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摘要：岩体完整性系数是一个与岩体质量和强度有关的地质参数，用于岩体完整程度划分、工程岩体质量分级等方面。本文对城市轨道交通中岩体的完整性进行了勘察与研究。
关键词：工程地质；岩体；完整性
引言
在工程岩体质量评价中，岩体完整性指数是一种重要评价指标。岩体完整性能够综合反映岩体结构，同时它的评价对于城市轨道交通工程勘察具有重大的影响。因此，如何采用有效的勘察手段查明城市轨道地质条件，是一个值得深入研究的课题。
1.岩体完整性评价方法
岩体完整性评价宜采取定性与定量相结合的方法，其中定性评价可根据地质界面发育程度、结合程度、主要地质界面类型以及相应结构类型划分为完整、较完整、较破碎、破碎、极破碎5 个类别（见表1）。
岩体完整性的定量评价方法主要有Kv法、JV法和RBI法。
Kv法是利用声波探测技术，记录发射与接收两点之间岩体断面上的声波波速，测得岩体压缩波速度（Vpm）和岩石压缩波速度（Vpr）后，利用Vpm和Vpr之比的平方求得Kv，Kv与岩体完整程度的对应关系详见表2。
JV法的实质是按照公式（1）计算岩体体积节理数，即：
JV=X1+X2+X3+X1+…+Xn+Xk（1）
式中，Xn为每米测线上第n 组节理条数，Xk为1m3 岩体非成组节理条数。JV与岩体完整程度及Kv的相应关系详见表3。
钻探RBI 法是基于传统RQD 法而产生的新方法，将岩芯按实际采取长度3cm～10cm、10cm～30cm、30cm～50cm、50cm～l00cm 和大于l00cm 的岩芯采取率作为权值（岩芯采取率Cqk，k=3、10、30、50、100），与各自对应系数乘积的累加值，用公式表示为：
RBI=3×Cq3+10×Cq10+30×Cq30+50×Cq50+100×Cq100
据此可根据RBI 值进行岩体完整程度的评判，详见表4。
与传统RQD 比较，当RQD 指数较高时，RBI 具有能更好岩体发育完整程度的优越性，同时，RBI 能反映岩芯采取率的高低[1]。
表1 岩体完整程度定性评价表
2.岩体完整性评价的意义及实例分析
岩体完整性评价在城市轨道交通中意义重大，例如南京地铁4 号线花园站基坑支护应用了吊脚桩，是基于对基底岩体完整性正确认识上实现的。车站底部为完整中风化闪长岩，满足了吊脚桩的设计条件，有效地节省了造价，节约了工期。
盾构刀具是盾构机切削岩土的唯一工具，合理的刀盘配刀是保证盾构工程施工可行性的前提。岩体完整性是影响盾构刀盘配刀的主要因素，结合工程实际并总结国内外研究发现：
对于极破碎岩体，其结构主要为散体状结构，地质界面的结合很差，切刀的切削能力完全能够应对该种地层。如若在破碎地层中存在结合面较好的岩体，切刀切削能力不足的问题就会突显，须配置有搅动切削能力的齿刀先行切削，以此为切刀创造较好的切削条件[2]。
对于较破碎岩体，齿刀切削的破碎效果将会降低，刀具磨损速度急剧增加，须采用具有多重破岩机理的滚压型刀具来滚压破碎，对于该类地层配用双刃滚刀即可满足需求。
但对于完整程度较高的岩体，受限于双刃滚刀较小的正压力，难以满足该类地层的切削，此时须考虑配用具有较大承载能力的单刃滚刀甚至是重型滚刀。对于RBI=50~100或RQD＞90%的岩层，就目前的技术水平来说，还不宜采用盾构机来掘进。
据此建立盾构刀具与岩体完整程度的模糊对应关系，如图1 所示。
图1 刀具与岩体完整程度的模糊对应关系
隧道围岩分级是隧道结构设计的基础，关系到工程的安全性和经济合理性。围岩分级偏低将会使得工程投资额增大，围岩分级偏高可能引起隧道产生病害甚至事故。有关洞室围岩分级方面的研究发展迅速，围岩分级方法众多，《地铁设计规范》将岩体完整程度作为基本控制因素之一，可想岩体完整程度评价对于城市轨道交通中意义重大。以某市轨道交通山体隧道为例，根据勘察成果，对沿线隧道围岩进行分级判定和稳定性分析，提供针对性的工程措施建议，为隧道设计、施工提供科学依据。
该隧道全长约1.5km，起止里程K28+670～K30+170，隧道横穿山脊，沿线地势起伏较大，线路纵向地形地势呈现中间高、两边低的特点，横向则是北高南低。山体植被茂盛，第四系覆盖层主要为含碎石粘性土，厚度在1.8m~5.0m 范围，进出洞口处厚度较大，局部可达20.0m。下伏全~微风化基岩，岩性判定为凝灰岩，柱状节理发育，强风化层厚约3.0m左右，局部地段有辉绿岩侵入。按照规范围岩划分原则并结合岩体完整性评价方法，隧道围岩分级成果详见表5。此时需要结合勘探成果，因Ⅱ级围岩段局部岩体较破碎，且节理裂隙较发育，故围岩级别修正为Ⅲ级。另断层破碎带位置，岩体破碎，围岩级别降为Ⅳ级。Ⅲ级围岩段节理裂隙发育，断层破碎带对其影响较大，围岩级别修正为Ⅳ级。进出洞口段风化严重且受到断层破碎带影响严重，岩体较破碎，围岩级别调整为Ⅴ级。隧道围岩分级以及经分析提出的工程措施建议详见表6。隧道围岩分级前应先行分析隧道拱部围岩的自稳性，影响分析的因素包括岩性、岩层厚度、地下水状态以及岩体的完整性[3]。
表5 隧道围岩分级
表6 围岩基本分级及工程建议措施
3.结论
综上所述，岩体完整性评价在城市轨道交通中意义重大，对于城市轨道交通工程勘察、设计及施工具有重大的影响。因此，在实际勘探时，应重点关注岩芯采取率、RQD 指标、地质界面的结合及发育程度、结构类型等要素。
参考文献：
[1]宁波轨道交通育王岭隧道岩土工程勘察与评价[J].叶荣华，王和坤，唐江.铁道勘察.2015（06）
[2]城市轨道交通工程施工技术要点和管理[J].杨剑方.信息记录材料.2017（S1）
[3]我国城市轨道交通工程设计管理模式及其应用[J].赵狮. 建筑技术开发.2017（23）
论文作者:陈鸣光
论文发表刊物:《防护工程》2018年第22期
论文发表时间:2018/11/22
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