Classification of Surrounding Rock and Support Force Determination of Ice Water Accumulation Tunnel
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摘要: 为定量评价冰水堆积体围岩参数，提出一种冰水堆积体围岩快速分级方法，并给出冰水堆积体的变形控制标准，主要包括：（1）根据规范的相关计算方法，结合国外相关规范与冰水堆积体的基本特性和地貌特征，对设计阶段围岩进行分级；（2）根据土体密实状态、细粒含量以及细粒含水率，对施工阶段围岩进行分级，将冰水堆积体分为3个基本等级，4个亚级；（3）根据地下水与围岩胶结情况提出最终的围岩分级；（4）基于冰水堆积体隧道围岩分级，计算了不同围岩等级下的围岩特性曲线以及隧道允许变形量，从而提出基于允许变形量的隧道支护力确定方法。研究成果可以为冰水堆积体隧道围岩的分级、支护力的确定等提供参考。Abstract: To quantitatively evaluate the surrounding rock parameters of ice water accumulation body, a rapid classification method of surrounding rock of ice water accumulation body was proposed, and the deformation control standard of ice water accumulation body was given, which mainly includes the following contents: (1) the surrounding rock was classified in the design stage according to the relevant calculation methods of specifications, combined with the relevant foreign specifications and the basic characteristics and geomorphic characteristics of ice water accumulation body. (2) According to the dense state of soil, fine particle content and fine particle water content, the surrounding rock in the construction stage was classified. The river ice water accumulation body was divided into three basic grades and four sub grades. (3) According to the cementation between groundwater and surrounding rock, the surrounding rock classification was put forward. (4) Based on the classification of surrounding rock of ice water accumulation tunnel, the characteristic curves of surrounding rock and the allowable deformation of tunnel under different surrounding rock grades were calculated, and the determination method of tunnel support force based on the allowable deformation was proposed. The research results can provide a new reference for the classification of surrounding rock and the support force determination of ice water accumulation tunnel.
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表 1 冰水堆积体定性围岩分级方法
围岩级别 相对密度 细料
含量/%细料
含水量/%围岩状态定性描述 基本
级别亚级 定性
描述Ⅳ Ⅳ1 密实 Dr≥0.73 ＜30 ≤14 一般钙质、铁质胶结的碎石土、卵石土、大块石土，胶结程度较好，巨粒含量＞50%，充填物主要为砾石、砂，黏土含量较少 Ⅳ2 密实 Dr≥0.73 ≥30 ＞14 Ⅴ Ⅴ1 中密 0.49≤Dr＜0.73 ＜30 ＜18 稍湿至湿的碎石土、卵石土、圆砾、角砾土，巨粒含量＜15%，粗颗粒主要为20～60 mm的砾石，含量50%以上，填充物主要为砂和黏土，泥质胶结 Ⅴ2 中密 0.49≤Dr＜0.73 ≥30 ≥18 Ⅵ 稍密 Dr＜0.49 稍湿至湿且较松散的碎石土、卵石土、圆砾、角砾土，巨粒含量＜15%，粗颗粒主要为＜60 mm的砂和砾，含量在75%以上，其余为黏土等物质充填，无胶结 
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表 2 米林隧道冰水堆积体围岩分级表
围岩分级 胶结情况 地下水 备注 Ⅳ1 钙质胶结 无水 Ⅳ2 钙质胶结 常压水、
承压水对于承压水，开挖前应首先钻孔泄压，并结合注浆加固，将水压降至常压或无水状态 Ⅴ1 泥质胶结 无水 Ⅴ2 泥质胶结 常压水、
承压水对于承压水，开挖前应首先钻孔泄压，并结合注浆加固，将水压降至常压或无水状态 ⅤI1 无胶结 无水 无胶结地层，掌子面不能自稳，开挖前应先加固地层 ⅤI2 无胶结 常压水、
承压水对于承压水，开挖前应首先钻孔泄压，并结合注浆加固，将水压降至常压或无水状态
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表 3 碎石土岩质隧道围岩物理力学指标
围岩级别 重度/(kN·m−3) 变形模量/MPa 泊松比μ 内摩擦角/(°) 黏聚力/kPa Ⅳ1 22.03～22.54 48～55 0.18～0.23 43～48 39.8～47.6 Ⅳ2 21.32～22.05 46～53 0.21～0.25 40～45 35.6～42.3 Ⅴ1 20.76～21.45 40～49 0.23～0.28 38～43 30.2～39.6 Ⅴ2 20.40～20.90 36～45 0.26～0.30 35～40 25.2～35.5 Ⅵ 20.09～20.52 32～42 0.28～0.33 33～38 10.2～26
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表 4 中跨度铁路隧道围岩允许位移分布范围
围岩基本级别 亚级 围岩位移/mm IV IV1 0.30～0.55 IV2 0.55～0.80 V V1 0.80～1.10 V2 1.10～1.40 VI ＞1.40
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表 5 各级围岩弹塑性临界支护力以及相应的隧道变形量
围岩等级 弹塑性临界支护力/kPa 隧道变形量/mm Ⅳ1 1024.4 280 Ⅳ2 1119.3 270 Ⅴ1 1183.3 290 Ⅴ2 1285.2 300 Ⅵ 156.1 330
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表 6 各级围岩基于允许变形量的支护力
围岩等级 支护力/kPa 允许变形量/mm Ⅳ1 2951 43.3 Ⅳ2 2667 68.8 Ⅴ1 2476 96.8 Ⅴ2 2295 127.4 Ⅵ 2260 142.7
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图(6) / 表(6)
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