Mihalis等［11］考慮洞室(隧道)高度H和跨度B對圍巖穩(wěn)定性的影響，根據(jù)不同GSI值的隧道巖體質(zhì)量結(jié)果提出了隧道穩(wěn)定性系數(shù)(TSF)的表示方法;N.Barton［12］強調(diào)工程擾動對圍巖質(zhì)量的影響，提出未來的圍巖分級方法必須考慮工程擾動的影響。

國內(nèi)，周建民等［13］通過對節(jié)理巖體洞室支護代價、塑性松動區(qū)半徑和巖體宏觀力學(xué)參數(shù)尺寸效應(yīng)的分析，由洞室跨度增加導(dǎo)致圍巖穩(wěn)定程度降低情況，強調(diào)重視圍巖分類中洞室跨度因素的影響;王明年等［14－15］對隧道施工階段的圍巖分級詳細(xì)評價，提出應(yīng)用自穩(wěn)跨度建立巖質(zhì)圍巖統(tǒng)一的亞級分級標(biāo)準(zhǔn)，并應(yīng)用多種理論手段建立了一套實用的施工階段圍巖亞級分級方法。

以上研究為工程因素對圍巖質(zhì)量的影響提供了一定參考，本文嘗試綜合施工期工程因素類型，分析了各因素對圍巖質(zhì)量的影響作用，并以RMR，Q，RMi，BQ，HC法為例，通過選取針對性指標(biāo)對自然狀況下各圍巖分類方法進行修正，獲得可反映施工期地下洞室圍巖分類評價體系;同時，考慮工程時效性與功用性等特征，提出具有一定參考意義的支護體系與補強建議。本研究思路與方法為“工程因素是否應(yīng)引入圍巖質(zhì)量評價體系中”及“如何將工程因素引入圍巖質(zhì)量評價體系中”等課題的展開起到拋磚引玉作用。

2 工程因素主要類型及影響作用分析

地下工程巖體質(zhì)量影響因素分為2部分:自然因素和工程因素。其中自然因素包括巖體結(jié)構(gòu)發(fā)育特征因素和賦存地質(zhì)環(huán)境因素，巖體結(jié)構(gòu)發(fā)育特征包括完整巖塊的強度特征、巖體結(jié)構(gòu)空間分布狀況和結(jié)構(gòu)面自身發(fā)育狀況，賦存地質(zhì)環(huán)境包括地應(yīng)力、地下水狀況指標(biāo)等;而工程因素系指一切與人類有關(guān)的工程活動，如開挖尺寸、開挖方法、開挖走向、開挖形狀、工程進度等。工程因素賦予了圍巖質(zhì)量評價的工程意義，并與圍巖穩(wěn)定性評價、支護體系選取緊密結(jié)合。本文以大崗山水電站地下廠房區(qū)開挖過程中涉及到的工程因素為例，進行其類型及影響作用分析。

2.1 開挖尺寸

大崗山水電站引水發(fā)電系統(tǒng)采用全地下廠房形式，擬沿大渡河左岸依次布置主廠房、主變室、尾水調(diào)壓室等三大洞室及岸塔式進水口、4條壓力管道、出線洞、母線道、排風(fēng)洞，尾水連接洞、尾水洞等附屬洞室。其中，三大地下洞室結(jié)構(gòu)型式及開挖尺寸如圖1。

圖1 大崗山水電站三大洞室結(jié)構(gòu)型式及工程尺寸Fig.1 Structures and sizes of three large-scale underground caverns in Dagangshan hydropower station

開挖尺寸對工程巖體影響作用主要體現(xiàn)在“工程等效尺寸”的放大，即由于開挖尺寸的增加，使得巖體臨空面面積增大，導(dǎo)致巖體發(fā)生失穩(wěn)概率陡增。站在工程角度來看，由于巖體自身“缺陷”(裂隙組)的揭露，使得巖體“顯得”更加破碎，在相同的地質(zhì)條件下，對小跨度洞室?guī)r體結(jié)構(gòu)的評價往往要遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于大跨度洞室，因此，開挖尺寸本身沒改變巖體結(jié)構(gòu)的自然特征，而使得巖體結(jié)構(gòu)的工程特征放大，進而影響了洞室自穩(wěn)性狀況。如圖2，同一自然狀況下的巖體，因開挖尺寸的不同，巖體結(jié)構(gòu)類型評價呈現(xiàn)顯著差異。

圖2 巖體結(jié)構(gòu)類型與開挖尺寸關(guān)聯(lián)性Fig.2 Correlation between rock mass structure and excavation size

2.2 開挖方法

大崗山水電站地下廠房洞室群開挖采用常規(guī)鉆爆法施工方法，其中，對廠房系統(tǒng)、引水及尾水系統(tǒng)等洞室輪廓面附近開挖時，為保證開挖質(zhì)量，一般采用光面爆破或預(yù)裂爆破，對巖壁吊車梁、交叉洞室的交叉口、穿過軟弱結(jié)構(gòu)面或局部斷層交匯處、裂隙密集帶、地下水出露較豐富的圍巖洞室段等部位，進行了必要的爆破方法設(shè)計，如采用定向爆破和人工鑿巖相結(jié)合方法。

開挖爆破對巖體質(zhì)量的影響集中體現(xiàn)在對巖體結(jié)構(gòu)的損傷、劣化。具體損傷作用可分為2類:一類是沖擊損傷;另一類是動態(tài)卸載損傷。前者指的是爆破載荷加載過程中對巖體產(chǎn)生的損傷，包括爆源近區(qū)的爆炸沖擊波作用和中遠(yuǎn)區(qū)的爆破振動作用;后者則是爆破載荷卸載過程中所產(chǎn)生的動力損傷。且二者損傷作用間亦存在耦合放大的過程。故開挖爆破方法對圍巖質(zhì)量劣化影響，應(yīng)通過開挖前后圍巖實際狀況對比分析，一般可采用開挖前后巖體聲波波速變化來進行反映。

2.3 開挖走向

大崗山水電站地下廠房由主廠房、主變室、尾水調(diào)壓室三大地下洞室組成。三大洞室平行布置，軸線布置方向N55°E。據(jù)中國水電顧問集團成都勘測設(shè)計研究院地應(yīng)力測試結(jié)果表明，在地下廠房區(qū)附近，σ1的方向為 NE 向(N 44.91°－60.95°E)，現(xiàn)洞軸線布置方向(開挖方向)與其基本平行，以確保地應(yīng)力作用對洞室圍巖穩(wěn)定性較為有利。

開挖走向?qū)r體質(zhì)量評價的影響主要體現(xiàn)在:①開挖走向與巖層節(jié)理產(chǎn)狀的組合關(guān)系對洞室穩(wěn)定性的影響作用，即潛在塊體大小及其穩(wěn)定性狀況，如圖3［16］(圖中的角度為洞軸向與巖層走向之間的夾角)，相同的巖體結(jié)構(gòu)因洞軸向的變化出現(xiàn)塊體組合形態(tài)、體積的顯著差異;②開挖走向與地應(yīng)力方向的組合關(guān)系對洞室穩(wěn)定性影響，一般認(rèn)為與初始地應(yīng)力場最大主應(yīng)力方向呈小角度相交(夾角小于30°)為有利，反之則不利。

圖3 相同巖體結(jié)構(gòu)因洞軸線的變化出現(xiàn)塊體形態(tài)差異Fig.3 Different block shapes due to the variation of cavern’s trend on the premise of the same rock mass structure

其中，開挖走向的規(guī)劃布置，往往會密切考慮其與洞室區(qū)地應(yīng)力方向的組合關(guān)系的影響，并會選擇有利于洞室穩(wěn)定的開挖走向，且該過程一般應(yīng)在預(yù)可行性、可行性研究階段進行。在施工階段，一般僅需要考慮開挖走向與巖層節(jié)理產(chǎn)狀的組合關(guān)系即可。目前常用圍巖分類方法如RMR，BQ，HC法即考慮該因素的影響作用。

2.4 開挖形狀

大崗山水電站地下廠房區(qū)主要洞室開挖形狀多采用典型的圓拱直墻型，局部根據(jù)工程特殊需要及經(jīng)濟性做細(xì)部調(diào)整，如三大洞室采用上寬下窄的圓拱直墻型洞形(見圖1)，壓力管道采用圓形斷面等。

開挖形狀直接決定著圍巖應(yīng)力的分布形式。據(jù)E.Hoek［17］的開挖形狀和地應(yīng)力比對開挖體最大邊界應(yīng)力研究可知，在既定應(yīng)力場內(nèi)選擇開挖形狀，關(guān)鍵在于設(shè)法使開挖體周圍應(yīng)力分布達(dá)到均勻分布，即尋求“諧洞”最佳開挖形狀。一般而言，最均勻地應(yīng)力分布的開挖形狀通常為鏈環(huán)形或橢圓形，其長短軸比應(yīng)近似等于原巖主應(yīng)力之比。

為滿足工程實際需求，洞室開挖形狀難以達(dá)到所謂最佳形狀“諧洞”的要求，往往在洞室開挖轉(zhuǎn)折較大區(qū)域，特別是在與最大主應(yīng)力方向呈大角度相交情況下，會出現(xiàn)強烈的偏壓剝離現(xiàn)象，對圍巖質(zhì)量產(chǎn)生顯著影響。

但須指出，開挖形狀對圍巖的影響主要體現(xiàn)在:因開挖形狀的不同，造成圍巖不同區(qū)域應(yīng)力集中大小存在差異，即表現(xiàn)為力學(xué)概念，而非空間形態(tài)概念。且據(jù)于學(xué)馥等［18］闡述的“軸變論”觀點，開挖形狀對那些變形破壞受結(jié)構(gòu)面(軟弱結(jié)構(gòu)面)控制的圍巖無顯著影響，該觀點亦經(jīng)工程實踐得以廣泛驗證。且圍巖質(zhì)量的劣化結(jié)果亦可通過開挖前后聲波波速測試(類似開挖方法影響作用評價方法)來反映，故不應(yīng)重復(fù)評價。

2.5 工程進度

大崗山水電站地下廠房區(qū)采用9期分級開挖順序，自上而下分層開挖(詳見圖4)，對于大型地下洞室，無論是從確保圍巖穩(wěn)定，還是從施工安全、便利性出發(fā)往往需要在同一斷面內(nèi)分成若干個區(qū)域，各區(qū)域順序開挖進度的安排應(yīng)以對圍巖擾動范圍最小、所產(chǎn)生的位移變形最小為佳。

圖4 大崗山水電站三大洞室(對應(yīng)主廠房2#機組)斷面模型及分層開挖圖Fig.4 Diagram of the section model(crossed at unit set 2#in the main power house)and layered excavation for the three main caverns in Dagangshan hydropower station

工程進度體現(xiàn)為強烈的“時效性”特征，與圍巖自穩(wěn)時間(響應(yīng)過程)、支護生效時間(人為活動反饋過程)等密切相關(guān)，其對圍巖質(zhì)量評價無直接關(guān)聯(lián)，應(yīng)通過調(diào)整工程進度實現(xiàn)圍巖自穩(wěn)時間與支護生效時間(即圍巖特征曲線)產(chǎn)生最佳組合，以充分發(fā)揮圍巖自穩(wěn)能力，故工程進度評價應(yīng)與支護方法選取緊密結(jié)合。

2.6 工程重要性程度

工程重要性程度是由其工程用途決定，因其功效不同，所需要的安全系數(shù)、設(shè)計使用年限也有所不同。對大崗山水電站地下廠房區(qū)而言，根據(jù)工程重要性程度初步分級，可分為永久性工程和臨時性工程2種，其中永久性工程包括整個引水發(fā)電工程系統(tǒng)，如三大廠房、壓力管道、出線豎井及尾水系統(tǒng)等;而臨時性工程指輔助工程施工的臨時施工支洞、交通洞等。

工程重要性程度作為工程設(shè)計動態(tài)優(yōu)化參數(shù)，其一般處理方法為:對于重要性程度較高的建筑體，必要時需考慮一定的安全系數(shù)，并對其支護措施應(yīng)予以一定的保守處理;而對于重要性程度較低的建筑體，在確保工程安全的前提下，進行必要的工程經(jīng)濟優(yōu)化。故工程重要性程度指標(biāo)可通過支護體系安全系數(shù)體現(xiàn)。

綜上所述，考慮工程因素對圍巖質(zhì)量劣化作用大小，僅需要考慮開挖尺寸、開挖方法、開挖走向3個因素的影響作用;而對主要體現(xiàn)局部力學(xué)效應(yīng)變化的因素(如:開挖形狀)，為避免評價的重復(fù)性，暫不予以考慮;對反映工程時效性(如:工程進度)與工程功用性(如:工程重要性程度)的因素，可通過與支護補強體系結(jié)合體現(xiàn)。

3 工程因素劣化效應(yīng)定量化表示及討論

如上討論，考慮工程因素對圍巖質(zhì)量劣化效應(yīng)，僅需要考慮開挖尺寸、開挖方法、開挖走向3個因素影響。故僅針對以上3個指標(biāo)展開定量化表示研究。

3.1 開挖尺寸劣化效應(yīng)定量化分析

開挖尺寸對巖體質(zhì)量的劣化效應(yīng)主要體現(xiàn)在“工程等效尺寸”的放大，其通過對待評巖體自然結(jié)構(gòu)的空間幾何特征指標(biāo)的劣化，來影響圍巖質(zhì)量評價結(jié)果。故僅需對自然狀況下圍巖分級體系中的空間幾何特征指標(biāo)(如RQD，Vb等)予以“有限性劣化”;但開挖尺寸并非必定產(chǎn)生劣化效應(yīng)，若開挖尺寸小于巖體結(jié)構(gòu)空間幾何特征指標(biāo)，其對圍巖質(zhì)量為標(biāo)準(zhǔn)差的分布形式，可表示為反而得到改善效果(如圖2(編號1))，即存在“工程等效尺寸閾值(Engineering Representative Volume Threshold，ERVT)”概念，其類似于巖體強度參數(shù)的等效特征尺寸REV。

假定某一工程巖體內(nèi)含N組結(jié)構(gòu)面，且每組結(jié)構(gòu)面的條數(shù)不少于1條，假定結(jié)構(gòu)面跡長服從正態(tài)分布形式，其均值服從以μ為均值分布，以

式中:E(x)為總體分布的數(shù)學(xué)期望;μ為樣本均值;σ為樣本標(biāo)準(zhǔn)差;ξ為參數(shù)估算絕對誤差。

考慮概率函數(shù)的置信度α，并取ε為相對誤差，令σ/E(x)，采用結(jié)構(gòu)面幾何分布形式特征變量Ω對應(yīng)的變異系數(shù)CV表示，則有

式中 uα/2為置信度α/2的分位點。

對于大樣本概率事件，假定需滿足不少于N組結(jié)構(gòu)面，其統(tǒng)計特征方可反映結(jié)構(gòu)面整體分布特征，且單位體積內(nèi)結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計條數(shù)取為JN，此時，表征巖體結(jié)構(gòu)空間分布概率模型的最小尺寸，即工程等效尺寸閾值(ERVT)應(yīng)滿足

取相對誤差 ε=5%，此時 uα/2=1.96，式(3)可表示為

根據(jù)實際工程巖體結(jié)構(gòu)特征狀況，在獲得結(jié)構(gòu)面組數(shù)及單位體積內(nèi)的結(jié)構(gòu)面條數(shù)JN，并得到結(jié)構(gòu)面幾何分布形式特征變量Ω變異系數(shù)CV，利用式(4)可計算得到工程等效尺寸閾值ERVT。

反映巖體結(jié)構(gòu)空間幾何特征指標(biāo)較多，如RQD，JV，Vb，KV等，且不同圍巖分類方法采用不同的評價指標(biāo)，但本質(zhì)上該類指標(biāo)均為反映巖體結(jié)構(gòu)空間塊度特征(Block Size，BS)，此處應(yīng)用函數(shù)F(BS)來表示該指標(biāo)，則5種圍巖分類方法中的巖體結(jié)構(gòu)空間幾何特征指標(biāo)F(BS)可表示為:

式中:R2，R3為RMR法中的結(jié)構(gòu)面相關(guān)參數(shù);H2為HC法中的結(jié)構(gòu)面相關(guān)參數(shù)。

考慮不同洞室開挖高度H(m)，和跨度B(m)各不相同，為便于分析，假定洞室斷面形態(tài)為矩形，取每延1 m開挖洞室體積為Vt=BH(m3)，另假定開挖尺寸對圍巖結(jié)構(gòu)空間幾何特征劣化比η呈反相關(guān)比例關(guān)系，則存在，

式中:n為常數(shù)，與不同圍巖分類方法中反映巖體結(jié)構(gòu)空間幾何特征所選指標(biāo)有關(guān)，若采用RQD、節(jié)理長度l等巖體一維線狀指標(biāo)，則n=1/3，若采用巖體塊度體積Vb、體積節(jié)理數(shù)JV、完整性系數(shù)KV等反映巖體三維空間指標(biāo)時，則n=1。開挖后圍巖結(jié)構(gòu)空間幾何特征指標(biāo)值F'(BS)與開挖前F(BS)存在以下關(guān)系，即

3.2 開挖走向劣化效應(yīng)定量化分析

開挖走向與結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀組合關(guān)系不僅產(chǎn)生局部塊體，且為塊體失穩(wěn)提供了臨空面，對圍巖局部穩(wěn)定性造成影響。其與具體洞段結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀發(fā)育及組合狀況密切相關(guān)，而非對整個洞段具有均一的影響，故應(yīng)形成單獨的劣化指標(biāo)，根據(jù)具體洞段結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀發(fā)育及組合狀況予以劣化處理。多個圍巖分類方法(RMR，RMi，BQ，HC 法等)亦采用該思路進行表示。故此提出走向劣化參數(shù)k量化系數(shù)。

考慮目前圍巖分類方法常用和差法和乘積法2種計算手段，因計算方法的差異，走向劣化系數(shù)k指標(biāo)表示也有所差別，對和差法多采用折減處理，而對乘積法可通過乘以＜1的劣化參數(shù)k指標(biāo)來實現(xiàn)。開挖走向劣化參數(shù)k指標(biāo)詳細(xì)取值如表1。

表1 不同圍巖分類方法開挖走向劣化系數(shù)k取值建議Table 1 Degradation coefficient k of the excavation direction in different rock mass classification systems

3.3 開挖爆破劣化效應(yīng)定量化分析

開挖方法對巖體質(zhì)量的影響主要體現(xiàn)在對巖體結(jié)構(gòu)的損傷、劣化:①爆破作用產(chǎn)生新的結(jié)構(gòu)面，并與原有結(jié)構(gòu)面相互融合、貫通，使得巖體完整性程度大幅降低，即體現(xiàn)在對空間幾何特征指標(biāo)的劣化;②因爆破作用導(dǎo)致原有結(jié)構(gòu)面張開、尖端破裂延伸，結(jié)構(gòu)面抗剪強度銳減，即體現(xiàn)在對結(jié)構(gòu)面自身狀態(tài)指標(biāo)的劣化。而二者的聯(lián)合作用使得爆破前后巖體質(zhì)量呈現(xiàn)差異。故對于開挖方法，需考慮對自然狀況下圍巖分類體系中的空間幾何特征指標(biāo)和結(jié)構(gòu)面自身狀態(tài)指標(biāo)聯(lián)合劣化。

《水工建筑物巖石基礎(chǔ)開挖工程施工技術(shù)規(guī)范》(DL/T5389—2007)［19］提出采用聲波監(jiān)測法來評價開挖爆破對巖體質(zhì)量的影響標(biāo)準(zhǔn)，通過監(jiān)測同部位巖體爆破前后波速的變化，獲得巖體爆破劣化作用的波速降λ，即

式中:波速降λ表示開挖前后波速降低比率;Vum，Vm分別為巖體爆破前、后波速值(km/s)。

E.Hoek等［20］2002 年提出的開挖擾動系數(shù) D的取值方法，2002版Hoek-Brown經(jīng)驗準(zhǔn)則考慮了爆破損傷和應(yīng)力釋放對圍巖強度的影響，引入巖體擾動系數(shù)D表示開挖方法對巖體質(zhì)量影響。

筆者嘗試建立巖體擾動系數(shù)D和開挖爆破劣化作用波速降λ的內(nèi)在關(guān)系，實現(xiàn)定量化的評價方法和評價指標(biāo)的有效結(jié)合?；谖墨I［21］，得到巖體開挖前后波速降λ與擾動系數(shù)D關(guān)系為

參照第3.1節(jié)開挖尺寸處定義，采用巖體結(jié)構(gòu)空間塊度特征(Block Size，BS)表示，而反映巖體結(jié)構(gòu)面自身發(fā)育指標(biāo)，實質(zhì)上是表征節(jié)理發(fā)育狀態(tài)特征(Joint Condition，JC)，則此處采用函數(shù) F(BS，JC)來表示，則5種常用圍巖分類方法中的巖體結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)F(BS，JC)可表示為:

式中:R4為RMR法中的結(jié)構(gòu)面相關(guān)參數(shù);Jr，Ja分別為Q法中的結(jié)構(gòu)面粗糙度、蝕變度;JP為RMi法中的結(jié)構(gòu)面狀態(tài)參數(shù);KV為BQ法中結(jié)構(gòu)面完整性系數(shù);H3為HC法中結(jié)構(gòu)面相關(guān)參數(shù)。

采用開挖擾動前后波速降λ來反映開挖方法對圍巖結(jié)構(gòu)特征的劣化，則存在

式中:F(BS，JC)，F(xiàn)'(BS，JC)分別為開挖前、后圍巖結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)值。

3.4 工程“時效性與功用性”與支護補強關(guān)系討論

(1)工程時效性體現(xiàn)在工程進度(含開挖與支護進度)與圍巖自穩(wěn)時間的協(xié)調(diào)上，即:①掘進速度與洞周收斂變形的協(xié)調(diào)性;②支護時機與圍巖流變變形、被動支護反力的協(xié)調(diào)性。故需根據(jù)圍巖穩(wěn)定性分類結(jié)果，不同的分級應(yīng)推薦適合其圍巖變形特征的開挖進度及支護布置時機。

(2)工程功用性具有較強的人為權(quán)重因素，即通過對不同功效的建筑物給予不同的結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，通過恰當(dāng)調(diào)整支護體系水平來實現(xiàn)必要的保守或經(jīng)濟化處理。

4 施工期圍巖質(zhì)量評價體系構(gòu)建

依據(jù)上2節(jié)工程因素類型及其對圍巖質(zhì)量影響作用分析，筆者建議將工程因素引入對施工期地下洞室圍巖質(zhì)量的評價，在依據(jù)自然因素指標(biāo)(巖體結(jié)構(gòu)發(fā)育特征因素和賦存地質(zhì)環(huán)境因素指標(biāo))獲得自然狀況下圍巖質(zhì)量評價結(jié)果后，通過工程因素(如開挖尺寸、開挖方向、開挖方法等)對圍巖質(zhì)量評價指標(biāo)的有限性劣化分析，藉此建立施工期工程圍巖分類體系，進而考慮工程時效性與功用性與支護補強手段關(guān)聯(lián)性，提出圍巖支護體系及補強建議。其詳細(xì)構(gòu)建流程如圖5。

圖5 施工期圍巖分層次分級體系構(gòu)建流程Fig.5 Flow chat of multi-layer classification system for surrounding rock mass in construction period

5 結(jié)論

(1)地下巖體工程規(guī)模的擴大化和布置形式復(fù)雜化，使得人為改造因素對圍巖質(zhì)量影響作用顯著，對于圍巖質(zhì)量評價，需考慮自然因素和工程因素的綜合作用影響，其中工程因素應(yīng)作為自然因素圍巖質(zhì)量體系的修正條件予以考慮。

(2)工程因素主要類型有:開挖尺寸、開挖方法、開挖走向、開挖形狀、工程進度、工程重要性程度等，其中僅考慮開挖尺寸、開挖方法、開挖走向3個因素對圍巖質(zhì)量的劣化影響;對工程進度與重要性程度，可通過與支護補強體系結(jié)合體現(xiàn);對開挖形狀暫不予以考慮。

(3)施工期圍巖穩(wěn)定性分類是基于自然狀況下圍巖質(zhì)量評價結(jié)果的“有限性劣化”，開挖尺寸僅需對空間幾何特征指標(biāo)劣化;開挖方法需考慮對空間幾何特征和結(jié)構(gòu)面自身狀態(tài)指標(biāo)的聯(lián)合劣化;而開挖走向應(yīng)形成單獨的劣化指標(biāo)，根據(jù)具體洞段結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀發(fā)育及組合狀況予以劣化處理。本文以此為研究思路，以 RMR，Q，RMi，BQ，HC 法為例，對工程因素“有限性劣化”進行了定量表示。

(4)施工期地下洞室圍巖分類體系應(yīng)堅持分層次評價方法，首先依據(jù)自然因素指標(biāo)得到自然狀況下圍巖質(zhì)量評價結(jié)果，而后通過工程因素指標(biāo)對圍巖評價指標(biāo)的有限性劣化，藉此建立施工期圍巖穩(wěn)定性分類體系，最后，考慮工程時效性、功用性與支護補強關(guān)聯(lián)性，提出圍巖支護體系及補強建議。

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