隧道岩质围岩亚级分级可靠度分析方法及其工程应用

在隧道工程岩体分级中,由于岩土体参数本身的不确定性,加之各定性、定量评定指标在获取过程中由仪器误差、人为操作等产生的离散性及随机性,往往是应用同一评价体系及分级标准,却得出不同的评判等级,尤其是在围岩亚级分级中,评定结果鲁棒性差,甚至出现跳级,这就决定了围岩类别的可靠性的存在。据此,基于《工程岩体分级标准》,通过分析岩石强度及岩体完整程度等评价指标的概率分布规律,引入体系可靠度分析理论,构建不同围岩等级的功能函数,经Monte Carlo法计算围岩隶属于各评定等级的可靠概率,进而提出了基于国标BQ法的围岩亚级分级可靠度分析方法。该方法充分利用了分类系统本身蕴含的信息,考虑了评价指标的不确定性及离散性,所计算可靠性指标可更为直观地对围岩等级作出稳健评估,且可靠概率在一定程度上综合考虑了包括局部破碎带、软弱夹层等掌子面围岩信息的离散程度。研究成果应用于济南绕城高速老虎山超大断面隧道的围岩亚级分级中,所评价结果与实际围岩等级完全吻合,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,为合理确定工法转换区间,优化支护参数提供数据支撑。研究成果对类似超大断面隧道的围岩亚级分级有一定参考价值。     

山区隧道穿越韧性剪切带的地质条件探讨

研究了山区铁路隧道穿越脆韧性剪切带(断裂带)及与其次生的韧性剪切带时设计及施工围岩分级问题。从几何、小构造、运动形迹、组构特征、构造岩、糜棱岩、同变形变质及机械作用等方面探讨韧性剪切带特征,从宏观、微观、野外研究及测试、施工类比总结其围岩分级,对比韧性剪切带(脆韧性及韧脆性)与节理密集带内岩体的工程性质及工程设计的围岩分级的异同。确定了山区隧道通过韧性剪切带时应单独研究这种无明显破裂面围岩带的分级评价因素、评价结论和围岩分级原则,设计和施工需特别注意。可供构造带复杂山区类似工程参考。     

岩溶隧道围岩动态分级方法研究

岩溶隧道在勘察设计阶段很难对岩溶发育情况给出准确具体的评价,导致此阶段进行的围岩级别划分与实际施工阶段揭露的情况存在差异。因此,有必要对岩溶隧道进行施工阶段的围岩动态分级。本文通过对岩体基本质量指标的综合修正,得到岩溶隧道围岩动态分级的定量方法,并成功应用于仙人洞隧道岩溶围岩的动态分级中,使围岩的分级与实际情况更加接近,确保了施工的安全与合理。     

隧道层状岩体质量评价的BQ分级改进

国标BQ分级方法是一种多因素、多变量、定性与定量结合的分级方法,该方法选取岩石饱和单轴抗压强度和岩体完整性指数计算出岩体基本指标,再考虑到工程岩体现场工况对其修正,既保证了分级的客观性,又降低了现场分级的难度。但在一些复杂地质条件下,如层状岩体等,BQ分级存在修正系数定性评价的局限性。由于现场工程人员的主观判断不同,导致两种岩体分级交界处往往会出现分级交错的现象。基于室内力学试验,本文阐述了层理倾角与围压对层状岩体力学参数的影响规律。采用Jaeger-Donath与Mogi-Coulomb强度准则提出针对层状岩体的结构面产状修正系数K₂以及初始地应力状态修正系数K₃的计算公式,并通过木寨岭铁路隧道围岩分级计算进行了验证。     

公路隧道施工期围岩快速分级的一种新方法

施工期围岩快速分级是保证隧道施工安全和工程质量的关键措施。结合绩黄、宁绩高速公路隧道群施工期围岩分级实践,在大量现场测试和室内试验的基础上,提出了一种基于国标BQ分级的新分级体系,并给出了每个分级指标的现场快速测试方法。用新分级体系进行隧道施工期围岩的快速分级工作,并以分级结果作为进化支持向量回归算法分级的训练样本,建立了隧道围岩分级的进化支持向量回归智能模型。为了方便现场使用,依据支持向量回归理论,将智能模型进一步转化为初等函数数学模型,经隧道围岩分级实例验证了该初等函数数学模型的准确性,为隧道施工期围岩快速分级提供了一种简便的新方法。     

浅谈镇安隧道围岩工程地质条件评价

通过镇安隧道工程地质特征分析、隧道围岩地质特征方面的论述,提出了隧道围岩分级的方法;进行了隧道围岩分级参数的选取研究,达到了隧道围岩分级合理选取的效果,解决了隧道施工时围岩稳定性预测的问题。     

CSAMT法在昆玉线宝峰深埋隧道勘察中的应用

宝峰深埋隧道洞深附近地质情况复杂,需对岩体完整性进行评价。依据可控源音频大地电磁法(CSAMT)的带地形二维非线性共轭梯度(NLCG)反演结果,把电阻率异常分为Ⅴ类、Ⅳ类、Ⅲ类及Ⅱ类,分别对应极破碎岩体(Ⅴ级围岩)、破碎岩体(Ⅳ级围岩)、较破碎岩体(Ⅲ级围岩)和完整岩体(Ⅱ级围岩)。结合围岩分级结果,查明了宝峰深埋隧道洞深附近岩性、断层破碎带及岩溶位置,对岩体完整性进行了评估。经钻孔及地质资料验证,CSAMT勘探达到了预期效果。      

隧道岩体质量智能动态分级KNN方法

施工期隧道岩体质量动态分级,是评价隧道工作面围岩质量最直接的方法,也是预防隧道施工地质灾害,决定施工开挖工法与支护措施的重要依据。由于传统的Q值法和国标BQ岩体质量分级评价方法需要进行现场和室内试验及分析,岩体质量评价时间滞后,常常降低施工效率,或错过预防突发性施工地质灾害的窗口时间,快速准确地对隧道工作面进行岩体质量分级,成为施工期公路隧道岩体质量动态分级需要解决的重要问题。人工智能算法为解决隧道岩体质量实时快速准确评价提供了方法和手段。以北京冬奥会延庆—崇礼高速公路为例,提出了工作面采用隧道掌子面图片人工智能岩体结构参数辨识,建立7个指标参数体系,采用KNN智能算法对隧道岩体质量进行评价,选取8条隧道40个工作面150个样本进行训练学习,另外选取50个样本进行岩体质量评价校验,与BQ岩体质量评价结果相比,准确率达到了90%,得出如下结论:(1)公路隧道岩体质量智能动态分级KNN方法—一种利用人工智能技术快速高效进行岩体质量动态分级的方法,能够在现场实时获得岩体质量评价结果;(2)KNN分级方法中选用了7个判定指标,综合考虑了隧道围岩体的赋存环境、岩体构造、地质结构等特性,并体现了这些指标在实际工程评判中的可操作性和适用性;(3)KNN分级方法误判率很低,在判别分类中排除了评分时人为因素的干扰,具有较强的判别能力,为TBM围岩实时分级做方法储备。     

岩质围岩施工阶段亚级分级的数量化理论研究

为了对隧道施工阶段的围岩分级进行客观评价,提高判定数据的可靠性,必需建立一套实用的施工阶段围岩亚级分级方法,为隧道施工阶段的围岩分级服务。考虑到目前采用的属性指标的实际情况,特采用数量化理论对施工阶段岩质围岩亚级分级进行定量评定。通过对国内外情况的调查统计,得到了公路隧道围岩亚级分级的指标体系;并依托工程实际情况,在72条隧道中采集了800余条样本,从中选出了500条数据进行分析,完成了以数量化理论为基础的施工阶段围岩亚级的定量判定方法研究,并通过工程实例对判定方法进行了检验。研究结果表明：岩质围岩施工阶段亚级分级指标为岩石坚硬程度、岩体完整性状态、地下水状态;建立的数量化分级判别方程和判别值的自检平均符合率超过85%;数量化理论在岩质围岩施工阶段亚级分级应用中具有较高的可靠性。     

冰水堆积体隧道围岩分级与支护力确定方法

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。     

基于机器学习与可靠度算法的围岩动态分级方法及其工程应用

为了实现公路隧道建设过程中掌子面前方围岩质量的准确、快速评价,在传统岩体分级BQ方法基础上,基于机器学习与可靠度算法提出了一种隧道施工过程中围岩动态分级方法。机器学习工具选取为最小二乘支持向量机(LSSVM),并通过细菌觅食算法(BFOA)对其参数进行优化选取,以此构建分级指标组与围岩级别之间的非线性映射关系,其中分级指标组是由地质超前预报结果、掌子面强度回弹值等易于在施工过程中获取的参数形成。而且对于某些分级指标获取过程中可能存在的随机性问题,引入可靠度理论加以修正,通过机器学习结果构建可靠度计算的功能函数,最终得出具有概率意义的围岩分级结果。将所述方法应用于甄峰岭隧道现场,根据计算结果对部分区段进行了设计变更,通过自动化监测数据证明了变更方案的适用性。结果表明,所述分级方法可有效实现施工过程中围岩动态分级计算,为隧道建设的动态设计过程提供了一种新思路。     

张集线旧堡隧道工程地质条件和岩体结构特征研究

新建的张集铁路（张家口 集宁段）旧堡隧道是全线关键性控制工程,位于河北省万全县旧堡乡与尚义县土夭村之间,隧道穿越由晚太古代马市口组(Arm)麻粒岩和黑云母斜长片麻岩组成的一套高级变质岩建造,断裂构造极为发育,岩体破碎。原设计Ⅱ、Ⅲ级围岩洞段占隧道线路总长的71.8%,而已施工揭露的工程地质条件较差,全部变更为Ⅲ级加强及Ⅳ、Ⅴ级围岩,变更率高达80.3%。施工过程中多次发生挤压大变形、塌方、突涌水等施工地质灾害,共处理大塌方段8处小塌方21处计130m,处理大变形18段计550m。本文分析了DK30+520～910洞段地层岩性、地质构造、地应力、地下水等隧道围岩主要工程地质条件,从结构面和工程地质岩组的物理力学特性出发,研究了该洞段特殊的岩体结构,指出该隧道围岩岩体结构特征主要受与隧道轴线小角度相交的构造挤压破碎带及软硬交替产出的岩组控制,隧道围岩变形破坏受岩体结构控制作用明显,并总结了施工中可能遇到的几种岩体结构。该研究对类似工程地质条件地区隧道工程围岩分类、支护设计和施工有一定的借鉴意义。     

高频大地电磁法在戴云山隧道围岩分级中的应用

戴云山隧道由于具有埋深大、洞程长、穿越地质单元复杂多样等特点,地震折射波勘探法难以获得隧道围岩物性参数,其围岩分级效果较差。高频大地电磁测深法具有探测深度大,已成为隧道地质勘察中的一种重要方法。通过地表实施高频大地电磁法观测获取隧道洞深围岩电阻率,利用围岩电性参数计算岩体完整性系数(Kr),进一步采用Kr对戴云山隧道进行围岩分级。对比分析了两种方法的围岩分级效果,结果表明,Kr分级结果与实际开挖情况更为吻合。研究结果表明:基于高频大地电磁法计算的岩体完整性系数Kr可以作为评价深埋隧道岩体完整程度量化指标。     

基于可拓理论的高地应力隧道围岩分级法及应用

随着大量深埋特长隧道的修建,地应力问题特别是高地应力问题对围岩分级的影响愈发突出。围岩分级是一个复杂的矛盾问题,目前常用的围岩分级方法是选取固定的几个指标,然后采用集商、求和等方式进行评分分级。但有些围岩分级计算方法不能根据实际地质情况灵活地选取分级指标,而且有些分级指标之间存在相关影响。可拓学理论可将矛盾问题转化为相容问题,是一种值得探索和运用的方法。本文将可拓理论方法与高地应力隧道围岩分级相结合,建立基于可拓理论的高地应力隧道围岩分级法。该方法主要是通过选取能够反映和体现围岩分级的各项重要参数指标岩石单轴抗压强度Rc,RQD指标,岩石完整性指标Kv,地下水状态指标,特别是考虑了地应力值这项重要指标,然后在物元理论、可拓集合论和关联函数运算的基础上,建立了隧道围岩分级的物元模型; 通过实际的隧道围岩级别关联度的计算,最终确定围岩级别。通过可拓理论围岩分级的实际应用表明,该方法在高地应力隧道围岩分级中具有较好的适用性。     

基于支持向量机的围岩定性智能分级研究

本文将数据挖掘的新方法支持向量机应用于隧道围岩分级.支持向量机是一种基于统计学习理论的新的学习算法,比神经网络算法能更好地解决小样本问题.选用岩层厚度、岩体结构、嵌合程度、风化程度、地下水特征、节理发育程度、榔头敲击声和地应力等 8 个定性指标作为评判因子,用泥巴山隧道采集的实际数据作为样本对不同核函数的支持向量机进行...     

投影寻踪评价模型在隧道围岩稳定性分级中的应用

隧道围岩稳定性分级对隧道工程设计和施工具有重要的意义。利用影响隧道围岩稳定性的多种因素,应用投影寻踪评价模型建立隧道围岩稳定性分级方法,探讨了利用不便于量化为投影指标的影响因素对投影分级结果进行修正的方法。应用实例表明,投影寻踪分级结果与其它分级方法的结果相符,证实了方法的正确性。     

新建川藏铁路某长大深埋隧道工程主要地质问题分析

新建川藏铁路某长大深埋隧道,工程地质条件复杂,围岩分级,岩爆,大变形,涌突水,瓦斯,地温等主要工程地质问题对铁路选线及施工潜在影响极大。通过对某隧道隧址区地形地貌、地层岩性、地质构造等进行调查,简要分析了该深埋隧道工程主要地质问题围岩失稳、大变形、岩爆、涌突水、可溶岩、瓦斯及有害气体等(杨小军,2017)。针对该工程地质问题进行了简要分析评价。     

模糊层次综合评价在深埋隧道围岩质量分级中的应用

针对现行隧道围岩分类中存在的"模糊性"问题,引进模糊层次分析模型,实现了围岩定性分类向定量分类的转变,经过工程实践取得了良好的效果.首先确定了影响隧道围岩质量的主要因素,如岩块坚硬程度、结构面发育程度、岩石质量指标以及地下水出水特征,然后建立了模糊评价模型,并采用层次分析法确定了各因素的权重,最后针对堡镇铁路隧道围岩采用模糊层次综合评价决策的数学模型所得到的结果对隧道各段岩体质量的级别进行了划分.     

基于灰色聚类法的下洲隧道围岩分级研究

在隧道开挖施工过程中,经常会遇到围岩失稳,变形的问题。本文结合了宁德至武夷山高速公路S4合同段下洲隧道工程,利用灰色聚类法对隧道围岩分级进行了分析计算,对比传统分级法与灰色聚类法两种分级结果,并对隧道开挖施工后围岩稳定、支护提出了意见。     

一种基于块体化程度理论的裂隙岩体巷道顶板稳定性分级方法研究

岩体完整性是进行巷道顶板稳定性分级的一个重要指标,当前分级方法均是从一维角度对岩体结构进行描述,不能全面刻画出三维空间上顶板围岩的完整性。针对这一缺陷,引入裂隙岩体块体化程度理论,以块体化程度代替常规标准中表征岩体完整性的岩体质量RQD值和节理间距两项子指标,开展裂隙岩体巷道顶板稳定性分级研究,创新形成了一种适用于裂隙岩体顶板稳定性分级的BT分级方法。以块体百分比和块体体积曲线为基本依据,构建出裂隙岩体巷道顶板围岩块体化程度的解算流程;运用AHP法对稳定性影响因素权重进行了排序,制定出稳定性分级方法与标准。以铜坑矿92号矿体裂隙岩体试验区巷道顶板结构面调查数据和岩石力学参数为基础,运用传统分级方法RMR法和BT法分别对各试验区巷道顶板稳定性进行评价,对两种分级结果进行比较分析,结果表明：与传统的RMR法相比,BT法在稳定性描述、分级准确性和安全管理指导作用等方面更为优越,更能够客观真实地反映出裂隙岩体巷道顶板稳定性。研究成果可为复杂裂隙岩体条件下的巷道顶板安全分级与管理提供更为可靠的科学依据。